超高真空加熱爐是對(duì)材料進(jìn)行真空加熱的專(zhuān)用設(shè)備，在超高真空下將材料加熱后，通過(guò)真空加熱的脫氣、脫脂、表面凈化等作用，得到性能更好的材料。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為相對(duì)于普通真空爐，處理后的材料表面更加清潔干凈和光亮，機(jī)械物理性能更好。本設(shè)備主要用于核技術(shù)材料的真空加熱，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行平穩(wěn)。

1、設(shè)備的技術(shù)參數(shù)及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　設(shè)備由爐體、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成，如圖1.1 所示。

1.爐體；2.B-A 規(guī)；3.放氣閥；4.分子泵；5.擋板閥；6.離子泵；7.鈦升華泵；8.電阻規(guī)；9.干泵

圖1 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如下：

　　最高加熱溫度：1200℃

　　溫度均勻性：±5℃

　　真空機(jī)組的極限真空度高于6×10^-8 Pa

　　爐體空爐冷態(tài)真空度：高于6×10^-7 Pa

　　空爐冷態(tài)抽空時(shí)間：≤50min (充氮?dú)饣驓鍤�，從大氣抽�?.5×10^-5 Pa)

　　壓升率：爐體經(jīng)高溫除氣后，本底真空抽到6×10^-7 Pa 后空載靜態(tài)真空維持24 小時(shí)，爐內(nèi)真空度優(yōu)于8×10^-2 Pa。

　　設(shè)備總功率：50 kW

　　1.1、爐體部分

　　爐體主要由爐殼、上爐蓋、下?tīng)t蓋、升降機(jī)構(gòu)、加熱器、隔熱屏、電極以及料盤(pán)等組成。爐殼為帶水套立式腔體，上面有三個(gè)電極接口和一個(gè)真空系統(tǒng)接口，上爐蓋設(shè)有熱電偶接口。為滿(mǎn)足設(shè)備真空度及壓升率的要求，除下?tīng)t蓋與爐殼直接的密封采用水冷橡膠密封外，其余各接口處均采用金屬密封形式。加熱器為鉬片鼠籠形式，上、下、側(cè)面均有隔熱屏，料盤(pán)、下?tīng)t蓋與升降機(jī)構(gòu)連接，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

　　1.1.1、材料的選擇

　　本設(shè)備設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是冷態(tài)極限真空高于6×10^-7 Pa，為了達(dá)到這一指標(biāo)，爐殼、上、下?tīng)t蓋選用材料為不銹鋼316L，按照超高真空零部件焊接方法進(jìn)行焊接，達(dá)到了很好的氣密性。

　　1.1.2、加熱器的設(shè)計(jì)

　　本設(shè)備的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是加熱器的設(shè)計(jì)，為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，加熱器設(shè)計(jì)為高溫鉬片鼠籠型結(jié)構(gòu)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為鉬作為加熱體，高溫物理穩(wěn)定性好，無(wú)污染，可長(zhǎng)期在1700℃環(huán)境下使用，適合用于超高真空高溫爐。

　　加熱器尺寸的確定：首先根據(jù)熱平衡計(jì)算出爐子熱量消耗后，首先確定爐子的總功率N 總：

　　然后根據(jù)加熱體的布置和接線(xiàn)方法確定加熱體的尺寸。本加熱體為低電壓大電流，根據(jù)公式可求出加熱體在該工作溫度下的電阻。

　　1.2、真空系統(tǒng)

　　由于材料真空加熱的生產(chǎn)工藝要求的極限真空度非常高，而且在加熱過(guò)程中材料不斷的放氣，而真空度還要保持在一定數(shù)值之上，這就對(duì)真空系統(tǒng)提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)計(jì)算和選型，選用離子泵、鈦升華泵、分子泵為主泵，干泵為前級(jí)泵組成無(wú)油超高真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

1.爐體；2.B-A 規(guī)；3.放氣閥；4.分子泵；5.擋板閥；6.離子泵；7.鈦升華泵；8.電阻規(guī)；9.干泵

圖2 真空系統(tǒng)示意圖

　　1.3、控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)由一體式工控機(jī)觸摸屏、PLC 可編程控制器、通訊接口、低壓電器組件等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)以下各項(xiàng)的控制：

　　(1) 真空系統(tǒng)的泵、閥的手動(dòng)/ 自動(dòng)模式控制。以及開(kāi)閉的真空互鎖條件。

　　(2)加熱系統(tǒng)的手動(dòng)以及自動(dòng)控制模式。

　　(3)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：真空度顯示、加熱溫度顯示、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示、參數(shù)修改等功能。

　　(4)保護(hù)系統(tǒng)：水壓，水流，水溫，真空系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)之間的連鎖保護(hù)，控制功能。

2、設(shè)備的安裝調(diào)試

　　在設(shè)備零部件組裝完成后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)用高靈敏度氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏，確認(rèn)漏率合格后，對(duì)真空管道、真空閥門(mén)纏繞加熱帶進(jìn)行烘烤，爐體用加熱系統(tǒng)加熱烘烤，經(jīng)過(guò)連續(xù)的烘烤使材料表面的氣體除去，逐漸提高設(shè)備的冷態(tài)極限真空度。

3、結(jié)論

　　經(jīng)過(guò)對(duì)客戶(hù)針對(duì)本設(shè)備提出的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行逐一驗(yàn)證，最高加熱溫度、溫度均勻性、真空機(jī)組極限真空度、爐體空爐冷態(tài)極限真空度、空爐冷態(tài)抽空時(shí)間、壓升率等結(jié)果均優(yōu)于或達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)備在使用過(guò)程中，運(yùn)行穩(wěn)定，使用方便，滿(mǎn)足客戶(hù)生產(chǎn)要求。