8.12.2 淬火冷却设备的基本结构

淬火冷却设备主要由淬火槽或淬火机床、介质搅动装置、工件摆动装置、工件的输送装置、控温装置（包括加热装置和冷却装置）、泵与排水器或过滤器、淬火介质集液槽、通风设备、灭火装置和除去槽中氧化皮的装置等组成。

1.淬火槽

淬火槽通常由淬火槽和溢流槽两部分组成。淬火槽通常用3～5mm（小型槽）或8～12mm（大型槽）厚的钢板焊成。一般箱式炉、盐浴炉用的淬火槽多为立方体结构，井式炉所用的淬火槽则多为圆柱体结构，小型淬火槽则大多做成水、油双联式或移动式。淬火槽容积按装炉量（包括工件、料盘、夹具等）和工件的加热温度来选择，一般每千克装炉量需10～15L介质。淬火槽的常用溢流方式如图8-28所示。

图8-28 淬火槽常用溢流方式

淬火槽的进液管一般布置在槽的下部，距槽底大约100～200mm处，以免搅动沉积在底部的氧化皮等污物。进液管管径依流速设计，对水一般取v=0.5～1.0m/s，对油为v=1.0～2.0m/s。溢流槽排出的热介质可依靠自重排出，也可由泵抽出，再从槽下部进液管充入。当依靠自重排出时，其管径按流速为0.2～0.3m/s设计。介质液面距槽口距离，通常取0.1～0.4m。

2.淬火介质的搅动装置

搅动可以提高介质与工件换热的速率，提高工件冷却的均匀性和介质温度的均匀性。常用淬火介质搅动方法分为螺旋桨搅动和喷射式搅动，如图8-29所示。

1）喷射式搅动。泵的压力一般为0.2～0.3MPa，搅动速度为4～30m/s。适于单件、小件小批量连续生产。

2）螺旋桨搅动。小批量和大批量以料盘装料方式间歇地施行淬火时，应使用螺旋桨搅拌。螺旋桨搅动淬火介质，可获得良好的絮流效果，且排量大，为同功率离心泵的10倍。搅动器的转速一般为100～450r/min。螺旋桨搅动无需管道，安装容易，维修方便，但占用淬火槽的有效容积较多。根据生产批量和槽液容积，可选用单桨或双桨搅拌。

图8-29 淬火介质的搅动装置

a）、b）、f）、g）单螺旋桨搅动 c）、d）双螺旋桨搅动 e）喷射式搅动

在搅动条件下，可以使淬火工件的质量与淬火介质的体积比增大。例如，对于无搅动的淬火油槽，允许的淬火件的质量与淬火油的体积比为0.1t/m³；而有螺旋桨搅动的淬火槽，淬火件的质量与淬火油的体积比可达0.12～0.2t/m³。

三叶片螺旋桨的功率可依据表8-98所给数据确定。

表8-98 三叶片螺旋桨功率的确定

注：螺旋桨的转速为420r/min，船舶螺旋桨螺距与直径之比为1.0，速度为15～20m/min。

3.工件的摆动装置

在静止液态淬火槽或淬火液流速较低的淬火槽中，工件在淬火介质中摆动也可以提高介质与工件换热的速率，提高工件冷却的均匀性。小型工件靠重力坠入淬火槽，稍大的单件通过人工、起重机或专用机构在槽内移动。工件的摆动装置如图8-30所示。

图8-30 工件摆动装置

a）、f）、g）水平运动 b）、c）、d）、e）垂直运动

4.工件的输送装置

工件的输送装置，除小型工件在普通淬火槽淬火靠人工输送外，大件或料筐都通过机械来输送。机械的动力可以是气动、液压或机械传动。通过操纵机械的控制装置，使工件的入槽、淬火、出槽自动或半自动地完成。机械输送适用于大中型热处理车间或机械化程度较高的周期作业炉和连续作业炉。工件的输送装置有以下几种方式：

1）通过起重机或专用机构输送工件。

2）在网带炉、输送带炉和震底炉等连续式生产线上，淬火槽内设有传送或提升散置工件的输送带。

3）在密封多用炉和推杆式连续炉的淬火槽中，设有使料盘升降或进出的装置。

4）用于脉动作业炉的脉动式机械化淬火槽，其工件的输送装置有推杆式和旋转式等。

5.介质温度控制装置

每一种淬火介质都有一定的使用温度范围，为了使淬火介质保持正常的冷却能力，必须对淬火介质的温度进行控制，在淬火槽安装加热装置和冷却装置。

（1）加热装置 采用热油或其他有机水溶液等淬火介质进行冷却的淬火槽，冬季初次使用时，温度较低，应把介质加热到规定温度范围。可采用以下加热方法：

1）槽内蛇形管加热。可用通有蒸汽或热水的槽内蛇形管加热，适用于以水、盐水、聚合物水溶液作为淬火介质的情况。

2）管状电热器加热。用置于槽内的管状电热器加热，适用于以油作为淬火介质的情况。管状加热器的负载率应小于1.5W/cm²，以防止淬火油局部过热而迅速老化。

（2）冷却装置 淬火介质的冷却方法可分为两大类：一类是不更换淬火介质的冷却方法，另一类是更换淬火介质的冷却方法。

1）不更换淬火介质的冷却方法如表8-99所示。

表8-99 不更换淬火介质的冷却方法

（续）

（续）

2）更换淬火介质的冷却方法。冷介质不断流入淬火槽，热介质不断从淬火槽流出，这种更换淬火介质的冷却方法可以快速降低热淬火介质的温度，可控制淬火介质温度，且介质温度均匀。它适合于大、中型热处理车间周期作业或连续作业的淬火槽冷却时使用。

①淬火介质集中循环冷却系统。同一种淬火介质的几个淬火槽用同一套循环冷却系统冷却时，通常称为淬火介质集中冷却循环系统，如图8-31所示。

●集液槽。集液槽的容积应大于全部淬火槽和冷却系统淬火液容量的总和，且一般需比淬火油容量大30%～40%；对于水和水溶性介质，则要加大20%～30%。集液槽通常隔成2或3个部分，分别用作储液、沉淀和备用。集液槽也兼有事故放油作用。隔板高度约为槽高的3/4。集液槽进油管须插到液面以下，吸油管应插到距槽底部100mm处，末端加过滤网。槽内应设测液面高度的标尺和紧急放油阀门。集液槽一般安装于地下室中，其最高液面应低于各淬火槽底部的安装高度。

●泵。用于水及水溶液的泵多采用0.3～0.6MPa工作压力的离心水泵。盐水、氢氧化钠水溶液应选用塑料泵或耐蚀泵。油冷却系统可选用齿轮泵或离心泵。

图8-31 淬火介质集中冷却循环系统

1—淬火槽 2—集液槽 3—过滤器 4—泵 5—冷却器

●过滤器。过滤器用于分离氧化皮、盐渣等物，以保护泵和热交换器。过滤器一般有筒式、网式、板式、线隙式等多种形式。通常选用双筒式网状过滤器，当一个过滤筒在清理时，另一个在工作。过滤器网孔尺寸一般为0.5mm×0.5mm，过密的过滤网易增大管道阻力，或使管道很快堵塞。

●冷却器。冷却器实际上是个热交换器，常见的形式有列管式、板式、螺旋板式、复波伞式、风冷式、淋浴式等。用于水冷却的有塔式、风冷式冷却器。

图8-32 不设集液槽的油冷却循环系统

1—淬火槽 2—换热器 3—压力表 4—泵 5—过滤器

②不设集液槽的循环冷却系统如图8-32所示。介质的循环流动路线是：在泵的作用下，淬火槽内的热介质经过滤器，在换热器内冷却，然后回到淬火槽内。

6.抽风装置

抽风装置的作用是迅速排除工件淬火时油槽表面挥发的油烟，以改善工作场所和车间的环境，保证操作人员的健康。碱水、等温分级淬火的热浴也都需设抽风系统。

抽风系统可选择顶抽或侧抽两种类型。中、小件盐浴加热手工操作时可采取顶抽。大件或整筐工件须采取吊装淬火方式时，应选择单侧（较小型槽）或双侧（大型槽）抽风。

淬火油槽抽风量按下式计算：

V=3600Av₁ （8-1）

式中 V——淬火油槽抽风量（m³/h）；

A——油槽口面积（m²）；

v₁——油槽口吸入气体流速（m/s），一般取1m/s。

排气罩出口直径按下式计算：

式中 d——排气罩出口直径（m）；

V——淬火油槽抽风量（m³/h）；

v₂——排气口气流速度（m/s），一般取6～8m/s。

风机出风口穿过房顶，其高度应高出周围直径100m范围内最高建筑物3m。

7.安全防火、灭火设施

1）油槽应设有冷却系统以控制油温，使其不超过油闪点以下50℃的温度。

2）工件淬火过程中对油的充分搅动，可避免油的局部过热，减少起火的危险。

3）在100℃以上使用的分级淬火油槽切忌有水。水会使油在加热时形成泡沫，极易起火，含水量大时，加热油还会突然形成大量蒸汽，引起爆炸。因此新油要在100℃（水的沸点）稍高温度保持一定时间，以除去油中的水分。

4）油槽燃烧起火时，应把油迅速排放到距油槽较远的集油槽。

5）小型油槽应设二氧化碳灭火装置。也可使用泡沫灭火剂及高压氮+碳酸氢钠灭火剂。切忌用水灭火，干粉灭火剂会污染油槽，尽量不用。

6）大型淬火油槽应安装氮气自动灭火装置。

8.除去淬火槽氧化皮、盐渣、油泥的装置

通常采用槽底大口径管道和阀门定期（一般每月一次）排出淬火介质，并清理槽底。淬火介质经过滤后再注回淬火槽。