真空退火炉的简介

论文题目：管材真空退火炉

单位名称：南京宝泰特种材料有限公司

作者：魏本祥

2010年9月21日维修电工技师资格考评论文

论文题目：管材真空退火炉

作者：魏本祥

职业技能鉴定等级：技师

单位名称：南京宝泰特种材料有限公司

单位地址：江宁区高胡路29#

指导老师：王彦菊

2010年9月21日

目录

摘要 (4)

关键词 (4)

前言 (5)

论文正文...............................................................5-15 结论 (16)

结束语 (16)

参考文献 (18)

附录……………………………………………………………18-19 摘要：

采用真空退火对钛管材进行退火热处理，是金属加工领域一项较新的技术和工艺。针对钛管材真空退火炉设备的特点和工艺要求，介绍我公司（南京宝泰特种材料有限公司）7/14米管材真空退火炉和以PLC为核心控制真空系统。该系统投产运行以来，取得了较好的效果，具有一定的运用和推广价值。

关键词：真空退火 PID控制钛管材

前言：钛具有金属光泽，有延展性。密度4.5克/立方厘米。熔点1660〒10℃。沸点3287℃。钛的主要特点是密度小，机械强度大，容易加工。钛的塑性主要依赖于纯度。钛越纯，塑性越大。有良好的抗腐蚀性能，不受大气和海水的影响。在常温下，不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它用。

近年来 ,稀有金属管材特别是钛管、锆管等，已广泛应用于航空航天、航海、核电、石油化工等领域 ,而这些行业对管材的质量有着极高的要求 ,真空退火是其中间和成品生产的重要工艺过程。在无氧化和无污染状态下进行消除应力或再结晶退火 ,以消除加工硬化和恢复塑性。加热退火处理的方法很多，但采用真空退火对钛管材进行退火处理，是稀有金属加工领域一项较新的技术和工艺。它以热处理清洁、经济、无污染、无氧化、变形小的特点越来越引起人们的重视。

本文以我公司（南京宝泰特种材料有限公司）7/14m管材真空退火炉项目为背景，结合钛、锆等稀有金属管材真空退火工艺和控制要求，介绍稀有金属管材真空退火炉控系统技术特点。

一、管材真空退火炉工艺和设备特点

1.设备概述：

RT4-280/450-9型全纤维双炉台罩式电阻炉,系周期作业式炉,专供钛管、钛合金管等真空保护气氛退火热处理加热。

该炉与PID智能温度程序控制系统配套使用，可自动指示、控制和记录该炉炉温工作情况。

2．设备特点：

2.1、本设备为两个固定式炉台和14米一端固定的炉体及一个可移动加热罩结构，固定炉台承载真空马弗罐，工件在真空马弗罐内加热，该炉炉温均匀性较高（≤〒10℃）；

2.2、全纤维节能炉衬，同比复合砖混炉衬可节能30%以上。

2.3、移动炉罩设有一端和真空马弗罐密封固定炉门【同时配有两炉罩共用一个活动炉门】，固定炉体设有一端和真空马弗罐密封固定炉门，另一端为开敞式，并设有密封装置，使得和移动炉罩拼合时与炉口密封贴实可靠自然密封。

2.4、炉台与炉罩间采用侧刀式软密封，炉台侧刀在炉罩进入炉内时均插在炉罩纤维内，使得炉膛与炉外密封绝热，密封简洁可靠。

2.5、马弗罐承重底座上设置辊道槽，槽内放置承重辊，马弗罐热胀冷缩时可以自由进退。

2.6、在炉台端部设有强冷风机及管道，可根据需要加快马弗罐加热工艺结

束后的冷却速度，提高该炉的利用率。

2.7、高精度智能温度程序控制系统，采用日本富士高精度PID智能程序控温仪表, 升温、保温程序可自行设定，可自动程序控制每区炉温工作情况；温度记录采用中长图有纸记录仪，可同步记录该炉每区炉温工作情况，该型式具有直观、方便和先进性；

2.8、炉底与炉顶均对应设置测温控温点，把炉膛温度均衡性控制在允许范围内，减少马弗罐加热及冷却过程中的变形量，延长马弗罐使用寿命，方便操作。

2.9、本设备自动化程度高、工作运行安全可靠、寿命长、操作维修方便；

3、主要技术参数：

3.1、炉膛工作区尺寸（室一）： 7000〓900〓830mm

炉膛工作区尺寸（室二）： 14000〓900〓830mm

3.2、炉膛额定温度： 950℃

3.3、炉温均匀度：≤〒10℃

3.4、控温精度: 〒1℃

3.5、加热功率 : 280Kw/520Kw（0～120%无级可调）

3.6、额定电压： AC380V 50Hz 3N

3.7、控温区数： 520/6区;280/3区

3.8、空炉升温时间：≤2.5h（炉膛升温和降温可调控）

3.9、满载升温速度：程序设定无级可控

3.10、炉体表面温升: ≤40℃

4．该设备制造、验收符合以下标准和规定：

1、JB2251《电阻炉基本技术条件》

2、GB1006《热电设备基本技术条件》

3、JB/T7629-94《耐火纤维炉衬的设计合安全规范》

4、

4、GB9452-2003《热处理炉有效加热区测定方法》

5、SJ31426-1994《台车式热处理炉完好要求和检查评定方法》

5、主要结构形式：

该炉主要由炉罩、炉罩驱动机构、节能型全纤维耐火炉衬、高温高辐射电热元件、软密封锁紧机构、炉台、炉台导电电极箱、智能PID温度程序控制系统等主要部分组成。

5.1．炉罩壳体：

主要采用优质国标型钢骨架及钢板焊接而成，保证了炉子的密封性能及足够的刚强度，且所有焊缝均匀平滑，无气孔、夹杂、未熔合等缺陷，炉壳外观平直、美观。炉壳外电热元件引出棒集中分布，并外设防护罩。

5.2．炉罩驱动机构：

炉罩驱动采用自行走方式，由电机减速机传动（8m/min）；

车轮共5排，3排主动轮2排从动轮，车轮材质ZG55,车轴材质45#锻制并调质；

装配轴承采用大载荷双滚柱轴承，钢制轴承座；

5.3．节能型全纤维耐火炉衬：

炉衬侧墙部分全部采用优质硅酸铝针刺耐火纤维折叠模块（耐火度大于1050℃）锚固而成。该结构型式炉衬是在目前大中型节能炉窑中应用最为广泛的一种，它将高温陶瓷耐火纤维折叠成风琴状，同时预埋金属锚固件，并给予一定压缩量制成纤维模块，安装成型后,模块间相互挤压形成一个无缝隙的整体隔热炉衬。

该型式炉衬由于采用具有优良隔热保温性能的全纤维材料结构，因此具有优良的节电性能，结构上热震稳定性好,耐急冷急热。

该结构型式炉衬低密度（240Kg/m3）低热容量，相对轻质隔热耐火砖炉衬轻75℅以上，热容仅为轻质隔热耐火砖炉衬的1/9，大大减少了该炉衬蓄热量，意

味着炉衬吸收热量少，同功率炉升温快,节能显著等优点，炉体外表温升≤40℃。该结构型式炉衬低导热率，在600℃是导热系数≤0.25W/m.k, 仅为轻质隔热耐火砖炉衬的1/8。

整台炉子的砌筑严格按照国家筑炉标准执行，并优于国家标准。

5.4．高温高辐射率电热元件：

5.4.1、采用高温高辐射率电热合金扁带（材质：0Cr25Al5），低表面负荷 (≤

1.6w/cm2)长寿命设计。

5.4.2、将电阻带往复绕制，利用专用高温白刚玉瓷螺钉锚固悬挂于炉膛内表

面，合理布置在炉膛的四周及炉底。

5.4.3、电热元件分布,按炉膛前中后共分6个控温区分布在炉膛内，并局部

集中引出，外设防护罩。

5.4.4、该电加热元件具有良好的抗氧化性能、耐高温、高表面负载，配以合

理的元件结构参数设计。该电热元件安装方式牢固,耐用可靠,维护方便,

电热元件维修时，均可直接在看得见摸得到的位置进行整形、焊接、更

换。

5.5．炉门：

炉门主要由优质型钢钢板焊接而成，炉门内装有高温硅酸铝针刺纤维折叠模块，炉门密封良好，确保炉子在生产过程中始终处于密闭状态，杜绝高温炉气的外逸，保证了炉温均匀性并增强节能效果。

5.6.两高强度炉台：

5.6.1、炉台车架横梁及纵梁均采用优质型钢和厚钢板侧护板组合焊接而成，车体膨胀伸缩缝设计合理，使车体在使用中具有极小的热形变，能更好的满足长工件的热处理加热。

5.6.2、炉台表面采用优质高温重质耐火砖砌筑，高温强度高，承载量大，车底采用高强度轻质保温砖砌筑，确保炉底外温度工作时不超过50℃。

5.6.3、炉台和移动炉体进出都设有双保险限位机构和与炉门的连锁机构，确保安全操作。移动炉体进出灵活，定位准确，检查检修方便。

5.6.4、炉台上设置马弗罐承重底座，底座上设有辊道槽，槽内放置承重辊，马弗罐热胀冷缩时可以自由进退。

5.6.5、在炉台端部设有强冷风机及管道，可根据需要加快马弗罐加热工艺结束后的冷却速度，提高该炉的利用率。

5.7.炉台导电电极箱：

炉台上的加热元件的加热电源是由门口部的电极箱供给的，电极箱由定插和动插刀等组成，插刀和插头均采用铜材，插头安装板材质为聚二苯醚层压玻璃布板，安装连接简单可靠；保证了炉罩供电方式接触的准确性和可靠性。

5.8．炉台侧刀式软密封：

炉台与炉体间采用耐热钢侧刀式软密封，炉台侧刀在炉罩进入炉台时均插在炉体纤维内，使得炉膛与炉外密封绝热，该型式密封简洁可靠，密封效果好。

5.9. PID智能温度程序控制系统：

5.9.1、本控制系统是为该炉配套设计，控制柜为连立一体式，前、后开门，前面配线正面下部设有防尘通风窗，顶部设有防尘排气装置。

5.9.2、主要功能：

控制部分的主回路和控制回路分开，均配有空气开关和断路器作为操作单元，既有利于调试及维修又能对系统的短路和过载进行可靠的保护。整个控制系统具有升温设定、锁定、故障报警、温度记录等功能。

温度控制采用引进智能型专家PID自整定程序控制调节方式，可控制固态可控集成调功模块的连续输出，将炉温控制在理想状态，控制精度高(〒1℃)，炉温均匀性好。同时在一定范围内可手动设定功率大小，协调各区间功率比例，扩展

该炉使用功能，减小热惯性。该多区段炉可以通过此功能调节，能实现各区间接近同步升温保温降温，最大限度的满足产品在炉内的热处理工艺的温度均衡性，减少了热不均形变。

控制系统具有热处理过程的温度显示和温度曲线记录功能。六点温度记录仪可同步记录该炉温工作情况。该炉按炉膛前后共分6个控温区分布在炉膛内，合理设置测温点位置，可避免真空罐因受热不均匀而产生大幅度变形。控制系统各区均具有超温断偶声光报警、自动切断加热电源等安全自动保护功能。

每台控制柜上均设有电压指示表和三相电流指示表。

5.9.3、系统主要配置：

组合柜体 (2台) （定制）

PID智能温度程序控制仪(6只) (日本〃富士)

功率智能控制器 (6只) (希曼顿)

可控硅调功模块(400A): （6套） (希曼顿)

高温热电偶(K分度芯) （6支）（上海浦光）

六点温度记录仪（1台）（上海大华）

其它仪表电器电路： (国产名优)

5.9.10、安全保证系统：

为保证设备的安全使用，控制系统具有各种联锁保护功能和声、光报警装置。

报警功能：当炉温偏差超过设定值时发出报警，同时停止加热，防止过热损害炉体及加热元件。可控硅调功模块上设有温度监测点，具有超温、过流保护、故障报警等以保证设备及操作人员人身安全。

6、设备安全措施：

所有的带电接头均设有安全防护罩，并设有安全警示标记。

7、节能措施：

炉衬为节能全纤维结构，模块化装配，炉衬设计较大的厚度（350mm以上），选用高绝热性能材料，是提高设备保温性能和降低热损失的有效措施。本套设备上所选用优质高温耐火纤维针刺毯折叠模块绝热性能优，设计的炉衬厚度大于一般设备的炉衬，性能高于国家标准。

二、PLC系统控制及电器原理图

1、PLC系统

1.1. 系统采用西门子可编程序控制器(简称PLC)控制真空泵、阀门等，PLC控制重要操作步骤除了在内部进行软件互锁外，在PLC的输出外部还设有硬件的互锁。

1.2.控制系统组成原理图

1.3.系统的硬件设计与实现

选用西门子的S7-200系列（CPU224CN型）PLC作为控制中心。该系列PLC 具有数字输入、输出功能，有丰富的功能指令，14个24VDC输入，10个继电器输出端子EM223模块：扩展数字量模块，8个24VDC输入端子，8个输出端子，总共22个输入端子，18个输出端子，能满足整个系统的控制要求。

西门子的S7-200系列PLC采用STEP7 4.0编程语言在PC机上编程，最后下载固化到CPU中。确保了程序的易操作和可靠性。

流程图如下：

流程图

三、真空系统：

本炉配备两套真空系统，每套真空系统由：一台 H150 滑阀泵，一台ZJB1200

罗茨泵，一台KT800扩散泵，一台2X-70旋片泵，冷却泵及气动高真空挡板

阀门等组成，如下图所示。

100真空阀门

（1#）

250真空阀门 （3#）

放气阀（9#）

炉 胆

800油扩散泵

2X -15旋片泵

150滑阀泵

1200罗茨泵

冲氩阀

真空阀门（8#）

800真空阀门 （4#）

300真空阀门 （7#）

四、电器原理图、元器件明细表PLC 程序图