热处理设备课程设计淬火盐水槽的设计

2015—2016学年第二学期热处理设备课程设计淬火盐水槽设计设计者：班级：指导教师：设计日期：目录一．淬火槽设计1.基本要求2.设计内容二．设备计算和选择1.淬火盐水槽的尺寸确定1.1淬火盐水槽的结构形式1.2淬火盐水槽的尺寸计算2.冷却循环系统的组成3.冷却器的计算与选择三．绘图四．收获总结致谢一、淬火槽设计1.基本要求冷却是热处理生产的重要组成部分。

淬火冷却设备的主要作用是实现对材料的淬火冷却，达到所要求的组织和性能；同时减少或避免工件在冷却过程中开裂和变形。

对淬火冷却设备的基本要求是：①能容纳足够的淬火介质，以满足吸收高温工件的热量的需要；②能控制淬火介质的温度、流量和压力参数等，以充分发挥淬火介质的功能；③能造成淬火介质与淬火工件之间的强烈运动，，以加快热交换过程；④对容易开裂和变形的工件，应设置适当的保护装置，以防止开裂和减少变形；⑤设置介质冷却循环系统，以维持介质温度和运动；⑥保护环境和生产安全。

2.设计内容①根据工件的特性、淬火方法、淬火介质、生产量和生产线的组成情况，确定淬火槽的结构类型；②根据每批淬火件的最大重量、最大淬火尺寸确定淬火槽的容积；③选择淬火介质在槽内的运动形式，确定供排介质的位置。

确定驱动介质运动装置的安装位置；④选择淬火槽的结构材料，考虑材料的抗蚀性和避免应用催化介质变质的材料；⑤绘制水槽结构图，给出用料明细表；⑥给出配套冷却器（型号、换热量）。

二、设备计算和选择1.淬火槽的尺寸确定1.1淬火槽的结构形式此次设计的淬火槽结构形式为普通型间隙作业淬火槽，主体结构由槽体、介质进排液管及溢流槽组成。

①槽体淬火槽槽体材质采用Q235钢。

其屈服强度δs=235MPa,抗拉强度δb=375-460MPa ，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛，故选择Q235钢。

淬火槽形状为矩形，由最大装炉量（G装=867kg ）可知此淬火槽容积较大，因此采用厚度为8mm 的钢板焊成。

同时为了增强槽壁则焊以角钢（等边角钢）为筋，角钢厚度为8mm ，边长为60mm 。

淬火液为盐水时，考虑盐水的腐蚀性，槽壁内外应涂有防锈漆。

②进液管和溢流槽进液管布置在槽的下部，伸到槽内，距槽底为150mm 处，以避免搅动沉积在底部的铁屑等污物。

进液管管径依淬火介质水的流速为1.0m/s 设计。

溢流槽设计在槽体上口边缘，便于槽内上浮的热介质溢流，也兼作热介质的出口。

溢流槽的容积可容纳一批淬火件和夹具的体积。

溢流槽排出的热介质依靠自重抽出，再从槽下部充入。

1.2淬火槽的尺寸计算首先用热平衡法计算淬火液 需要量，然后确定淬火槽的容积和尺寸以及管道的尺寸。

炉体设计部分设计结果:最大装炉量：G 装=867kg淬火工件尺寸：V 工=1700mm ×800mm ×500mm 两次淬火之间的时间间隔：τ=5.1h ⑴淬火液的需要量根据热平衡原理可知，淬火工件放出的热量等于淬火液所吸收的热量，即()()122g 2g 1g 1g t -t t -t VC C C G =所以 ()()122g 2g 1g 1g t -t /t -t C C C G V = 式中: V ——淬火液的体积，m 3; G ——每次淬火工件的总质量，kg;t g1 ，t g2——工件的加热温度和冷却终止温度，℃；C g1 、C g2——工件在t g1 和t g2时的平均比热，当钢件加热到850℃时，C g1 ≈0.71kJ/(kg ·K);冷却到150℃时，C g2≈0.5kJ/(kg ·K)；t 1、t 2——淬火液的开始和终止温度，对于水，t 1=10~25℃，t 2=30~40℃； C ——淬火液在t 1~t 2间的平均比热，对于水C=4.16×103kJ/(m 3·K)。

此次设计的最大装炉量G 装=867kg,根据公式可求出淬火液的体积： ()()33m 5.520-401016.41505.0-85071.0867=*****=V 实践表明，用热平衡方法计算出淬火液需要量比较低，其实际冷却能力达不到生产的要求，所以一般还是用经验估算方法来确定淬火液的实际需要量。

通常，对于置换冷却的淬火槽，淬火液的重量等于同时淬火工件重量的3~7倍。

故，淬火液的实际需要量G=7G 装, 水的密度ρ水=1000kg/m 3 可求出 V=867×7÷1000=6.069m 3故淬火液的实际需要量 V=6.069m 3。

⑵淬火槽的形状和尺寸计算 ①淬火液的深度h h=H 工+Δh 1+Δh 2+Δh 3式中：H 工——工件的高度，m ；Δh 1——淬火时，工件上端据液面的距离，取0.1~0.5m ； Δh 2——淬火时，工件下端据液面的距离，取0.1~0.4m ；Δh 3——淬火时，工件上下移动的距离，短件取0.1~0.5m ，长件取0.5~1.0m 。

淬火工件尺寸：V 工=1700mm ×800mm ×500mm H 工=0.5m h=H 工+Δh 1+Δh 2+Δh 3=0.5+0.5+0.4+0.6=2.0m 故淬火液的深度为2.0m ②淬火槽的横截面面积： A=V/h=6.069 /2.0≈3m 2矩形淬火槽横截面的长度为b ，宽度为a ,则A=a ×b,b=(1.2~1.7)a 。

因此，当b=1.7a 时，a=1.5m , b=2m故淬火槽的长度为2m,宽度为1.5m ③淬火槽的深度H H=h+h 4+h 5+h 6式中：h 4——工件淬火后介质上升高度h 4=V 工/A=1.7×0.8×0.5/3=0.23m h 5——介质热膨胀使液面上升高度，h 5=ΔV/A(m) ΔV ——介质热膨胀体积，()221/-ρρρV V =∆(m 3)ρ1,ρ2——介质淬火前后密度（kg/L）盐水：ρ1=998.371kg/m3(10~25℃) ρ2=993.928kg/m3(30~40℃)ΔV=（ρ1－ρ2）V/ρ2=（998.371－993.928）×6.069/993.928=0.027m3h5=ΔV/A=0.027/3=0.009mh6=液面至淬火槽口距离，通常取0.1~0.4mH=h+h4+h5+h6=2+0.23+0.009+0.3≈2.5m故淬火槽的深度为2.5m(3)溢流槽的尺寸计算工件进入淬火槽中要排除同体积的淬火液，相当于增加同样大体积的淬火液，另外，淬火液因温度升高，而体积增大。

这两部分增加的淬火液全部排入溢流槽中，则溢流槽的体积V溢应为：V溢=V工+ΔV=1.7×0.8×0.5+0.027=0.707m3溢流槽设在矩形淬火槽的两端，其横截面面积A溢=2ab′(m2) 式中b′——溢流槽的宽度，取0.1~0.35m取b′=0.34m,则A溢=2ab′=2×1.5×0.34≈1.01m2溢流槽的计算高度h′h′=V溢/A溢=0.707/1.01=0.7m故溢流槽的高度为0.7m,宽度为0.34m，长度为1.5m(4)淬火槽内淬火液的置换量当采用置换冷却法冷却淬火液时，需要在两次淬火之间供入一定量的新液体置换已被加热的液体，以恢复淬火液原来的冷却能力。

假定被加热了的淬火液需全部加以置换，那么两次淬火之间的淬火液总置换量V置就应等于淬火液的总量V（V置=V），而单位时间内的淬火液置换量v置为 v置=V置/τ式中：τ——两次淬火之间的时间间隔，s。

v置=V置/τ=6.069/(5.1×3600)=3.31×10－4m3/s(5)淬火液的供入管、排出管和事故放油管的尺寸计算供入管的截面积A供和直径d供可按下式计算供置供w/v=A；供置供πω/v4d=式中：v置——单位时间内淬火液置换量（供入量），m3/s;ω供——淬火液供入速度，对于水，ω供=0.5~1.0（m/s ） 取ω供=1.0m/s ，供置供w /v =A =3.31×10－4/1.0=3.31×10－4m 2； 供置供πω/v 4d = =()m 021.00.1/1031.344-=***π故供入管直径d 供=0.021m两个排出管在两端溢流槽的下部，其截面积A 排和直径d 排按下式排置排ω/v =A；()排置排πω/2vd =式中：ω排——淬火液的排出速度，对于水，ω排=0.2~0.3（m/s ） 取ω排=0.3m/s ，排置排ω/v =A =3.31×10－4/0.3=1.1×10－3m 2； ()()m 027.03.0/1031.32/v 22d 4-=***==ππω排置排 故排出管直径d 排=0.027m事故排出管要使淬火槽内的盐水在8min 内全部排放到地下集液槽内，故每秒的排出量v 故=V/480（m 3/s ） 事故排出管的截面A 故和直径d 故可按下式 故故故ω/v =A ；()故故故πω/v4d =式中：ω故为事故排出管的排出速度，用泵排出时采用1.5m/s(2m 3以上的淬火槽常用泵排出)。

每秒的排出量v 故=V/480=6.069/480=0.0126（m 3/s ）故故故ω/v =A =0.0126/1.5=0.0084m 2；()()m 103.05.1/0126.04/v4d =**==ππω故故故故事故排出管直径d 故=0.103m 。

综上所述：淬火槽中淬火液的实际需要量 V=6.069m 3，淬火液的深度h=2m ， 淬火槽长度b=2m ，宽度a=1.5m ，深度H=2.5m ； 溢流槽长度a=1.5m ，宽度b ′=0.34m ，高度h ′=0.7m ；供入管直径d 供=0.021m ；排出管直径d 排=0.027m ；事故排出管直径d 故=0.103m 。

根据要求，结合实际生产情况，设计时选择：供入管直径d 供=0.025m =25mm ；排出管直径d 排=0.030m=32mm ；故事故排出管直径d 故=0.125m=125mm 。

2.冷却循环系统的组成淬火介质冷却系统用于将淬火槽中被置换出来的热淬火介质进行冷却，以便重新送回淬火槽中继续使用。

根据工作方式，淬火介质冷却系统可分为单独冷却和集中冷却两种。

此次设计，淬火工件容积很大，散热能力要求较高，故单独配备淬火介质冷却系统。

⑴集液槽集液槽通常是由钢板焊成长方形槽体。

集液槽常兼做事故放水槽用，其内部用隔板隔成二或三部分，分别做存液、沉淀和备用。

集液槽的容积应大于所服务的全部淬火槽及冷却系统中淬火介质容积的总和。

对集水槽要加大20%～30%。

槽内隔板的高度约为槽高的3/4。