[發明專利]一種真空熱處理爐加熱器的結構優化方法

在審

• 申請號: 201711272445.5
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108170897A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 王昊杰
• 申請（專利權）人: 沈陽東博熱工科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;C23C8/20
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 符瑩瑩

1.一種真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，通過溫度場模擬石墨管數量和/或長度和/或分布半徑對滲碳爐加熱器的結構進行設置，以保證溫度場的均勻性和加熱效率；

對于石墨管數量：加熱初期，熱流密度隨著石墨管數量的增加而減少；持續加熱，熱流密度隨著石墨管數量的增加而增加；

對于石墨管長度：加熱前期，隨著石墨管長度的增加加熱能力降低；高溫段，隨著石墨管長度的增加最大溫差也增大；

對于石墨管分布半徑：整個加熱過程中工件溫差均隨著石墨管分布半徑的增加而減小；

建模方法一：石墨管數量和石墨管長度為自變量，熱流密度和溫度均勻度分別作為因變量進行建模；

建模方法二：石墨管數量、石墨管長度和石墨管分布半徑為自變量，熱流密度和溫度均勻度分別作為因變量進行建模。

2.根據權利要求1所述的真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，石墨管數量為偶數時溫度場整體均勻性優于石墨管數量為奇數時。

3.根據權利要求1所述的真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，對于石墨管長度：高溫段，石墨管輻射面積增加對輻射能增加所占比重增大，溫差縮小一半，且石墨管長度變化對整個有效加熱區縱向溫度也均勻性影響。

4.根據權利要求1所述的真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，對于石墨管分布半徑：石墨管分布半徑對加熱器加熱能力無影響。

5.根據權利要求1所述的真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，通過溫度場模擬石墨管數量對滲碳爐加熱器的結構進行設置，以保證溫度場的均勻性和加熱效率；

數值模型作出如下假設：假設加熱室、石墨管加熱器、工件的初始溫度恒定，均為25℃；假設輸入石墨管加熱器總功率一定，均采用滿功率50kW加熱，不考慮加熱器緊固件對功率的消耗；假設加熱室內物體表面只存在輻射換熱，將稀薄氣體看作透明介質，不考慮對流換熱；不考慮料框和料框底座對加熱室溫度場影響；

有效加熱區內放置48根直徑為25mm，長度為100mm的20CrMnTi圓鋼作為被加熱工件；隨著石墨管數量增加，在達到熱流峰值以前各點熱流密度均減小，熱流峰值均右移，且工件表面熱流峰值隨著石墨管數量增加而降低，當石墨管數量由3根增加至18根時，邊部工件表面熱流峰值由26211W/m²降低至19683W/m²，降幅為25％，遠低于單根石墨管加熱功率降幅83％，越過熱流峰值之后隨著石墨管數量增加，工件表面熱流密度增加。

6.根據權利要求1所述的真空熱處理爐加熱器的結構優化方法，其特征在于，通過溫度場模擬石墨管數量對滲碳爐加熱器的結構進行設置，以保證溫度場的均勻性和加熱效率；

數值模型作出如下假設：假設加熱室、石墨管加熱器、工件的初始溫度恒定，均為25℃；假設輸入石墨管加熱器總功率一定，均采用滿功率50kW加熱，不考慮加熱器緊固件對功率的消耗；假設加熱室內物體表面只存在輻射換熱，將稀薄氣體看作透明介質，不考慮對流換熱；不考慮料框和料框底座對加熱室溫度場影響；

有效加熱區內放置48根直徑為25mm，長度為100mm的20CrMnTi圓鋼作為被加熱工件；石墨管數量越多，加熱前期工件溫差越小，石墨管數量由3根增加至18根時，邊部工件心表最大溫差由20.6℃減少至16.3℃，減少了21％，中心工件心表最大溫差由19.4℃減少至16.1℃，減小了17％。