大型淬火冷卻裝備的設(shè)計方案

 一、概述

    加熱后的金屬或工件通常是通過不同的冷卻速度來獲得所要求的組織和性能。因此，冷卻與加熱一樣，也是熱處理的主要工藝環(huán)節(jié)之一。同樣，冷卻裝備也是熱處理生產(chǎn)的主要裝備之一。

    淬火冷卻裝備根據(jù)工件在冷卻過程中的冷卻速度與冷卻性質(zhì)可分為：需要加熱的冷卻設(shè)備、冷卻室、淬火槽、淬火機床、冷處理設(shè)備等。

    淬火冷卻裝備的功能主要是保證金屬或工件淬火時有足夠的冷卻能力，或用于回火后防止回火脆性的快速冷卻。根據(jù)金屬或工件材料的不同及工藝要求，淬火裝備的淬火介質(zhì)分為油和水兩大類，油依冷卻速度的不同又分為快速油、高速油、超高速油等；水又分為無機溶液和有機溶液，如鹽水、PAG等，這些不同的冷卻介質(zhì)又通過一些附屬裝置進行預(yù)熱、冷卻、循環(huán)、攪拌等，以保持其所需的冷卻能力。

二、淬火冷卻裝備的技術(shù)要求

    1．為淬火提供適合工藝要求的冷卻能力。

    2．冷卻速度均勻，適合工藝要求。

    3．環(huán)保、節(jié)約。

    4．安全、防火。

三、淬火冷卻裝備的結(jié)構(gòu)

    1．槽體：

槽體一般由3—12毫米鋼板焊接而成，附以型鋼為加強筋，以提高其強度和剛性。

    底座多由型鋼制成，便于安裝和運輸，特別是大型淬火槽。

    2．溫度控制：

    淬火介質(zhì)的使用是有一定的溫度范圍的，當溫度低于下限時需要加熱，當溫度高于上限時就需要冷卻。

    1)加熱裝置：淬火介質(zhì)的預(yù)熱方法主要有以下幾種：

    ·燃料加熱

    ·蒸汽加熱

    ·電加熱

    2)冷卻裝置：

    冷卻淬火介質(zhì)的方法主要有兩種類型：

    ①更換淬火介質(zhì)的冷卻方法：

    在工件淬火時不斷地向淬火槽下部注入溫度較低的淬火介質(zhì)，而被加熱的介質(zhì)從淬火槽上部的溢流槽排出，流入大的地下專用淬火介質(zhì)儲存槽，或采用集中冷卻的方法，使介質(zhì)溫度降低，循環(huán)使用。

    ②不更換淬火冷卻方法：

    ·采取靠淬火槽四壁散熱達到降溫的方式。速度太慢不能連續(xù)使用。

    ·加裝攪拌裝置，加強淬火介質(zhì)的流動。結(jié)構(gòu)復雜，效果不大。

    ·在淬火槽中加裝帶小孔的管子，通入壓縮空氣，所產(chǎn)生的小氣泡在上浮時起到攪拌作用，使淬火介質(zhì)冷卻。此法的缺點是介質(zhì)容易老化；增加了工件和空氣接觸的機會，工件易被氧化；同時氣泡混合在淬火介質(zhì)中，使其冷卻能力降低。

    ·在淬火槽內(nèi)放置蛇形管，在蛇形管內(nèi)通入流動的水，使淬火介質(zhì)冷卻。需配置冷卻塔等輔助設(shè)施。

    ·將淬火槽置入更大一些的水槽中，再通入流動的水。需配置冷卻塔等輔助設(shè)施，溫度不易控制。

    3．排煙裝置：

    當淬火介質(zhì)為油或其他水基介質(zhì)時，在生產(chǎn)中由于熱的工件放入淬火介質(zhì)中會產(chǎn)生大量的蒸汽，必然會造成環(huán)境污染，使工作條件變壞，影響操作者的身體健康。因此，在淬火槽上安裝排煙裝置是必要的。

    排煙裝置的吸風罩大致有以下幾種類型：

·整體式槽邊側(cè)吸罩。

·分組式槽邊側(cè)吸罩。

·條縫式槽邊側(cè)吸罩。

·吹吸式槽邊側(cè)吸罩。

    4．滅火裝置：

    淬火介質(zhì)為油時，熾熱的工件特別是大型工件在入油的過程中，會使局部油溫很快升高，容易使油槽起火。因此，淬火油槽配備滅火裝置是非常必要的。常用的滅火方式有：

·加蓋密封滅火。

·滅火器滅火。

·氮氣滅火。

四、大型淬火冷卻裝備的設(shè)計方案

    1．槽體結(jié)構(gòu)

    大型淬火槽一般為方形或圓形，容積多為幾到幾十立方米，大型淬火槽可達100立方米以上。槽體以6—12mm鋼板焊接而成，四周由角鋼或槽鋼加強，當淬火槽較深時，高度方向也要以型鋼加固，使其具有足夠的強度和剛性，以防運輸安裝時變形。底部應(yīng)有由槽鋼制成的底座，便于運輸和安裝。

    2．淬火介質(zhì)入口的設(shè)置：

    由于淬火槽較大，特別是深度較深時，為保證淬火介質(zhì)沿高度方向溫度的均勻性，在槽體高度方向設(shè)置多層進口，每層由幾個小孔組成，小孔可呈一定角度，以便槽內(nèi)液體在上升的同時可以縱橫流動或形成擾流，但應(yīng)避免渦流。

    冷卻裝置為空氣冷卻器，這種冷卻淬火介質(zhì)的方法是一種不更換淬火介質(zhì)的冷卻方法，省去了巨大的儲液箱。同時，空氣冷卻器體積小，占地少，節(jié)水，節(jié)電，直接空冷，無須水池、冷卻塔和板式換熱器等傳統(tǒng)設(shè)施，安裝使用方便。

    3．淬火介質(zhì)的加熱和冷卻：

    為創(chuàng)造更大的生產(chǎn)空間，淬火介質(zhì)的加熱和冷卻裝置應(yīng)盡量遠離淬火槽，采用分離式的加熱和冷卻裝置。這樣，淬火槽變得簡潔，便于維修。

常用的加熱裝置為電熱箱，由管狀電熱器、箱體組成，根據(jù)淬火槽容積的大小，加熱功率可選擇18 KW、24Kw、36Kw等。

4．淬火槽與加熱和冷卻裝置的連接可采用不同的連接方法：

方案一：

見圖1，電熱箱和空氣冷卻器串聯(lián)，這種連接方法的優(yōu)點是連接簡單，加熱和冷卻的轉(zhuǎn)換不用開關(guān)節(jié)門，只需控制電熱箱和空氣冷卻器的工作狀態(tài)。但維修時只要維修其中的一個，整個系統(tǒng)就須全部停止運行?；芈纷枇^大。

    方案二：

見圖2，電熱箱和空氣冷卻器并聯(lián)，這種連接方法的優(yōu)點是加熱和冷卻回路分為兩個回路，其中的一個有故障時，回路仍可接通?；芈纷枇^小。但加熱和冷卻的轉(zhuǎn)換須用開關(guān)節(jié)門控制。

    方案三：

    換熱裝置是一種既能對介質(zhì)加熱、又能冷卻的裝置，采用這種裝置會使對淬火介質(zhì)溫度的控制，變得更為簡單、易行。見圖3。

在淬火介質(zhì)溫度正常的情況下，只需淬火介質(zhì)循環(huán)、攪拌時，使電熱箱和空氣冷卻器或換熱裝置停機，開啟泵和節(jié)門即可。

5．排煙裝置：

    排煙裝置的選擇既要起到排煙的作用，又要考慮到便于操作。

    吸風罩應(yīng)按照淬火槽截面的大小來選擇，比較幾種吸風罩的特點，選擇分組式槽邊側(cè)吸罩較為適合，所占空間小，吸風罩在淬火槽上的高度小，效果較好。    當截面較大時，應(yīng)選擇吹吸式槽邊側(cè)吸罩，但這種方式較復雜，且吸風量需加大，不宜采用。

    依需要可增置油煙回收裝置，既能回收油質(zhì)，又能保護環(huán)境。

    6．滅火裝置：

淬火油槽采用的滅火裝置為氮氣自動滅火裝置。其工作原理是：見圖4，圖5，當工件淬入油中瞬間引起火苗時，滅火裝置并不啟動，只有當火焰燒到安置在吸風口處的火焰檢測電極時(此時排煙系統(tǒng)正在工作)，在電極上產(chǎn)生電信號，經(jīng)專用電纜傳至火焰監(jiān)測器，輸出控制信號，使氮氣管路上的電磁閥動作，由分布在淬火槽上部的噴氣嘴噴出氮氣，在油面上形成氮氣幕達到滅火目的。在噴氮氣時連鎖關(guān)閉排煙風機，以免氮氣被排走，影響滅火效果。在方形油槽上，噴氣嘴通常置于長邊上，交錯分布，每邊2—4個，根據(jù)邊長決定。若為井式油槽則均勻分布于圓周上，噴向應(yīng)向下有一定的角度，稍偏離中心使氣流形成旋渦狀。見圖6。

    7．余熱利用：

    為合理利用熱能，在空氣冷卻器的熱風出口處設(shè)置三通管道，并配備手動碟閥用以轉(zhuǎn)換熱風的流向。在夏季把被淬火介質(zhì)加熱的空氣直接排

    放到室外，在冬季則通過碟閥把熱風排放到室內(nèi)，用于熱風采暖。