大型真空石墨除氣爐的研制

王軍寧　楊瑞　丁+輝

摘 要：介紹了石墨型真空除氣設備的技術性能及結構特點。應用耐高溫鑄鋼結構式料架，解決了高溫狀態材料熱變形問題。

關鍵詞：石墨；輻射式加熱；低壓軌道

石墨型是用于鈦合金鑄造的造型方法，具有表面光滑、空隙度小、強度高、硬度低、易于加工等特點。但其本身含有一定量的水分和揮發物等，澆鑄時受熱將放出大量氣體，會使鑄件表面氧化，而且也會使內部氣孔增加。澆鑄前必須將鑄型在真空狀態下進行900℃高溫加熱除氣。

1 設備的主要技術性能

（1）有效均溫區尺寸：Ф1500mm×2500mm；（2）加熱區最高溫度：1050℃；（3）工作溫度：980℃；（4）均溫區控溫精度：±3℃；（5）爐溫均勻性：±10℃；（6）極限真空度：2.0×10-1Pa（空爐）；（7）工作真空度：3.7×10-1Pa；（8）壓升率：1.0Pa/min；（9）空爐抽空時間：≤30min；（10）額定裝爐量：3000kg/爐。

2 設備的構成

高溫真空除氣爐是對鑄造石墨型進行高溫真空除氣。主要由低壓軌道送料裝置、真空系統、真空室、加熱器、水冷系統及全自動溫控系統等組成（如圖1）。

3 結構特點

3.1 組合式多功能低壓軌道送料裝置

金屬材料在高溫狀態下的物理特性會發生變化，導致材料產生一定的變形，以至于降低其機械性能。一般情況下，熱處理爐的內置式送料裝置由于在爐內長期受熱，容易發生熱應變形，同時影響傳動可靠性。本設備采用組合式多功能低壓軌道送料裝置（如圖2），既避免了熱變形問題，減少了真空室內的放氣物體，縮短了抽空時間，提高了設備的真空度又實現了送料和過跨多用途。送料裝置由專用料架、升降叉車、行走臺車和低壓軌道車組成。

低壓軌道車沿地面低壓帶電軌道橫向移動，便于過跨裝卸料，亦可和其他配套設備配合使用。車上配置低壓升壓器和操作柜，用于升降式送料叉車供電和操作。車體配置安全警示燈和警示器，行走平穩、安全可靠。

行走臺車和升降式懸臂叉車安裝于低壓軌道車上，電機驅動行走臺車沿軌道前后移動，用于裝料和出料。升降式叉車采用梯形絲杠傳動，叉子沿重型直線導軌上下移動，可自由控制高度，亦可用于其他設備的裝料，操作簡單、安全可靠。

考慮到熱量的傳導和防止高溫變形，配備了專用的料架（如圖3），采用耐高溫鑄鋼鑄造成型。同時料架四周設計有專用擋料裝置，可有效防止料塊滑落。

3.2 真空系統全自動化控制、監測

鈦鑄造石墨型本身含有一定量的水分和揮發物，澆鑄時受熱將釋放出大量氣體，會使鈦鑄件表面氧化，而且也會使內部氣孔增加。真空裝置主要是為了去除物料所釋放的氣體，為了保證充分除氣，配置兩套ZJ-2500羅茨泵+ZJ-1200羅茨泵+H-150機械泵的真空機組，可實現遠程全自動化控制。

3.3 電加熱器系統

內熱式真空電阻爐普遍應用于高溫燒結、材料熱處理等方面，按工作溫度等不同情況選擇電熱體材料，通過輻射加熱工件。本設備為三區加熱，額定功率300kW，選用鎳硌合金帶制成三相加熱器（如圖4）。保溫反射屏采用5層不銹鋼制成。

3.4 電氣控制系統

控制系統選用PLC可編程序控制器，實現遠程全自動化操作。系統具備工藝參數采集，并作自動記錄和保存，溫控系統實現一鍵式操作，簡單、可靠。

4 結束語

本設備采用了組合式多功能低壓軌道送料裝置，解決了高溫下送料機構由于熱變形不能正常工作的問題；減少了真空室內的放氣物體，使真空性能穩定、良好；專用料架設計合理，保證了熱處理效果；真空系統及其他動作的全自動化控制，克服了人為誤操作，并減輕了勞動強度；溫度自動控制系統及參數采集、記錄、保存等現代化技術在本設備中均得到了應用。

參考文獻

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[2]王天泉.電阻爐設計[M].北京：航空工業出版社，2000.

[3]張繼玉.真空電爐[M].北京：冶金工業出版社，1994.

[4]曾祥模.熱處理爐（第三版）[M].西安：西北工業大學出版社，1996，7.

作者簡介：王軍寧（1978-），男，工程師，從事有色金屬冶金、熱處理等真空非標設備的設計工作。