該大型臥式真空退火爐是用于鈦、鋯等稀有金屬管材退火的真空熱處理設備，退火工件最長尺寸為16m，是國內長度和容量最大的真空退火爐。本文著重介紹了該爐的技術性能、主要機構的設計、動作原理及其結構特點等。

　　真空退火是鈦、鋯等稀有金屬中間和成品加工的重要工藝過程，在無氧化和無污染狀態下進行消除應力再結晶退火，以消除加工硬化和恢復塑性^[1] 。近年來，隨著國內航空、航天、航海、核電、國防等尖端工業的高速發展，不僅對鈦、鋯等稀有金屬管棒材的需求量大大提高，而且對其質量和性能也有了更高的要求，管棒材的單根長度也由3 m~6 m 增加到10 m~16 m，因此，目前的真空退火工藝和設備難以滿足這些尖端工業快速發展的要求。

　　目前，北京有色金屬研究總院根據當前尖端工業的需求，結合自身的設計和使用等實踐經驗，開發制造了用于鈦、鋯等稀有金屬的大型真空退火爐，退火工件長度最長可達16 m。

1、主要技術參數

　　型式：臥式、外循環式快冷、真空電阻爐。有效均溫區Φ850 mm×16000 mm(600 mm×600 mm×16000mm)最高溫度：900℃，工作溫度:500℃~850℃，溫度均勻性:±5℃，控溫精度：±1℃，極限真空度:1.0×10^{- 3} Pa，工作真空度:1.0×10^{- 2} Pa，壓升率:≤0.67 Pa/h，額定加熱功率:900 kW

2、爐體機構的設計及特點^[2]

　　該爐為冷卻水套式臥式真空退火爐，單室內加熱。由爐體、真空系統、進出料系統及料架、工件快速冷卻系統、加熱系統和電控系統等組成。

2.1、爐體

　　爐體組成結構如圖1 所示。爐體為臥式圓筒形雙層水冷結構，包括殼體、加熱室、前爐門、后爐門。爐殼法蘭的材料均為不銹鋼，采用氬弧焊接。前后開門，前門裝料。爐門為全不銹鋼雙層水冷橢圓封頭結構，進料端爐門能自動開閉，另外一端爐門氣動缸鎖緊，側開門形式。爐體上安裝有充氣接口及閥門、放氣閥、標溫接口、檢漏接口等。配置寬帶式高溫合金加熱器。寬帶式加熱器與水冷爐壁間配置5 層0.5 mm 厚的不銹鋼隔熱屏。爐門與爐體法蘭間采用橡膠密封圈，達到高真空密封要求，密封性能穩定、可靠。

2.4、真空系統

　　為迅速排除爐室腔體內氣體及物料熱處理時大量放出的雜質氣體，保持爐室真空度符合工藝要求， 本設備配置了2 組抽氣能力強大的KT- 800A 擴散泵機組。2 個擴散泵都裝有擋油帽并實施溫度監控，配有加熱功率調節器，防止返油。同時為防止真空泵油蒸汽對工件的污染，在KT- 800A 擴散泵口設置了低溫氟利昂冷阱，提高了真空室的潔凈度。

2.5、冷卻水系統及加熱室快冷系統

　　冷卻水系統包括分水器、水箱、閥門、管路及各種檢測元件，具有水壓、水流、水溫和缺水報警及聯鎖等功能。同時，為了提高設備的工作效率，此設備設置了氣體快速冷卻系統。快冷系統由交換器、磁流體密封裝置、快冷風機、軟接管、接管等部件組成。設備運行至快速冷卻工序時，充氬氣閥打開，向爐內充入高純氬氣。爐內氣體壓力達到設定點后，快冷裝置中風機啟動，熱氣進入熱交換器，進行熱交換，冷卻后的氣體經通風管道送入爐體，冷卻工件，如此循環工作。在此工作過程中，當爐內壓力低于70 kPa 時，氬氣閥就自動打開，向爐內補充氬氣。

2.6、電控系統

　　電控系統^[4]由工控機、工控組態軟件、數據采集卡、溫控儀(歐陸)帶通訊、輸入輸出模塊、PLC(帶相應的I/O 擴展，通訊接口)、真空計帶輸出控制、帶通訊接口等組成。電控系統由若干控制柜(廠方設計)組成，控制柜面板上有真空系統以及供電加熱系統操作模擬圖。同時還有各段加熱電流、溫度以及擴散泵電流顯示。整個控制系統均可以自動和手動自由切換，操作(控制)柜上配有常用的控制按鈕。調用、運行加熱程序分別可從上位機和主控溫儀上操作。在爐門附近安裝有操作箱，便于觀察與控制送料機構的進出，該操作箱包括進料、出料、停止等按鈕和指示燈。主回路包括低壓熔斷器、快速熔斷器，真空機組分段后用小型變壓器或功率模塊代替大型磁調，減少占地面積，運行穩定，節能環保，故障率低。

3、結束語

　　該退火爐退火工件最長尺寸為16 m，是國內長度和容量最大的真空鈦材退火爐，屬熱處理行業的關鍵設備，填補了超長、大容量真空退火爐的國內空白。目前已在多家企業投入生產運行，實際生產運行表明: 爐溫均勻性好，控溫精度高，真空度和壓升率等相關指標都大大優于鈦、鋯等稀有金屬管、棒材的退火工藝要求，對國內稀有金屬及鈦生產裝備行業發展具有十分重要的現實意義。

參考文獻

　　[1] 張翥，王群驕, 等.鈦的金屬學和熱處理[M]. 北京：冶金工業出版社，2009.
　　[2] 巴德純，于溥, 等. 真空工程技術[M]. 北京：化學工業出版社，2006.
　　[3] 楊世銘.傳熱學基礎.2 版[M].北京：高等教育出版社，2004.
　　[4] 北京中海匯通.3500 系列可編程回路調節器使用說明書[M].北京：北京中海匯通科技有限公司，版本1.0.