內(nèi)熱式真空電阻爐的節(jié)能設(shè)計(jì)

真空電阻爐以工作過(guò)程中無(wú)氧化、無(wú)增碳的特點(diǎn)，在各類(lèi)金屬材料及零件加工行業(yè)中應(yīng)用得極 其廣泛，在一些領(lǐng)域內(nèi)有無(wú)可取代的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)結(jié) 構(gòu)上有、無(wú)馬弗，真空電阻爐可分為外熱式和內(nèi)熱式 兩種，外熱式真空電阻爐與普通箱式爐和井式爐 結(jié)構(gòu)相似，本文僅探討內(nèi)熱式真空電阻爐的相關(guān)內(nèi) 容。真空電阻爐采用電阻式加熱，是通過(guò)加熱器的 電阻，將電能轉(zhuǎn)換成熱能對(duì)工件進(jìn)行加熱，所以電能 是設(shè)備的直接能耗，也是主要能耗。另外，大部分的 真空爐在冷卻過(guò)程中需要充入惰性氣體，以加速冷 卻過(guò)程。因此，真空電阻爐的能耗主要來(lái)自電能消 耗和惰性氣體消耗。在真空電阻爐的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 采取一些節(jié)能措施，提高設(shè)備能效，降低處理工件單 位重量的能耗，是非常有意義的。

1.真空爐能耗分析及節(jié)能措施

一臺(tái)設(shè)備的能效水平，在其設(shè)計(jì)、制造完成后， 就基本確定了。根據(jù)真空爐的功能，內(nèi)熱式真空電 阻爐分為真空退火爐、真空淬火爐、真空回火爐、真 空釬焊爐、真空燒結(jié)爐等幾個(gè)大的類(lèi)別。這幾類(lèi)真 空爐盡管功能有差異，但工作過(guò)程基本相同，均包括 以下三個(gè)環(huán)節(jié): 抽真空→加熱保溫→冷卻，只是不同 功能的真空爐對(duì)各環(huán)節(jié)的要求有所側(cè)重。本文將對(duì) 內(nèi)熱式真空電阻爐工作過(guò)程的抽真空→加熱保溫→ 冷卻三個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行能耗分析，并根據(jù)不同類(lèi)別 真空爐，提出可采取的節(jié)能措施。

2. 抽真空環(huán)節(jié)能耗分析

真空電阻爐均配備真空系統(tǒng)，對(duì)爐室抽真空，創(chuàng) 造一個(gè)適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境。真空系統(tǒng)的能耗主要來(lái)自 真空泵機(jī)組的電能消耗，這部分能耗大約占據(jù)設(shè)備 總能耗的 5% ～ 20% 。各種爐型中，只有部分的真空 回火爐和低溫退火爐采用的是預(yù)抽真空充氮?dú)獗Ｗo(hù) 的方式工作的，這種方式由于真空系統(tǒng)工作時(shí)間短， 能耗相對(duì)較低。其它爐型的抽空過(guò)程均是一直持續(xù) 到加熱程序結(jié)束，部分爐型甚至隨爐冷卻至 150 ℃ 才停止抽真空。這些爐型的能耗方面，抽真空所占 的比例較大，特別是帶擴(kuò)散泵的高真空系統(tǒng)。 抽真空的能耗取決于真空泵的配置，真空泵的 配置取決于設(shè)備對(duì)真空度和抽速指標(biāo)的要求。目前 的真空電阻爐，真空系統(tǒng)配置過(guò)剩的情況非常普遍， 有些是設(shè)計(jì)者自身原因，有些是用戶的不合理要求導(dǎo)致。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，用于鋼材淬火的真空爐( 包 括單室氣淬爐和雙室氣淬、油淬爐) ，采用石墨加熱 器，5 ～ 13． 3 Pa 的工作真空度，即可保證處理效果。 過(guò)高的真空度反而會(huì)造成合金元素蒸發(fā)和料筐粘連 等問(wèn)題，特別對(duì)淬火溫度達(dá)到 1200 ℃ 左右的高速 鋼，影響尤為突出。因此，從實(shí)際使用角度上，真 空淬火爐并不適合配置擴(kuò)散泵機(jī)組。以 KT-600 擴(kuò) 散泵 + ZJP-300 羅茨泵 + 2X-70 真空機(jī)組為例，各泵 的功率分別為 8、4、5． 5 kW，配置擴(kuò)散泵和不配置擴(kuò) 散泵相比，機(jī)組功耗相差 46% 。 對(duì)于氧化極其敏感的金屬材料，比如鎢、鉬、鉭、 鈮、坡莫合金等材料的退火，則必須配置擴(kuò)散泵機(jī) 組，但通常在退火溫度下，真空度保證 10 － 2 Pa 級(jí)就 可以滿足使用要求。而對(duì)于真空釬焊爐和真空燒結(jié) 爐等，在加熱過(guò)程中有揮發(fā)物的設(shè)備上，為了保持真 空度，則需要選擇偏大抽速的擴(kuò)散泵。