课程设计立式真空淬火炉设计说明书（PFTH700/1600型）目录第一章前言 (3)第二章设计任务说明 (4)第三章确定炉体结构和尺寸 (5)3.1 炉膛尺寸的确定 (5)3.2 炉衬隔热材料的选择 (5)3.3各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度 (6)3.3.1 隔热屏 (6)3.3.2 炉壳内壁 (7)第四章炉子热平衡计算 (9)4.1 有效热的计算 (9)4.2 无热功的计算 (9)4.3 结构的蓄热量 (12)4.4 炉子功率的验证 (14)第五章电热元件的选择及布置 (15)第六章工件进出料传送装置设计 (18)第七章其他部件的设计计算 (19)7.1 淬火油槽的设计 (19)7.2 冷却系统设计 (20)7.2.1 冷却水消耗计算 (20)7.2.2 确定水在水壳内的经济流速和当量直径 (21)7.2.3 球对流热换系数 (21)7.2.4 验算水冷炉壁得温度(℃) (21)7.2.5 冷却水的管道设计 (21)7.2.6 水冷系统的安全保护 (22)7.3 水冷电极 (22)7.4 观察窗 (22)7.5 热电偶测温装置 (22)7.6 风扇 (23)7.7 真空放气阀、真空安全阀 (23)7.8 法兰设计 (23)第八章真空热处理炉真空系统的设计 (24)8.1 根据设计技术条件,确定真空系统方案 (24)8.2 真空炉必要抽速计算 (24)8.3 根据炉子必要抽气速率选择主泵 (25)8.4 选配前级真空泵 (25)8.5 确定真空系统管及配件尺寸 (26)第九章真空热处理的优点 (27)第十章真空热处理炉特点 (28)第十一章参考文献 (29)第一章前言真空热处理技术是随着国防尖端工业、精密机械制造业等的发展而发展起来的新型热处理技术。
尤其是近年来，零件性能及精度要求的提高，使得真空热处理技术日益受到重视，不仅用于活泼及难熔金属的热处理，还逐渐推广到钢铁材料的退火、淬火、回火、渗碳、渗氮、渗金属等各领域。
真空热处理工件通常具有一系列突出优点：不氧化、不脱碳，处理后仍保持表面光亮和原有光泽，表面通常可不加工，工件无变形，较高的耐磨性和使用寿命，对工件有脱脂、脱气作用，无污染、无公害，自动化程度高等。
而真空热处理设备是完成真空热处理工艺的重要保证，能够设计或者选用先进合理的真空热处理设备，充分满足热处理工艺参数的要求，是提高产品质量的关键。
我国在真空热处理设备的开发方面已经与世界接轨，生产的主要产品有真空退火炉、真空油气淬火炉、真空高压气淬炉、真空高压高流率气淬炉、真空负压高流率气淬炉、真空回火炉、真空渗碳炉、真空离子渗碳炉、真空烧结炉、真空钎焊炉以及真空离子渗氮炉、真空渗金属炉、真空镀膜炉及溅射设备等多种类型。
在炉型上包括单室、双室、三室、半连续及连续式真空热处理设备，初步形成了国产真空热处理炉系列。
本次课程设计设计的是PFTH700/1600型真空淬火炉，旨在通过一次标准的设计过程，熟悉和掌握真空淬火炉的设计过程及其工作方式，为以后进一步、深入的学习打好坚实的基础。
第二章设计任务说明第二章设计任务说明完成PFT700/1600型真空淬火炉技术设计，要求设计书和真空淬火炉的结构第三章确定炉体结构和尺寸3.1 炉膛尺寸的确定由炉体设计给定的参数可知，真空加热炉的有效加热尺寸为Φ700mm×1600mm。
隔热屏内部结构尺寸主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定，并应考虑到炉子的加热效果、炉温均匀性、检修和装出料操作的方便。
一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50—100mm；加热器与工件(或夹具、料筐)之间的距离为50一150mm。
隔热屏两端通常不布置加热器，温度偏低。
因此，隔热屏每端应大于有效加热区约150—300mm，或更长一些。
则：L＝1600＋2×(150～300) ＝1900～2200mm＝700＋2×(50～150)＋2×(50～100)＝900～1200mmD1＝D1＋2×50＝1000～1300mmD2选定：L=2200mmD=1200mm1=1300mmD2由于没有待处理的钢件，没有规定的温度，但通过电功率P和炉子的体积V 可以估算出炉子的加热温度（经验公式）：总其中体积V=п×(1.2/2)2×2.2=2.49m3由于额定功率为300kW，代入上述公式既得k=163，通过查表，可得炉子的加热温度大约有1200℃。
据此来确定炉墙材料和电热元件，电热元件的温度应该按照高于炉子工作温度100-160℃左右计算，取1360℃。
·因此该真空炉的工作条件为：室温20℃，工作加热温度为1200℃，工作真空度0.133Pa,极限真空度为1.33×10-3Pa,压升率0.67Pa/h。
主要用途为处理不锈钢。
综上所述，取L=2200mm；D=1200mm；1=1300mm。
D23.2 炉衬隔热材料的选择真空热处理炉衬材料包括有金属辐射屏、石墨毡、耐火纤维制品及耐火砖等。
由于耐火砖炉衬的保温隔热性能差，蓄热量大，易污染炉膛和泵，因此尽量避免采用。
由于炉子四周具有相似的工作，一般选用相同的材料。
为简单起见，炉门及出炉口也采用相同的结构和材料。
这里我们选用金属隔热屏，依据炉胆的型式和形状，作成圆筒形包围电热元件，以便把热量反射回加热区，从而起到隔热效果，高温时用铂、钨、钽片。
温度低于900℃时可选用不锈钢薄板，由于加热炉的工作温度为1200℃，电热元件的温度为1300℃。
隔热屏的层数一般根据炉温确定，最高温度为1300℃的热处理炉以6层屏为宜。
这里我们采用六层全金属隔热屏，其中内三层为钼层，外三层为不锈钢层,以降低成本。
按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以后各辐射屏逐层降低，钼层每层降低250℃左右，不锈钢层每层降低150℃左右。
则按上述设计，各层的设计温度为：第一层：1200℃；第二层：1200-250=950℃；第三层：950-250=700℃；第四层：700-150=550℃；第五层：550-150=400℃；第六层：400-150=250℃水冷夹层内壁：100℃最后水冷加层内壁的温度为100℃<150℃，符合要求。
3.3各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度3.3.1 隔热屏由于隔热层屏与屏之间的间距约8～15mm，取10mm。
钼层厚度为0.2mm—0.5mm，取0.4mm，不锈钢层厚度0.5mm—1.0mm，取0.6mm。
屏的各层间通过螺钉和隔套隔开。
第一层面积：F＝=×120022002(1200/2)2=10.55m21第二层面积：F＝=×122022202(1220/2)2=10.841m22第三层面积：＝=×124022402(1240/2)2=11.136m2F3第四层面积：＝=×126022602(1260/2)2=11.434m2F4第五层面积：＝=22802(1280/2)2=11.736m2F5第六层面积：F＝=×130023002(1300/2)2=12.042m26F==×132023202(1320/2)2=12.351m2冷3.3.2 炉壳内壁A.炉壳材料的选择炉壳采用双层冷冷却水结构，真空淬火炉对真空度的要求比较高，应该选用良好的焊接性能的轧制钢材，而且PFTH700/1600属于大型真空淬火炉，由于不锈钢板材料较贵，特别对大型炉壳，耗材多、造价高，最终，在性能和成本之间均衡后选择45#钢板作为炉体材料。
B.炉壳尺寸的确定炉壳钢板的厚度通过计算获得，并参考现有真空炉壳进行校验。
在设计时不仅仅考虑一个大气压力的作用，也要考虑到冷却水套内水压的影响。
一般的安全水压为200-300kPa。
圆筒状完体只承受外压时，可按稳定条件计算。
有受外压1×10 Pa，水压实验按P ＝2×10 Pa计。
由于设计炉壳为圆筒型，其壳体厚度的计算公式为：式中S0-圆筒壳体的计算壁厚D-圆筒内径P-圆筒所受外圧力Et-温度为t时的弹性模量L-圆筒的计算长度由前面的计算数据可得：圆筒壁厚还要考虑一个附加量C:它包括板材厚度公差、介质腐蚀和加工减薄量等，即C=C1+C2+C3：C——壁厚的附加量（mm）。
C——钢板的最大负公差附加量（mm），一般取0.5-1mm，这里取0.8mm;1——腐蚀裕度（mm）,这里取1.2mm;C2——风头冲压的拉伸减薄量（mm）,取计算值的10%，但不大于4mm。
C3由C可得C3=10%S0=0.1 6.2885=0.62885mm，我们取为0.63mm。
因此C=C1+C2+C3=1.2+0.8+0.63=2.63mm。
所以圆筒的实际壁厚为：C.设计验证：①上述公式适用于筒体壁厚与炉径之比小于获等于4% ，代入数据：S/D=8.9185/1320=0.0067，满足条件②L/D须要在1-8之间，代入数据：L/D=2320/1320=1.758，满足条件③《0.523，代入数据:=3.8112，满足条件。
D．圆筒炉壳的水压试验圆筒炉壳的水压试验时，应校核壁上应力。
进行水套水压试验。
一般水套内通入2105的压力。
此外还要加上1105Pa抽空压力。
水（）代入数据：综上所述：本次试验满足以上全部条件，则所需壁厚符合要求，即S=8.9185mm第四章 炉子热平衡计算第四章 炉子热平衡计算根据热平衡方程式Q 总＝ Q 有效+Q 损失+ Q 蓄 式中：Q 总——加热器发出的总热量(kJ/h)；Q 有效——有效热消耗，即加热工件及工夹具所消耗的热量 Q 损失——无功热损失(kJ/h)Q 蓄——加热过程中炉子结构蓄热消耗的热量。
4.1 有效热消耗的计算Q 有效＝Q 工＋Q 夹Q 工 ＝GC(t 1-t 0), Q 夹等同； 式中：Q 有效——有效热消耗(kJ/h)； Q 工 ——工件加热消耗热量(kJ/h)； Q 夹 ——夹具加热消耗热量(kJ/h)；G ——炉子生产率(kg/h)，在本次设计中取炉子的最大装炉量为900kg/h ； t 1——工件的最终温度(℃)，—般取炉温，本次设计中我们取为1200℃； t 0——工件的起始温度，(℃)，一股取室温，本次设计中我们取为20℃； C ——工件在温度t 1和t 0时的平均比热容[kJ ／(kg ·K)查表可以得到工件的C1=0.5041 KJ/(kg •℃),夹具的C2=0.5852 KJ/(kg •℃) 代入数据：Q 工 ＝GC 1(t 1-t 0)=900×0.5041×（1200-20）=535354.2 KJ/h Q 夹 ＝GC 2(t 1-t 0)=80×0.5852×（1200-20）=55242.9 KJ/h Q 有效＝Q 工＋Q 夹=535354.2＋55242.9=590597 KJ/h4.2 无功热热消耗的计算Q 损失= Q 1+Q 2+Q 3+Q 4式中： Q 1--通过隔热层辐射给水冷壁的热损失KJ/hQ 2--水冷电极传导的热损失KJ/h Q 3--热短路造成的热损失KJ/h Q 4--其它热损失KJ/h①通过隔热屏热损失Q 1的计算：电热元件、隔热屏的黑度为：热ε＝0.95；1ε＝0.133；2ε＝0.096；3ε＝0.096；4ε＝5ε＝6ε＝0.5；冷ε＝0.56。