內(nèi)熱式真空電阻爐的節(jié)能設計

真空電阻爐以工作過程中無氧化、無增碳的特點，在各類金屬材料及零件加工行業(yè)中應用得極 其廣泛，在一些領(lǐng)域內(nèi)有無可取代的優(yōu)勢。根據(jù)結(jié) 構(gòu)上有、無馬弗，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，是通過加熱器的 電阻，將電能轉(zhuǎn)換成熱能對工件進行加熱，所以電能 是設備的直接能耗，也是主要能耗。另外，大部分的 真空爐在冷卻過程中需要充入惰性氣體，以加速冷 卻過程。因此，真空電阻爐的能耗主要來自電能消 耗和惰性氣體消耗。在真空電阻爐的設計過程中， 采取一些節(jié)能措施，提高設備能效，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

一臺設備的能效水平，在其設計、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)爐等幾個大的類別。這幾類真 空爐盡管功能有差異，但工作過程基本相同，均包括 以下三個環(huán)節(jié): 抽真空→加熱保溫→冷卻，只是不同 功能的真空爐對各環(huán)節(jié)的要求有所側(cè)重。本文將對 內(nèi)熱式真空電阻爐工作過程的抽真空→加熱保溫→ 冷卻三個環(huán)節(jié)分別進行能耗分析，并根據(jù)不同類別 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)，對爐室抽真空，創(chuàng) 造一個適當?shù)恼婵窄h(huán)境。真空系統(tǒng)的能耗主要來自 真空泵機組的電能消耗，這部分能耗大約占據(jù)設備 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抽真空充氮氣保護 的方式工作的，這種方式由于真空系統(tǒng)工作時間短， 能耗相對較低。其它爐型的抽空過程均是一直持續(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 配置取決于設備對真空度和抽速指標的要求。目前 的真空電阻爐，真空系統(tǒng)配置過剩的情況非常普遍， 有些是設計者自身原因，有些是用戶的不合理要求導致。

根據(jù)實踐經(jīng)驗，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。 過高的真空度反而會造成合金元素蒸發(fā)和料筐粘連 等問題，特別對淬火溫度達到 1200 ℃ 左右的高速 鋼，影響尤為突出。因此，從實際使用角度上，真 空淬火爐并不適合配置擴散泵機組。以 KT-600 擴 散泵 + ZJP-300 羅茨泵 + 2X-70 真空機組為例，各泵 的功率分別為 8、4、5． 5 kW，配置擴散泵和不配置擴 散泵相比，機組功耗相差 46% 。 對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，則必須配置擴散泵機 組，但通常在退火溫度下，真空度保證 10 － 2 Pa 級就 可以滿足使用要求。而對于真空釬焊爐和真空燒結(jié) 爐等，在加熱過程中有揮發(fā)物的設備上，為了保持真 空度，則需要選擇偏大抽速的擴散泵。