内热式真空电阻炉的节能设计

真空电阻炉以工作过程中无氧化、无增碳的特点，在各类金属材料及零件加工行业中应用得极 其广泛，在一些领域内有无可取代的优势。根据结 构上有、无马弗，真空电阻炉可分为外热式和内热式 两种，外热式真空电阻炉与普通箱式炉和井式炉 结构相似，本文仅探讨内热式真空电阻炉的相关内 容。真空电阻炉采用电阻式加热，是通过加热器的 电阻，将电能转换成热能对工件进行加热，所以电能 是设备的直接能耗，也是主要能耗。另外，大部分的 真空炉在冷却过程中需要充入惰性气体，以加速冷 却过程。因此，真空电阻炉的能耗主要来自电能消 耗和惰性气体消耗。在真空电阻炉的设计过程中， 采取一些节能措施，提高设备能效，降低处理工件单 位重量的能耗，是非常有意义的。

1.真空炉能耗分析及节能措施

一台设备的能效水平，在其设计、制造完成后， 就基本确定了。根据真空炉的功能，内热式真空电 阻炉分为真空退火炉、真空淬火炉、真空回火炉、真 空钎焊炉、真空烧结炉等几个大的类别。这几类真 空炉尽管功能有差异，但工作过程基本相同，均包括 以下三个环节: 抽真空→加热保温→冷却，只是不同 功能的真空炉对各环节的要求有所侧重。本文将对 内热式真空电阻炉工作过程的抽真空→加热保温→ 冷却三个环节分别进行能耗分析，并根据不同类别 真空炉，提出可采取的节能措施。

2. 抽真空环节能耗分析

真空电阻炉均配备真空系统，对炉室抽真空，创 造一个适当的真空环境。真空系统的能耗主要来自 真空泵机组的电能消耗，这部分能耗大约占据设备 总能耗的 5% ～ 20% 。各种炉型中，只有部分的真空 回火炉和低温退火炉采用的是预抽真空充氮气保护 的方式工作的，这种方式由于真空系统工作时间短， 能耗相对较低。其它炉型的抽空过程均是一直持续 到加热程序结束，部分炉型甚至随炉冷却至 150 ℃ 才停止抽真空。这些炉型的能耗方面，抽真空所占 的比例较大，特别是带扩散泵的高真空系统。 抽真空的能耗取决于真空泵的配置，真空泵的 配置取决于设备对真空度和抽速指标的要求。目前 的真空电阻炉，真空系统配置过剩的情况非常普遍， 有些是设计者自身原因，有些是用户的不合理要求导致。

根据实践经验，用于钢材淬火的真空炉( 包 括单室气淬炉和双室气淬、油淬炉) ，采用石墨加热 器，5 ～ 13． 3 Pa 的工作真空度，即可保证处理效果。 过高的真空度反而会造成合金元素蒸发和料筐粘连 等问题，特别对淬火温度达到 1200 ℃ 左右的高速 钢，影响尤为突出。因此，从实际使用角度上，真 空淬火炉并不适合配置扩散泵机组。以 KT-600 扩 散泵 + ZJP-300 罗茨泵 + 2X-70 真空机组为例，各泵 的功率分别为 8、4、5． 5 kW，配置扩散泵和不配置扩 散泵相比，机组功耗相差 46% 。 对于氧化极其敏感的金属材料，比如钨、钼、钽、 铌、坡莫合金等材料的退火，则必须配置扩散泵机 组，但通常在退火温度下，真空度保证 10 － 2 Pa 级就 可以满足使用要求。而对于真空钎焊炉和真空烧结 炉等，在加热过程中有挥发物的设备上，为了保持真 空度，则需要选择偏大抽速的扩散泵。