该大型卧式真空退火炉是用于钛、锆等稀有金属管材退火的真空热处理设备，退火工件最长尺寸为16m，是国内长度和容量最大的真空退火炉。本文着重介绍了该炉的技术性能、主要机构的设计、动作原理及其结构特点等。

　　真空退火是钛、锆等稀有金属中间和成品加工的重要工艺过程，在无氧化和无污染状态下进行消除应力再结晶退火，以消除加工硬化和恢复塑性^[1] 。近年来，随着国内航空、航天、航海、核电、国防等尖端工业的高速发展，不仅对钛、锆等稀有金属管棒材的需求量大大提高，而且对其质量和性能也有了更高的要求，管棒材的单根长度也由3 m~6 m 增加到10 m~16 m，因此，目前的真空退火工艺和设备难以满足这些尖端工业快速发展的要求。

　　目前，北京有色金属研究总院根据当前尖端工业的需求，结合自身的设计和使用等实践经验，开发制造了用于钛、锆等稀有金属的大型真空退火炉，退火工件长度最长可达16 m。

1、主要技术参数

　　型式：卧式、外循环式快冷、真空电阻炉。有效均温区Φ850 mm×16000 mm(600 mm×600 mm×16000mm)最高温度：900℃，工作温度:500℃~850℃，温度均匀性:±5℃，控温精度：±1℃，极限真空度:1.0×10^{- 3} Pa，工作真空度:1.0×10^{- 2} Pa，压升率:≤0.67 Pa/h，额定加热功率:900 kW

2、炉体机构的设计及特点^[2]

　　该炉为冷却水套式卧式真空退火炉，单室内加热。由炉体、真空系统、进出料系统及料架、工件快速冷却系统、加热系统和电控系统等组成。

2.1、炉体

　　炉体组成结构如图1 所示。炉体为卧式圆筒形双层水冷结构，包括壳体、加热室、前炉门、后炉门。炉壳法兰的材料均为不锈钢，采用氩弧焊接。前后开门，前门装料。炉门为全不锈钢双层水冷椭圆封头结构，进料端炉门能自动开闭，另外一端炉门气动缸锁紧，侧开门形式。炉体上安装有充气接口及阀门、放气阀、标温接口、检漏接口等。配置宽带式高温合金加热器。宽带式加热器与水冷炉壁间配置5 层0.5 mm 厚的不锈钢隔热屏。炉门与炉体法兰间采用橡胶密封圈，达到高真空密封要求，密封性能稳定、可靠。

2.4、真空系统

　　为迅速排除炉室腔体内气体及物料热处理时大量放出的杂质气体，保持炉室真空度符合工艺要求， 本设备配置了2 组抽气能力强大的KT- 800A 扩散泵机组。2 个扩散泵都装有挡油帽并实施温度监控，配有加热功率调节器，防止返油。同时为防止真空泵油蒸汽对工件的污染，在KT- 800A 扩散泵口设置了低温氟利昂冷阱，提高了真空室的洁净度。

2.5、冷却水系统及加热室快冷系统

　　冷却水系统包括分水器、水箱、阀门、管路及各种检测元件，具有水压、水流、水温和缺水报警及联锁等功能。同时，为了提高设备的工作效率，此设备设置了气体快速冷却系统。快冷系统由交换器、磁流体密封装置、快冷风机、软接管、接管等部件组成。设备运行至快速冷却工序时，充氩气阀打开，向炉内充入高纯氩气。炉内气体压力达到设定点后，快冷装置中风机启动，热气进入热交换器，进行热交换，冷却后的气体经通风管道送入炉体，冷却工件，如此循环工作。在此工作过程中，当炉内压力低于70 kPa 时，氩气阀就自动打开，向炉内补充氩气。

2.6、电控系统

　　电控系统^[4]由工控机、工控组态软件、数据采集卡、温控仪(欧陆)带通讯、输入输出模块、PLC(带相应的I/O 扩展，通讯接口)、真空计带输出控制、带通讯接口等组成。电控系统由若干控制柜(厂方设计)组成，控制柜面板上有真空系统以及供电加热系统操作模拟图。同时还有各段加热电流、温度以及扩散泵电流显示。整个控制系统均可以自动和手动自由切换，操作(控制)柜上配有常用的控制按钮。调用、运行加热程序分别可从上位机和主控温仪上操作。在炉门附近安装有操作箱，便于观察与控制送料机构的进出，该操作箱包括进料、出料、停止等按钮和指示灯。主回路包括低压熔断器、快速熔断器，真空机组分段后用小型变压器或功率模块代替大型磁调，减少占地面积，运行稳定，节能环保，故障率低。

3、结束语

　　该退火炉退火工件最长尺寸为16 m，是国内长度和容量最大的真空钛材退火炉，属热处理行业的关键设备，填补了超长、大容量真空退火炉的国内空白。目前已在多家企业投入生产运行，实际生产运行表明: 炉温均匀性好，控温精度高，真空度和压升率等相关指标都大大优于钛、锆等稀有金属管、棒材的退火工艺要求，对国内稀有金属及钛生产装备行业发展具有十分重要的现实意义。

参考文献

　　[1] 张翥，王群骄, 等.钛的金属学和热处理[M]. 北京：冶金工业出版社，2009.
　　[2] 巴德纯，于溥, 等. 真空工程技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.
　　[3] 杨世铭.传热学基础.2 版[M].北京：高等教育出版社，2004.
　　[4] 北京中海汇通.3500 系列可编程回路调节器使用说明书[M].北京：北京中海汇通科技有限公司，版本1.0.