保溫式活性屏離子熱處理爐主體結構設計探析

馬峻麒

摘要：對保溫式活性屏離子熱處理爐的主體結構進行優化設計，選擇合適的保溫材料和爐體材料，準確計算出保溫式活性屏離子熱處理爐主體機構中的保溫層厚度和爐體壁厚度，實現對爐體零部件和爐體結構中冷卻系統的合理設計，才能充分發揮保溫式活性屏離子熱處理爐的重要作用，促進生產過程的多功能化，體現出節能環保的特點。

關鍵詞：保溫式；活性屏；離子熱處理爐；主體結構

離子化學熱處理技術隨著我國信息技術和科學技術的不斷發展和進步，目前已經在我國生產企業中得到了廣泛的應用，主要包括離子淡化、等離子體化學氣相沉淀和離子氮碳共滲等不同的處理工藝，在企業的生產過程中應用具有較好的質量，處理速度相對比較快，不會產生污染和技能等特點。在實際的工業生產過程中，充分發揮離子熱處理技術的作用，需要技術人員實現對保溫式活性屏離子熱處理爐主體結構的優化設計。

1.確定爐體結構中爐殼的外形和材料

保溫式活性屏離子熱處理爐是現代工業生產中應用比較廣泛的一種生產設備，主要的組成部分是保溫式爐體、液壓升降系統和冷卻系統等。這種生產設備在實際的工業生產應用過程中，最高的工作溫度是650℃，設備中的極限真空度小于1Pa。其中，保溫式活性屏離子熱處理爐中在離子滲氮時，最高溫度不足650℃。為了保證該生產設備在這種溫度下，仍然可以繼續長期進行工作，在選擇爐體結構外殼材料的時候，可應用奧氏體不銹鋼材料。因為奧氏體不銹鋼材料在工業生產過程中，相對于其他材料，具有較好的高溫強度、冷加工成形性、耐蝕性、可焊性和氣密性等優點。一般情況下，大部分的離子熱處理爐的真空反應室中的殼體基本都屬于鐘罩式結構，因為容易制造，而且具有較高的承壓能力。所以，在設計保溫式活性屏離子熱處理爐主體結構的時候，爐殼外形結構的設計基本上都是立式鐘罩形。

2.計算爐壁的厚度和爐體尺寸

保溫式活性屏離子熱處理爐的主體結構中，采用的是保溫式反應室結構。其中，反應室內的工件的加熱主要是利用活性屏進行輔助加熱的，而反應室外壁的保溫材料主要是利用保溫材料進行覆蓋實現的。另外，僅僅應用局部水冷的方法在爐體結構中的冷卻部位進行冷卻，例如爐體結構中的電極和密封膠圈等冷卻部位進行冷卻。在對爐體結構中的反應室進行了一定的保溫處理之后，不僅可以節水和節電，還可以有效的提高爐體結構中反應室中工件溫度的均勻性，對反應室中的使用空間進行了有效的擴大。為了保證生產工件在經過一定的處理之后，在進行冷卻的時候加快冷卻速度，設計人員可在保溫式活性屏離子熱處理爐的反應室和保溫層之間的風冷通道。例如，對爐壁厚度進行計算的時候，如果爐體結構是圓筒形殼體，在計算厚度的時候，可利用圖解法和計算法。選擇比較簡單常用的圖解法，對爐壁的厚度進行設計，設計思路主要是：

（1）假設圓筒計算壁厚度值為S0，圓筒內徑為DB，圓筒外徑為DH，圓筒的計算長度是L，需要決定比值L/DH和DH/S0。根據實際測量出的圓筒形或者球形鋼制外壓容器壁厚，計算出L/DH的比值，將此點按照水平方向進行移動，相交DH/S0于一點。讓這點沿垂直方向移動，相交于在爐體結構中所選的溫度線于一點，將這點沿水平方向向右移動，可以計算出系數B。

（2）按照一定的計算公式，實現對許用外壓力的計算，公式為[P]=BS0/DH。對爐體結構中設計的壓力P和計算出的[P]值進行對比，如果[P]

3.爐體結構中保溫層的設計

為了保證保溫式活性屏離子熱處理爐功能的充分發揮，在設計爐體結構的時候，要選擇合適的保溫材料。首先，爐體結構中應用的保溫材料，應該滿足一項前提條件，就是符合工業生產中對物理和化學性能等工藝要求。在選擇的時候，應該保證選用的材料具有較低的導熱系數、較小的密度、容易施工和較低的價格。例如，某生產工業保溫式活性屏離子熱處理爐結構的設計過程中，選用的保溫層材料是巖棉板，主要的原料是精選的玄武巖，利用高溫熔化加工制成的人造無機纖維，這種保溫層具有較低的材質，較好的吸聲性能、穩定的化學性能、較小的導熱系數和不燃等特點。在實現對保溫層的設計之后，技術人員還需要對保溫層的厚度進行準確的計算。一般情況下，計算爐體結構中保溫層厚度的時候，計算標準為3種。第一：按照允許的表面熱損失值進行確定；第二：利用經濟厚度法進行計算確定；第三：按照保溫層的表面溫度進行計算。例如，某工業生產設備中設計的的爐體結構中，對爐體保溫層的計算，主要是按照保溫層的表面溫度進行的。計算公式如下：

其中，D0是指管道外徑；D1是指主保溫層直徑；λ是指保溫材料的導熱系數；a2是指保溫層外表面的放熱系數；t1是指管道設備的外表溫度；tk主要是指保溫結構周圍空氣溫度；tw是指保溫層的表面溫度。

4.爐體結構中冷卻系統的設計

保溫式活性屏離子熱處理爐體結構的設計過程中，冷卻系統的設計也是十分重要的工作內容。因為，例如爐體中的一些密封部位，比如爐體中的觀察窗、底盤和電極等基本上是利用橡膠圈進行密封的。一般情況下，普通橡膠圈的工作溫度在100℃之下，需要應用局部水冷措施進行冷卻。為了提高該生產設備的生產工作效率，在離子熱處理后的工件進行冷卻的時候，應用爐外風冷，可在爐體中的保溫層和爐壁之間設置風道。如需對工件進行冷卻，秩序打開軸流風扇，讓風道中進入流動空氣，帶走爐壁中產生的熱量，從而快速冷卻工件。

5.總結

根據保溫式活性屏離子熱處理爐目前在我國工業生產中的廣泛應用，不斷的對爐體結構進行優化設計，以充分發揮爐體的重要作用，才能促進我國工業生產的發展。

6.參考文獻

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