[發(fā)明專利]一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108170897A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)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

本發(fā)明公開一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法，涉及低壓真空滲碳爐技術領域，以解決目前針對加熱器結構參數(shù)對有效加熱區(qū)溫度場影響的研究較少，還未形成系統(tǒng)、可靠的理論為加熱器結構設計提供依據(jù)的技術問題。本發(fā)明所述的真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法，通過溫度場模擬石墨管數(shù)量、長度、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；加熱初期，熱流密度隨著石墨管數(shù)量的增加而減少；持續(xù)加熱，熱流密度隨著石墨管數(shù)量的增加而增加；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；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。

技術領域

本發(fā)明涉及低壓真空滲碳爐技術領域，特別涉及一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法。

背景技術

低壓真空滲碳爐最高使用溫度為1250℃，加熱元件工作溫度高于1400℃，選用石墨管作為加熱元件，由于石墨具有耐高溫、熱膨脹小、抗熱沖擊等優(yōu)良特性，而且其機械強度在低于2500℃范圍內隨溫度升高而增強，因此在高溫工作條件下具有較高的機械強度。

真空滲碳爐的加熱器由加熱元件和連接緊固件兩部分組成，真空滲碳爐加熱室的換熱方式為輻射換熱，因此加熱元件布置形式和尺寸對爐子加熱特性(加熱效率、爐溫均勻性)和加熱元件的使用壽命具有重要影響。

然而，目前針對加熱器結構參數(shù)對有效加熱區(qū)溫度場影響的研究較少，還未形成系統(tǒng)、可靠的理論為加熱器結構設計提供依據(jù)。因此，如何提供一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法，能夠有效提高加熱效率、優(yōu)化加熱特性，已成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法，以解決目前針對加熱器結構參數(shù)對有效加熱區(qū)溫度場影響的研究較少，還未形成系統(tǒng)、可靠的理論為加熱器結構設計提供依據(jù)的技術問題。

本發(fā)明提供一種真空熱處理爐加熱器的結構優(yōu)化方法，通過溫度場模擬石墨管數(shù)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(shù)量：加熱初期，熱流密度隨著石墨管數(shù)量的增加而減少；持續(xù)加熱，熱流密度隨著石墨管數(shù)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(shù)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(shù)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。

實際應用時，石墨管數(shù)量為偶數(shù)時溫度場整體均勻性優(yōu)于石墨管數(shù)量為奇數(shù)時。

其中，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(qū)縱向溫度也均勻性影響。

其中，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。

具體地，通過溫度場模擬石墨管數(shù)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(shù)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(qū)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(shù)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(shù)量增加而降低，當石墨管數(shù)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(shù)量增加，工件表面熱流密度增加。