真空退火炉的简介

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、，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）： 14000×900×830mm3.2、炉膛额定温度： 9503.3、炉温均匀度： ±103.4、控温精度: ±13.5、加热功率 : 280Kw/520Kw（0120%无级可调）3.6、额定电压： AC380V 50Hz 3N3.7、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.

7、9、满载升温速度： 程序设定无级可控 3.10、炉体表面温升: 404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

8、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

9、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：0Cr

10、25Al5），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

11、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

12、、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

13、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

14、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

15、（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

16、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

17、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。四、电器原理图、元器件明细表PLC程序图五、7/14米真空管材退火炉调试内容1.1料车推拉机构：1.1.1、点动减速机电机按钮，检查电机转向是否符合推拉方向要求；1.1.2、把推拉杆挂上料车，启动按钮把料车在全程范围内跑动几次，检查各连接处、车轮及

18、轴承处有无异常；1.1.3、.检查推拉小车前后限位的动作情况是否正常；1.1.4、检查炉门的开启和关闭有无卡塞现象；1.2.冷却系统：1.2.1、打开进水阀门，点动水泵电机按钮开关，看电机转向是否正确；1.2.2、启动水泵，检查主水管路有无渗漏水现象及压力表压力指示是否正常；1.2.3、打开机械泵进水阀门，检查机械泵进水、回水管路各接头处有无渗漏水现象，若有则处理；1.2.4、按照步骤3依次对罗茨泵、扩散泵、水冷挡板、炉门、炉胆水套的冷却水管路进行检查；1.3.真空系统：1.3.1、空载的情况下检查各真空泵及真空阀门的连锁是否符合要求，具体如下： 机械泵不启动的情况下，1#阀不能打开； 1#阀

19、不打开的情况下，3#阀不能打开； 3#阀或4#阀打开的情况下，9#放气阀不能打开； 维持泵不启动的情况下，8#阀不能打开； 1#阀不打开的情况下，罗茨泵不能启动； 扩散泵不启动，4#阀不能打开； 8#阀不关闭，7#阀不能打开； 9#阀打开的情况下，机械泵不能启动；1.3.2、点动机械泵、罗茨泵、维持泵电机按钮开关，检查电机转向是否符合要求；1.3.3、抽真空程序：在炉门关闭和冷却水打开的情况下，依次打开机械泵、1#阀、3#阀进行抽真空，（打开维持泵、8#阀，5分钟后加热扩散泵，此项工作可提前60分钟进行），打开真空计（此时可对真空管道各焊接处进行检漏工作，确保各焊缝处无漏气现象），当真空抽到6

20、×102 帕以上时，打开罗茨泵，当真空抽到1×10-1 帕时，关闭8#阀打开7#阀，关闭维持泵，打开4#阀关闭3#阀，利用扩散泵进行抽真空，直至真空抽到7.33×10-2帕以上时即可进行退火炉加热程序。1.4抽真空程序：在炉门关闭、9#阀关闭和冷却水泵打开的情况下，依次打开滑阀泵（旋紧冲气阀）、1#阀、3#阀进行抽真空，（打开旋片泵、8#阀，运行10分钟后加热扩散泵，此项工作可提前60分钟进行），5分钟后打开真空计，当真空抽到6*102 帕以上时，打开罗茨泵，当真空抽到1×10-1 帕时，关闭8#阀打开7#阀，关闭旋片泵，打开4#阀关闭3#阀，利用扩散泵

21、进行抽真空，直至真空抽到7.33×10-2帕以上时即可进行退火炉送电加热程序。1.5关闭真空程序：关闭4#阀，开启旋片泵，关闭7#阀打开8#阀，关闭扩散泵加热电源（进行扩散泵冷却3-4小时）；关闭罗茨泵，关闭1#阀，关闭滑阀泵（旋松冲气阀）。等到需要出炉时才打开9#放气阀进行放气，放完气后关闭9#阀打开炉门出炉。扩散泵冷却完后，关闭8#阀，关闭旋片泵，关闭水泵结束。结论:管材真空退火炉及PLC系统控制已经投入生产运行。实际表明：PLC控制系统满足管材退火的生产工艺要求，退火炉加热效率高，操作方便，产品质量高具有清洁、经济、无污染、无氧化、变形小的特点, 具有一定的运用和推广价值。结束

22、语：因7/14m管材真空退火炉是我公司自行设计的第一台真空炉，设计思路和方案不是很完美，如炉门的开、关门可以改成液压或气压控制；PLC程序可以设计成半自动、全自动和手动式，以提高工作效率。最后感谢公司领导大力支持和肯定，朱明宝和王彦菊等部门领导的技术指导以及兄弟部门和班组的配合及协助。参考文献:1.陈亚林. PLC、变频器和触摸屏实践教程南京大学出版社2008-1-12.廖常初. S7-200PLC编程及应用机械工业1/1/20083.张乃禄.张健化.钛管材感应退火炉PLC控制系统的研制 工业加热2006（01）4.张乃禄.张嘉.大型管材真空退火炉计算机监控系统研制 工业加热2009（4）5.

23、姜学庆.张仲平.真空炉温度模糊复合控制可编程控制器与自动化 2007（4）6.张乃禄,尹中荣.大型管材真空退火炉计算机监控系统研制.真空,2009, (3) 附录钛及钛合金的去应力退火工艺合金种类合金牌号加热温度/保温时间/min工业纯钛TA1, TA2 TA3445-59515-360ZTA1600-75060-240+型TC4 480-65060-360ZTC4600-80060-240钛及钛合金完全退火工艺合金种类板材带材箔材管材合金牌号加热温度/保温时间/min冷却方式工业纯钛 TA1 630-81515-120空冷或更慢冷 TA2 TA3520-57015-120+型TC4 700-87015-120空冷或更慢冷棒材线材锻件铸件合金种类合金牌号加热温度/保温时间/min冷却方式工业纯钛 TA1 630-81560-120空冷或更慢冷 TA2 TA3+型TC4 700-85060-120空冷或更慢冷PXR-9温控仪参数更改记录第 1 块 参 数参数显示符号参数内容说明出厂值备注更改TM-1定时器1显示定时器动作时间的时间显示画面。 （单位：秒）0TM-2定时