對傳統(tǒng)淬火油槽增加攪拌裝置的技術改造

森泰英格（成都）數(shù)控刀具有限公司 （四川 610207） 李海峽

大部分鋼材的淬火通常使用淬火油作為淬火冷卻介質(zhì)，相對應盛裝淬火油的淬火冷卻設備即為淬火油槽。對于淬火油槽，有兩個基本要求：具有足夠的淬火冷卻能力；保證淬火油溫度均勻。由于淬火油槽淬火冷卻能力的設計，應根據(jù)實際情況而定，本文不作論述。本文重點闡述如何對普通淬火油槽進行增加淬火油攪拌裝置的技術改造，提高普通淬火油槽油溫均勻性，并能減輕工人勞動強度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

一、傳統(tǒng)淬火油槽淬火冷卻的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)淬火油槽只是盛裝淬火油的容器，所有產(chǎn)品的淬火操作全部由操作者手工在靜止的淬火油內(nèi)進行。這樣，就存在如下問題：

（1）淬火油槽內(nèi)上下油液溫度相差較大，給產(chǎn)品（尤其是細長工件）熱處理質(zhì)量帶來隱患。由于淬火油槽內(nèi)淬火油相對靜止，紅熱工件使淬火油溫度升高，高溫淬火油比重減小上升，低溫淬火油比重增加下降，油槽內(nèi)形成垂直溫差層，致使工件冷卻不均勻。

（2）工件在靜油中淬火，表面極易形成蒸汽膜，影響淬火質(zhì)量。工件剛剛進入淬火油的瞬間，淬火油立即被加熱而汽化，在工件表面形成一層蒸汽膜，由于蒸汽膜導熱性較差，極易在工件表面產(chǎn)生軟點或軟帶。

（3）工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低（特別是大件）。傳統(tǒng)淬火方法是：工件在淬火過程中必須人工在油槽內(nèi)上下移動，破壞工件表面的蒸汽膜，以提高淬火油的冷卻能力；同時，增加淬火油溫的均勻性。

（4）淬火時間長，爐內(nèi)未淬火工件表面極易氧化。由于操作者在淬火過程中爐蓋是敞開的，爐內(nèi)涌入大量空氣，原有密封情況下的保護氣氛被破壞，使尚未出爐的高溫零件表面氧化，特別是最后出爐的工件表面氧化尤為嚴重。

二、傳統(tǒng)淬火油槽增加攪拌的必要性

良好的攪拌可以避免油溫局部過高，使槽中各部分油溫趨于均勻。攪拌能提高淬火油和工件間的相對流速，從而提高淬火油的冷卻能力。攪動裝置的設置、工件的裝掛方式等，都應盡量使同批淬火工件的不同部位均獲得基本相近的油溫，工件間或同一工件的不同部位的相對流速過高或過低，都會對淬火冷卻的均勻性產(chǎn)生不利的影響。所以，加強攪拌的必要性可以大致歸結(jié)為如下三點：

（1）對于淬火冷卻來說，加強攪拌不但可以提高淬火烈度，而且還顯著提高了淬火冷卻能力。因攪拌能夠造成淬火冷卻介質(zhì)在淬火工件之間的強烈運動，以加快熱交換過程，使高溫階段蒸汽膜形成初期即被破壞，從而提高了工件在淬火過程中的冷卻速度，同時在低溫對流期也加速熱量的傳遞。

（2）提高淬火冷卻介質(zhì)溫度均勻度。攪拌可使整個淬火油槽的介質(zhì)形成一個較為均勻的溫度場和較為強烈的介質(zhì)運動狀態(tài)，有利于減少工件變形和降低淬火開裂風險；防止淬火油局部過熱，避免火災發(fā)生，同時也減緩了介質(zhì)的老化，并提高其使用壽命。

（3）是提高淬火質(zhì)量的保障之一，保證產(chǎn)品質(zhì)量的低分散度和高同一性。

三、傳統(tǒng)淬火油槽技術改造

對傳統(tǒng)淬火油槽進行增加淬火油攪拌裝置的技術改造，解決問題的主要方向是如何使油較強烈的循環(huán)翻騰，工件在流動的油液中自由冷卻，來代替操作者的手工操作，使他們騰出時間將爐內(nèi)零件迅速出爐淬入油槽，縮短零件在爐內(nèi)的停留時間，減少工件的表面氧化程度。由此提出三種攪拌方案：葉輪攪拌、壓縮空氣攪拌和油液自身循環(huán)攪拌（即噴射式攪拌）。

1. 方案對比

（1）方案一為葉輪攪拌 是目前國內(nèi)使用較多的一種方法，因其可獲得較好的紊流效果, 葉輪無需管道，容易安裝、取出和維修。缺點是：①制造工作量大，且需安裝導流板，費用高。②葉輪占據(jù)油槽的有效空間。③油液橫向流動勢必會加大細長件的變形量。

（2）方案二為壓縮空氣攪拌 優(yōu)點是改造工程簡單，方便，費用低，只要將壓縮空氣接入油槽即可起到攪拌作用。缺點是：①壓縮空氣在油中會產(chǎn)生氣泡，使工件表面產(chǎn)生軟點。②壓縮空氣中含有水分，水分進入淬火油槽，影響淬火油的冷卻性能，甚至導致淬火油報廢。

（3）方案三為油液自身循環(huán)攪拌（即噴射式攪拌）具體做法是用油泵從淬火油槽中抽油、增壓，通過管道將油打回淬火油槽，從而使油液循環(huán)攪拌翻騰。高壓油造成的油液翻騰攪拌效果類似于壓縮空氣，但卻克服了壓縮空氣攪拌的兩大缺點。

經(jīng)過對上述3個方案的認真考慮、比對、研究和論證，根據(jù)各自的利弊與性價比，最終選定方案三噴射式攪拌。

2. 噴射式攪拌方案實施

噴射式攪拌裝置是由離心式熱油泵，將熱油從油槽中抽出，經(jīng)過板式換熱器冷卻，再以較高的壓力通過開有若干出油孔的噴油管路垂直送回油槽，強制油液產(chǎn)生對流、循環(huán)的原理制成（見附圖）。該方案在實現(xiàn)冷卻的同時，也起到循環(huán)攪拌的效果。且油液翻騰程度完全可控，操作者可根據(jù)實際情況通過閥門進行流量大小的調(diào)整。

淬火油槽噴射式攪拌原理圖

四、改造效果

改造完成后，經(jīng)過兩個月的生產(chǎn)實踐，效果非常理想并順利通過驗收。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）提高冷卻能力方面：在淬火油溫相同的情況下，由于增加攪拌的作用，使油在一定程度上翻騰，大大提高了淬火油的冷卻能力。

（2）均勻油溫方面：通過油液翻動，使油槽內(nèi)上下油溫均勻一致，為提高產(chǎn)品（特別是大、長件）淬火質(zhì)量創(chuàng)造了條件。

（3）產(chǎn)品性能方面：零件表面硬度更加均勻，同一工件表面硬度均勻度提高為±1HRC。

（4）提高生產(chǎn)效率方面：大大縮短了淬火時間，工人勞動強度也隨之大大降低；同時，零件表面氧化程度得到明顯改善，為后序處理創(chuàng)造了有利條件。