带水冷腔井式淬火油槽热平衡计算与分析

　　在热处理冷却过程中，油淬具有光亮性好、冷却能力稳定、氧化安定性好等特点，因而得到广泛应用。

　　在实际生产中，为了获得良好的冷却能力，淬火时油温通常控制在40～60℃之间，同时为了确保淬火工件硬度均匀性，要求淬火槽内油温均匀度控制在±5℃之内，这就对整个淬火油槽的冷却及搅拌系统提出了较高的要求。

　　国内传统井式淬火槽通常在槽体外增设一套循环冷却系统，淬火时将淬火油抽出与外界进行换热，同时在槽体内部设置多部搅拌器搅拌淬火油，达到控制油温、提高油温均匀性的目的。

　　由于外部循环冷却系统占地较大，需要扩大油槽地坑与之配套，同时因淬火槽中杂质较多，造成系统中流体泵故障频发。上述不利因素提高了设备成本，降低了设备长期运行稳定性。

　　本文另辟蹊径，利用通常井式淬火槽槽体表面积较大等固有原始条件，将井式淬火槽槽壁设置为水冷腔结构，将槽壁变为淬火油与冷却水的换热面，同时在槽体内设置换热翅片以增加换热面积、并配合利用搅拌器等方式来控制淬火油状态。

　　下面以淬火工件最大尺寸为Φ2.0m×2.0m，采用快速光亮淬火油的井式淬火槽为例，从热平衡角度来计算和分析此方案技术可行性，并对槽体设计、制作、检验提供参考。

　　1 井式淬火油槽淬火热平衡计算

　　1.1 井式淬火油槽主要技术性能见表1。

　　1.2 淬火系统热平衡计算

　　以20钢工件为例，查表得钢J850=142kcal/kg，钢J100=11.6kcal/kg。

　　工件淬火后释放热量Q1=15×1000×(142-11.6)=1.956×10⁶kcal。

　　淬火油温升20℃吸收热量Q2=130×0.87×1000×0.45×20=1.0179×10⁶kcal。

　　不考虑油槽本身散热，淬火时间内热量全部由冷却水带走，则淬火过程中冷却水共需带走热量为Q3=Q1-Q2=0.9381×106kcal设冷却水温差ΔT水=10℃，即由20℃上升至30℃ ，则2h内共需冷却水量为:

　　则选用循环水泵流量V水=110m³/h。

　　采用逆流换热:淬火油温降ΔT油=60-40=20℃，冷却水温升ΔT水=30-20=10℃，则ΔT1=60-30=30℃; ΔT2=40-20=20℃。油水平均温差:

　　1.3 井式淬火槽换热面积设计及计算

　　在淬火槽内壁竖直方向沿圆周均匀焊接10根筋板、水平方向焊接5片法兰筋板作为肋片增强换热。

　　竖直筋板尺寸(l×w×δ)为4600mm×200mm×6mm，单个筋板换热面积S1=4.6×0.2×2=1.84m²。