锆_钛管新型半连续真空退火炉
电子束冷床炉回收纯锆返回炉料的工艺研究
本次实验原料是纯锆块状、屑状返回炉料、海绵锆。 纯锆返回炉料全部来自宝钛集团内部产生的工艺余料， 其中块状返回炉料经手持式鉴别仪逐块鉴别牌号后进行了 进一步分类收集和处理，对超大尺寸的块料进行了锯切，并 根据表面的氧化程度进行了碱酸洗、清洗、烘干、包装等处 理，对合格的块状返回炉料进行了称重、组批，本实验选用 的块料为经鉴别仪鉴别的“低 Fe 含量”块料，将近年来电弧 炉生产的锆铸锭按照用途、产量、化学成分进行了统计分析， 结合返回炉料的收集时间信息，确定了块状返回炉料 Fe、O 含量的取值范围 ；铸锭在机加过程中产生的屑状料单独收 集后经粗破碎、清洗去油、烘干、人工挑选、取样化学检测 等处理，本次实验选取的屑料的化学成分分析结果见表 1。 选择等级为 1 级以上的 3mm~25mm 粒度的海绵锆。
取 样 带 的 氧 化 层、缺 陷 层，用 化 学 分 析 法 检 测 铸 锭 侧 表 面
Fe、Cr、Hf、O、C、N、H 等杂质元素的化学成分，结果见
表 3、4、5。
表 3 实验（一）添加 50% 块状返回炉料铸锭化学成分
锭
化学成分，wt%
号 部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.004 2.1 0.01 0.1 0.009 0.001
表 4 实验（二）添加 40% 块状返回炉料铸锭化学成分
化学成分，wt%
锭号
部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.003 1.5 0.01 0.08 0.01 0.001
d 中 0.04 0.003 1.4 0.01 0.08 0.006 0.001
底 0.03 0.003 1.5 0.01 0.08 0.008 0.001
真空退火
重量损失 ％
试验温度 ℃
温度对钼氧化物的挥发形的影响
晶粒度对钼的塑性影响 A-1700个/平方毫米，B-100个/平方毫米
19
钼及钼合金的真空退火
10000 1000
8.9%start 8.9%end 17%start 17%end
时间 分
100 10 1 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
20
A B 0 20 40 60 时间（min） 80 100 120
0
氧含量（wt％）
铌中氧含量对其硬度的影响
氮、氧对铌增重的影响 A-氧在375℃，B-氮在400℃
13
铌及铌合金的真空退火
铌在不同条件下加热和轧制或气体含量 处理条件 气体含量（cm3/100g） 附注
O2
原材料 空气加热 ~1Pa 0.5×10-3 11 38 16.8 14
S及FeS,AlN,FeN等杂质气体和化合物，避免其以 间隙原子潜入晶格造成畸变产生应力， 或在晶界析 出并阻止晶粒长大，使磁性能降低的缺点；控制适 当有序化组织和使晶粒取向一致获得较好磁性能。
31
Fe-Ni合金的真空退火
高真空退火温度对铁镍合金磁性的影响（1.3×10-2）
32
Fe-Al合金的真空退火
16
铬、钼、钨及其合金的真空退火
铬、钼、钨的真空加热规范
钼、钨与一些材料相互作用的温度 /°C
17
钨及钨合金的真空退火
钨在空气中、氩气中和真空中加热至1300°C时其中 气体的含量
钨及钨合金真空退火工艺
材料 W及 W合金 温度
（℃）
真空度（Pa） ~10-3 10-2~10-3 10-2~10-3
铜材光亮退火用预抽真空炉和保护气氛
调质处理相比，螺杆钻具的定子和转子中频感应调质热处理生产线在现场使用取得了良好的效果。
（!）硬度对比"工件经传统工艺调质后，硬度在（#$$%&’(）)*范围内，同一工件上硬度偏差较大，不均匀。
采用本生产线进行感应调质后硬度在（#+(% &,(）)*范围之内，硬度比较均匀（硬度偏差主要发生在端面）。
（#）金相组织对比"采用本生产线进行感应调质后，工件的组织细小，明显优于传统的工艺。
（&）力学性能对比"采用本生产线后，工件的抗拉强度和屈服强度高于原工艺和国标；塑性较原工艺低，较参考指标高，见表#。
表!"力学性能对比结果#$%&’!"()*+$,-.)/,’.0&1)2*’34$/-3$&+,)+’,1-’.试样号工艺!-./01!2./01"3（4）#（4）!传统工艺!(!3++(56&#本生产线工艺!!,(!(#’!#3,&参考指标)!!((’3(!#,3 "")此指标为工厂参照《热处理技术数据手册》制定。
""（,）直线度对比"经传统工艺调质后，工件变形量较大，需要校直，采用本生产线进行感应调质后工件的变形量很小，不需校直。
""（3）表面质量对比"传统加热时间长，表面氧化脱碳较多。
""淬火、回火两用机床降低了用户的资金投入，生产占地少，设备的性能价格比高。
本成套设备加热速度快，生产效率高，基本不氧化脱碳，无噪音，易于机械化和自动化，符合现代化生产&7标准（789:可靠、7;<:安全、7;=>?@节约）及&A标准（ABBC低温、AC:;?清洁、A;C/安静）。
与本生产线配套的外围设备有!(((D=;整流变压器、感应加热用及淬火用的冷却水系统等。
致谢：感谢刘宝民先生对本项目的大力支持。
锆_钛管新型半连续真空退火炉
参加了部分设计工作。
热炉空冷这一办法。
收稿日期: 1999 年 3 月 3 日
对于连续生产问题, 我们 对贯通 式三室 真空退 火炉和 多
5金属热处理6 1999 年第 10 期
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炉胆轮流加热这两种炉型进行比较, 据用户反映, 贯通式三室 真空退火炉由于高温工件通过真空阀门时橡胶密封圈受高温 影响而使用 寿命难以保证, 同时 三室真 空炉由 于真空 室容积 的增加而要加大真空机 组容量 或数量, 使设 备造价 增加。故 没有采用这种形式。其次, 研究 了多炉胆 移动方 式和井 式两 种形式, 这两种方式都是移动炉胆进出加热炉内, 它们共同存 在着移动时庞大的真空 机组难 以快速 连接和拆 卸。同时, 用 井式还要 有高大 的厂房才 能从炉 中吊出 7m 长的 炉胆, 增加 土建费用。
在炉型确定之后, 我们 研究了 冷却速 度问题。 ¹ 慢冷 问 题比较容易解决, 只要炉胆随加热炉一起冷却即可; º 对于快 速冷却问题, 我们研究了两种办法, 一是往 炉胆内充入中性气 体, 使工 件快冷。但 是钛 合金 在 500~ 600 e 时极 易吸 收 H2 和 N 2 等气体, 从而使性能 变坏。用 氩气虽 然对性能 无影响, 但价格很贵, 增加生产成本, 尽量 不用。另 一种办法是把炉胆
约电耗。 ( 3) 电热元件用 Cr 20Ni80 镍 铬合金 电阻 带绕制 成/ 之0
形波状, 如图 3 所示。电阻带平面面向炉胆外表面, 使电 阻带 的辐射面更有效地辐 射到被 加热物体 上, 提高了 热能的 利用 率。同时采用六区控温, 使纵向炉温均匀性也达到规定要求。
图 3 电热体结构图 ( 4) 设计了新型的电动弹性密封炉门, 保证良好的密封性。 ( 5) 电阻炉可在路 轨上左 右往复 行走, 行走速 度由调 频 器控制, 在行走到接近停 位时能 自动减 速, 对 准位置, 平稳 准 确地定位。
一种用于钛带退火的连续光亮退火炉的制作方法
一种用于钛带退火的连续光亮退火炉的制作方法x一种用于钛带退火的连续光亮退火炉的制作方法一、总体设计1、连续光亮退火炉的结构原理连续光亮退火炉是一种用于处理钛带的特殊热处理设备，炉体结构由热源、炉内热源系统、喷淋系统以及冷却系统等组成，冷却系统和热源系统的结合能够起到对钛带设定温度精度的控制，喷淋系统能够进行钛带的退火加工，热源的选择可以显著提高效率。
2、连续光亮退火炉的工艺流程（1）加热钛带通过热源的加热，钛带的温度从室温升至设定温度，在不同的加热过程中，各部位温度的差别会比较大，所以需要进行精确控制，确保每个部位的温度精度达到设定要求。
（2）退火钛带的温度到达设定温度后，热源系统的停止，启动喷淋系统，冷却水以较低的压力以喷射的形式向钛带部分射击，从而使钛带的温度逐渐降至期望值。
（3）冷却喷淋加工完成后，回旋炉被冷却，冷却水喷射时大量的剧热量从钛带表面蒸发，冷却期间，钛带的温度慢慢降低，最后达到室温。
二、设备制作需求1、设备制作材料（1）作为热源的热线圈，采用耐高温的不锈钢管线；（2）作为喷淋系统的设备，采用铝制喷头；（3）作为冷却系统的设备，采用不锈钢泵和不锈钢管线；（4）设备控制系统，需要采用高精度的控制仪表与温度控制装置，同时需要根据钛带的特殊加工要求进行程序控制。
2、设备制作工艺（1）热源系统安装高温不锈钢的电热线圈，连接电源，将电热线圈安装在回旋炉腔体内，然后接上控制电路，完成热源系统的装配；（2）喷淋系统安装高硬度的铝制喷头，安装在回旋炉腔体内，并与冷却水接口进行连接，然后接上控制电路，完成喷淋系统的装配；（3）冷却水接口安装不锈钢的水泵，将其连接到冷却水接口，并与喷淋系统连接，然后接上控制电路，完成冷却系统的装配；（4）控制系统安装高精度的控制仪表和温度检测装置，并装订温度程序控制装置，完成控制系统的装配。
三、设备安装与调试1、安装将热源系统、喷淋系统和冷却系统均安装在回旋炉腔体内，完成设备的安装。
真空退火炉在钛及钛合金退火中的应用
钛合金真空感应熔化设备研发建设方案(二)
钛合金真空感应熔化设备研发建设方案一、实施背景随着科技的飞速发展，钛合金作为一种具有高强度、高耐蚀性的优异金属材料，在航空、航天、医疗等领域的应用日益广泛。
然而，钛合金的熔炼和制备技术一直是限制其产业发展的关键瓶颈。
真空感应熔炼技术作为一种先进的金属熔炼技术，能够在高温、高真空度的环境下，实现合金材料的快速熔化、纯净熔炼，为钛合金的制备提供了新的可能。
二、工作原理钛合金真空感应熔化设备基于真空感应熔炼技术，核心部件包括真空室、感应加热器、熔炼坩埚、冷却系统等。
工作原理如下：1.真空室：首先，将钛合金原料放入真空室，通过机械泵和分子泵将室内气压抽到10^-3Pa以下的真空度。
2.感应加热器：在真空室顶部安装高频感应加热器，利用电磁感应原理，使钛合金原料在短时间内达到熔点。
3.熔炼坩埚：将达到熔点的钛合金倒入熔炼坩埚中。
4.冷却系统：通过水冷系统将熔炼坩埚迅速冷却，使钛合金快速凝固。
5.取出产品：凝固后的钛合金锭从熔炼坩埚中取出，进行后续加工。
三、实施计划步骤1.研发阶段：进行设备的设计、制图和模拟实验，确定设备的最佳参数和配置。
2.采购阶段：根据设计图和清单，采购所有必要的设备和材料。
3.安装阶段：在实验室或厂房内，按照设计图安装设备，并进行初步调试。
4.实验阶段：进行设备的性能测试和验证，并对设备进行优化改进。
5.生产阶段：当设备性能稳定后，开始进行钛合金的批量生产。
四、适用范围此设备适用于以下情况：1.航空航天领域：钛合金因其高强度和低密度的特性，广泛应用于飞机、火箭等航空器的结构件中，此设备能够提供高质量的钛合金锭，满足航空航天领域的高标准要求。
2.医疗领域：钛合金在医疗领域主要用于植入物如人工关节、牙科种植物等，此设备能够提供具有生物相容性的钛合金材料，满足医疗领域的需求。
3.工业领域：钛合金在化工、石油等领域也有广泛应用，此设备能够提供高质量的钛合金材料，提高这些领域的生产效率。
五、创新要点1.全自动控制：设备采用全自动控制系统，从抽真空、加热熔炼到冷却凝固，全程自动控制，节省人力成本。
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该炉经调试后各项性能均达 到技术要求, 在 1997 年 由用 户组织国内外专家 验收合 格。该炉不 仅适用 于锆、钛管材 半
312 真空炉胆
真 空 炉 胆 分 左 右 各 一 只, 有 效 尺 寸 为 <500mm @ 6000mm, 用厚 度 为 12mm 的 Cr25Ni20Si2 热 强 钢 板 焊 接 而 成。内表面进行机械抛光。炉胆呈卧式悬 臂状固定在抽真空 接管上, 并由支承托架支撑其悬臂部分。
313 跌倒式支承托架
317 电气制
电气控制包括电阻炉温 度和电 气控制, 左右 抽真空 系统
控制, 模拟屏、左右装 料小车、电机、电磁 阀、行程开 关等外 部 执行机构系统控制。
温度控制采用双向 晶闸管 作为无 触点开 关, 调 功器触 发 控制加热元件。炉温的测量和控制选用智 能型的欧陆表调节
仪, 通过 PI D 参数调节达到最 佳控温 效果。炉胆 内的测 温采 用大华- 千野 AL 系列多量程 混合式 记录仪, 可实 行 6 点 温度 显示和数字打印记录。
参加了部分设计工作。
热炉空冷这一办法。
收稿日期: 1999 年 3 月 3 日
对于连续生产问题, 我们 对贯通 式三室 真空退 火炉和 多
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炉胆轮流加热这两种炉型进行比较, 据用户反映, 贯通式三室 真空退火炉由于高温工件通过真空阀门时橡胶密封圈受高温 影响而使用 寿命难以保证, 同时 三室真 空炉由 于真空 室容积 的增加而要加大真空机 组容量 或数量, 使设 备造价 增加。故 没有采用这种形式。其次, 研究 了多炉胆 移动方 式和井 式两 种形式, 这两种方式都是移动炉胆进出加热炉内, 它们共同存 在着移动时庞大的真空 机组难 以快速 连接和拆 卸。同时, 用 井式还要 有高大 的厂房才 能从炉 中吊出 7m 长的 炉胆, 增加 土建费用。
4 结论
( 1) 45 钢锤片改多片交错重叠淬火为单片下落淬火, 与
图 3 现工艺淬火回火后金相组织 @ 100 手工成串淬火相比, 工艺再现性好, 大批量 生产时硬度基本符 合技术要求。
( 2) 45 钢锤片亚温淬火工艺节电 近 50% , 夹具制造 成本 降为零, 劳动强度下降 2/ 3。
( 3) 自制的推杆式炉还可用于长轴类 加热或其它长形零 件加热。
约电耗。 ( 3) 电热元件用 Cr 20Ni80 镍 铬合金 电阻 带绕制 成/ 之0
形波状, 如图 3 所示。电阻带平面面向炉胆外表面, 使电 阻带 的辐射面更有效地辐 射到被 加热物体 上, 提高了 热能的 利用 率。同时采用六区控温, 使纵向炉温均匀性也达到规定要求。
图 3 电热体结构图 ( 4) 设计了新型的电动弹性密封炉门, 保证良好的密封性。 ( 5) 电阻炉可在路 轨上左 右往复 行走, 行走速 度由调 频 器控制, 在行走到接近停 位时能 自动减 速, 对 准位置, 平稳 准 确地定位。
跌倒式支承托架是支承炉胆 悬臂部分重量的。当电阻炉 从左炉胆驶往右炉胆 时, 右 炉胆在 进入炉 膛后支 承托架 就一 个接一个地自动倒下, 使电阻炉通过, 而左电炉胆的支承托架
11 炉壳
26
21 石棉板
图 4 真空系统图
图 2 炉衬图 31 保温砖 41 轻质高强度耐火粘土砖
11 放气阀 21 电阻规管 31 电离规管 41 泵油烟气捕集器 5、6、7、81 高真空气动挡板阀
New Half-continuous Vacuum Annealing Furnace for Zr-Ti Pipe
Guan Gensheng ( Wuxi Engine MF G P lant , Wux i 214008)
锆管是 用于尖端技术 工程的稀 贵金属 材料, 技术 性能要 造容易, 操作方便, 造价便宜, 加之近年来高温热强钢的开发,
参考文献 1 董亚伟等编. 热处理设备选 用手册. 北 京: 机械工 业出版社, 175~
179 2 陈天民, 吴建平编. 热处理设 计简明手 册. 北京: 机 械工业出 版社,
221~ 331 3 安运铮主编. 热处理工艺学. 北京: 机械工业出版社, 97~ 117
锆、钛管新型半连续真空退火炉
无锡动力机厂( 江苏无锡 214008) 管根笙
315 真空系统
本炉配备两套 JK 630 高真空机 组, 每只炉 胆一套 真空机 组。机 组由 一台 K630T 油 扩散 泵、一台 Z- 300 油增 压泵、两 台 2X- 70 旋 片式机械泵及气 动高真 空挡板阀 门等组 成, 如图 4 所示。机组通过 阀门 的变换 可实 行多 种抽真 空通 路, 每个 阶段都有最大的抽速, 使设备始终保持良好的 真空状态。
91 料车 101 右车架及传送机
2 主要技术参数
¹ 真空 炉胆有 效尺 寸 <500mm @ 6000mm; º 功率: 电阻 炉加热功率 180kW, 扩散泵加热功率 12kW, 增压泵 加热功率 517kW, 动 力 功 率 61 7kW; » 电 源: 电 阻 炉 电 热 体 为 单 相, 220V ; 扩散泵增压泵为 3 相, 380V; 电动机为 3 相, 380V ; ¼额 定温度 800e ; ½ 炉温均匀度 ? 3 e ; ¾控 温区数 为 6 区; ¿ 空 炉冷态极限真空度 7@ 10- 3P a; À工 作真空度 11 5 @ 10- 2 Pa; Á 压升率< 61 5Pa/ h; Â 一次最大装炉量~ 700kg; lv 冷却水耗 量~ 15m3/ h; lw压 缩空 气耗 量 012m3/ min; lx 质 量 21300kg ; ly外形尺寸: 37740mm @ 5000mm @ 4100mm。
求高, 管件表面不能有氧 化现象 和整根 管件性 能偏差 要求很 故在使用温度 不超过 900e 的情 况下, 这种 炉型 在真 空退 火
严。故对退火炉的炉温均匀性和真空度要求很高。炉温均匀 方面应用较多。同时外热式真空炉的炉胆 不像内热式真空炉
度要求 达到 ? 3e , 冷 态极限 真空度为 7 @ 10- 3 Pa, 工作 真空 度为 11 5@ 10- 2 Pa, 压升率< 61 7Pa/ h。
综上所述, 确定采用卧式悬臂双炉胆, 移动式电阻炉轮流 加热两只炉胆, 半连续生产的方案, 如图 1 所示。
图 1 新型半连续真空退火炉示意图 11 左支架及传送机构 21 左炉胆真空接管 31 电阻炉移动牵引机构 41 左真空炉胆 51 倾倒式支承架 61 移动式电阻炉 71 右真空炉胆 81 右炉胆真空接管
温时间大大缩短, 两班制生产时, 冷炉升温时间仅为 1h。
3 应用效果
45 钢锤片原处理工艺为( 820 ? 10) e 淬火, ( 550 ? 10) e
回火; 现在淬火温度为( 760~ 780) e , 淬火加热保 温总时间为 60min, ( 540? 10) e 回火 加热 保温 时间 为 150min, 其结 果对
316 冷却水装置
冷却水装置提供真空炉 胆、真 空机组 等各受 热部件 的冷 却水。由总 水管、各路冷却水管阀门、回水箱、水管、电接点压
力表及断水报警器等组成。各路冷却水阀门可分别调节各冷 却水路的进水量, 电接点 压力表 可以测 量总供 水压力 及水压 低于规定值时进行报警。每一回水管路上设计了一种小型断 水报警器, 确保各部位正常工作。
3 组件结构特征
311 移动式电阻炉
( 1) 采 用卧式与炉胆同心圆形炉膛, 使电热体分布均匀, 炉 胆能在纵向径向都均匀受热, 确保 ? 3e 的炉温均匀度。同时由 于圆形结构散热面积小, 热损较小, 提高了热效率, 节约能源。
( 2) 采用大 块扇形 砖砌 筑炉 衬, ( 如 图 2) , 减少 灰缝, 保 证炉衬结构强度, 耐火 层用轻 质高强 度耐火 粘土砖。保 温层 用膨胀珍珠岩保温砖, 使整个炉衬重量轻, 蓄热小, 升温 快, 节
管根笙: 男, 68 岁, 高工, 江苏省 热处理专 业委员 会常务 理事, 无 锡市 热处理学组组长。主要从事热处理工艺 技术及车 间、设备设 计工作, 曾发表专著 3 部, 论文 5 篇。联系电话: ( 0510) 2405530。杨荣发同志
退出加热炉进行空冷或送入冷却 室强制快冷。经过对空冷和 冷却室强制冷却后, 炉胆内的试样分别进行性能测试比较, 结 果两者均能达到工艺要求指标。因此我们 确定了炉胆退出加
91 电离规管 101 气动蝶阀 111 油扩散泵 121 油增压泵 131 电磁阀 141 机械泵
5金属热处理6 1999 年第 10 期
同时一个接一个地自动立起, 保证炉胆不受弯 曲。
314 装料小车及车台
装料小车承担退火工件进出真空炉胆的输送任务。小车
在车台上可 往复行走。小车由 1Cr8Ni9T i 不锈钢 制成。并装 有 3 支热电偶, 以测量炉胆内退火工件的实际温度。
入淬火介质中仅 01 5s, 可保证对 淬火温 度特别 敏感的 亚温淬 火工艺的实现[ 3] 。
21313 节能 炉衬 厚度仅 为普 通中 温炉 衬的 58% , 不 仅节 材且缩小了 炉子占 地面 积。设 计功 率为 35kW, 三 相星 形接
法, 与在同功率箱式炉中按原工艺方法处理相比, 电耗仅为原 来的 50% 。由于硅酸铝 耐火 纤维良 好的 保温 性能 使冷 炉升
比如表 1 所示。 表 1 45 钢锤片新旧处理方法结果对比
工艺
原工艺 现工艺
淬火硬度
HRC 15~ 58 30~ 52
回火硬度 淬火电耗/ 劳动强度
HRC kW#h#kg- 1 ( % )
15~ 30 22~ 28
01 30 01 15
100 ~ 30
开裂率
(%) ~ 01 1 ~ 01 02
45 钢锤片亚 温淬 火后 硬 度为 30~ 52HRC, 波动 范 围较 大, 这是由于工件片片下落时有重叠现象, 但回火后硬度符合 图纸技术要求, 其金相组织见图 3, 亚温淬 火后存在约 10% ~ 15% 的针状铁素体, 用户反映对使用性能影响不大。