鋼材熱處理設(shè)備：淬火槽的設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)介
淬火槽是使用最普遍的浸液式淬火設(shè)備。用淬火槽淬火，工件直接浸入淬火介質(zhì)中。介質(zhì)可以是水、油、聚合物（如PAG）水溶液、鹽、堿類(lèi)水溶液、熔鹽等。淬火槽要根據(jù)需要，設(shè)置攪拌裝置、除氧化皮裝置、工件傳送裝置、安全防火裝置、通風(fēng)與環(huán)保裝置等。
一、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
淬火槽設(shè)計(jì)要在考慮一次最大淬火量或單位時(shí)間淬火重量、工件尺寸、工件界面厚度、鋼號(hào)、要求的組織和力學(xué)性能等數(shù)據(jù)的前提下進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以下問(wèn)題：
（1）根據(jù)工件的特性、淬火方式、淬火介質(zhì)和生產(chǎn)線的組成情況，確定淬火槽的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)；同時(shí)根據(jù)所用液體的性質(zhì)，考慮槽體選用材料或應(yīng)采取的防腐措施。
（2）根據(jù)一次淬火最大重量、最大淬火工件尺寸（含夾具）和淬火間隔等數(shù)據(jù)，確定淬火槽的容積和需要配置的功能。如攪拌器、換熱器、儲(chǔ)液槽等配置。
（3）淬火槽內(nèi)的淬火區(qū)域應(yīng)留足夠的介質(zhì)循環(huán)空間，使淬火件得到良好的冷卻。
（4）確定驅(qū)動(dòng)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的攪拌方式和布置。
（5）確定輸送工件完成淬火工藝過(guò)程的機(jī)械裝置。對(duì)采用輸送帶傳送工件的淬火槽，要預(yù)留足夠的工件下落距離，以免熱態(tài)工件在未冷卻前與輸送帶發(fā)生磕碰。
（6）根據(jù)介質(zhì)溫度的要求，確定是否配置加熱器和換熱器，并按需求進(jìn)行配置。
（7）淬火槽要方便維護(hù)和清理。要考慮方便清理淬火中脫落在淬火槽里的氧化皮和工件，必要時(shí)配置過(guò)濾器。對(duì)于易混入水的淬火油槽，還應(yīng)考慮在淬火槽底部設(shè)置排水閥。
（8）配置相應(yīng)的安全環(huán)保措施。
二、淬火介質(zhì)需要量計(jì)算
2.1 淬火工件放出的熱量
工件放出來(lái)的熱量Q可按下式計(jì)算：
Q=G（cs1ts1-cs2ts2） （1）
式中，Q——每批淬火件放出的熱量（kJ/批）
G——淬火件的重量（kg）
cs1、cs2——工件由0℃加熱到ts1和ts2的平均比熱容 kJ/（kg·℃），當(dāng)鋼的加熱溫度為850℃時(shí)，cs1≈0.71kJ/kg·℃，當(dāng)鋼冷卻到100℃時(shí)，cs2≈0.50 kJ/（kg·℃）；
ts1、ts2——工件冷卻開(kāi)始和冷卻終了溫度，通常ts2=100℃~150℃。
2.2 淬火介質(zhì)需要量
淬火介質(zhì)需要量按下式計(jì)算：
V=Q/(ρc0（t02-t01） （2）
式中，V——計(jì)算的淬火介質(zhì)需要量（m3）；
c0——淬火介質(zhì)平均比熱容 kJ/（kg·℃），對(duì)于20℃~100℃的油，c0=1.88~2.09 kJ/（kg·℃）；對(duì)于水，c0=4.18 kJ/（kg·℃）；
t01、t02——淬火介質(zhì)開(kāi)始和終了溫度（℃）
ρ——淬火介質(zhì)密度（kg/m3），水1000kg/m3；油900kg/m3（30℃~40℃）、870kg/m3（80℃~90℃）。
圖1 所示，為1kg鋼從850℃冷卻到100℃時(shí)，淬火介質(zhì)上升的溫度與介質(zhì)體積的關(guān)系。
▲圖1 1kg鋼自850℃冷卻到100℃時(shí)，冷卻介質(zhì)體積與溫升的關(guān)系
2.3 確定淬火介質(zhì)需要量需要考慮的因素
2.3.1 根據(jù)工藝要求確定允許的介質(zhì)溫升
工件在15~25℃內(nèi)的水中淬火，可以得到相對(duì)均勻的冷卻速度分布和較好的穩(wěn)定性。圖2 所示為在適度攪拌下表面冷卻能力與水溫之間的關(guān)系曲線圖。表面冷卻能力隨著水溫的升高急劇下降，所以水的溫升受到限制。在良好的攪拌條件下，可以適當(dāng)放寬水的溫度上限。
▲圖2 水在適度攪拌下表面冷卻能力與溫度之間的關(guān)系
研究表明油溫對(duì)淬火油的冷卻能力影響不大，但是從工程角度考慮淬火油的使用溫度一般都控制在40℃~95℃范圍內(nèi)，過(guò)高的溫度將加快油的老化和加大油煙的產(chǎn)生量。從安全角度考慮，油的最高使用溫度應(yīng)低于油的閃點(diǎn)50℃。過(guò)低的油溫會(huì)由于粘度大，流動(dòng)性差，而降低冷卻均勻性，使淬火件的畸變量增加。同時(shí)，油溫過(guò)低也會(huì)因流動(dòng)性差而增加火災(zāi)危險(xiǎn)。
2.3.2 考慮淬火件單位重量的表面積
從工件向淬火介質(zhì)傳遞的熱量（q）取決于換熱系數(shù)（h）、工件表面積（A）和工件浸液淬火的起始溫度（T1）和介質(zhì)溫度（T2）之差。即
q=hA（T1-T2） （3）
工件表面向淬火介質(zhì)傳遞熱量（q）與工件表面積有關(guān)。相同重量、不同尺寸的工件，淬火冷卻從工件表面向淬火介質(zhì)傳遞的熱量（q）隨時(shí)間的變化曲線會(huì)有很大不同。因此，在計(jì)算淬火介質(zhì)需要量時(shí)，工件單位重量的表面積也是應(yīng)該考慮的因素之一。相對(duì)淬火件表面積大的，淬火油槽的淬火重量與淬火介質(zhì)的體積比參數(shù)應(yīng)適當(dāng)縮小，也就是將介質(zhì)體積適當(dāng)增大。
2.3.3 考慮介質(zhì)的攪拌方式
攪拌可以提高介質(zhì)參與換熱的效率，提高工件冷卻的均勻性和介質(zhì)溫度均勻性。比較有效的攪拌油泵攪拌和螺旋槳攪拌。在攪拌條件下可以考慮將淬火槽的淬火重量與淬火介質(zhì)體積比參數(shù)適當(dāng)放大，也就是適當(dāng)縮小淬火介質(zhì)體積。通常，對(duì)于無(wú)攪拌的淬火油槽，淬火件的重量（含夾具）與淬火油的體積比為1:10（t/m3）；對(duì)于有良好攪拌的淬火油槽，其淬火件的重量與淬火油槽的體積比為1:5~8（t/m3）
2.3.4 考慮每次淬火冷卻的間隔時(shí)間
如果兩次淬火間隔時(shí)間較短，或連續(xù)淬火槽，介質(zhì)的溫度無(wú)法自然降溫恢復(fù)到淬火初始溫度除外適當(dāng)加大淬火槽介質(zhì)容量外，還應(yīng)考慮增加換熱器或儲(chǔ)液槽等設(shè)施。
2.3.5 考慮安全因素
對(duì)于淬火油槽，要在考慮淬火油使用溫度的基礎(chǔ)上，確定淬火件重量與淬火油體積的比例。對(duì)于在淬火油槽中容易混入水的情況，應(yīng)當(dāng)提高淬火油的體積和配置相應(yīng)的攪拌裝置，以免淬火槽底部積水溫度高于沸點(diǎn)發(fā)泡造成體積膨脹，致使淬火油溢出槽外。
三、淬火槽的攪拌
3.1 攪拌的作用
3.1.1 提高淬冷烈度
淬火介質(zhì)從鋼件中吸收熱量的能力用淬冷烈度（H）表示。淬冷烈度是淬火介質(zhì)的固有特性，不受工件尺寸、淬透性等工件特性影響， 是對(duì)淬火介質(zhì)一個(gè)整體的、平均的評(píng)價(jià)，通常由介質(zhì)的類(lèi)型、溫度、攪拌等因素決定。淬冷烈度與各種介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系見(jiàn)表1 。
▼表1 淬冷烈度與各種介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系
3.1.2提高淬火介質(zhì)溫度的均勻性
攪拌可以使整個(gè)淬火槽的介質(zhì)形成一個(gè)較均勻和較強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有利于減少工件的畸變和開(kāi)裂傾向， 防止油局部過(guò)熱，減少淬火油著火的可能性和產(chǎn)生過(guò)量油煙，減緩老化進(jìn)程提供介質(zhì)使用壽命。
3.1.3 提供淬火介質(zhì)的利用率
無(wú)攪拌淬火油槽，淬火件重量與油的體積比例一般為1:10 （t/m3）；良好攪拌條件下的淬火油槽，上市比例可為1:5~8（t/m3）。
3.2 攪拌方式
淬火槽的攪拌方式很多，可以用有循環(huán)泵、螺旋槳、埋液噴射、吹氣等，還包括工件手動(dòng)移動(dòng)、行車(chē)或升降臺(tái)帶動(dòng)相對(duì)于介質(zhì)的流動(dòng)。
手動(dòng)移動(dòng)工件可達(dá)1m/s的運(yùn)動(dòng)速度但重現(xiàn)性差。行車(chē)、升降臺(tái)能產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)速度取決于行車(chē)和升降臺(tái)的速度。泵攪拌能產(chǎn)生的速度隨離泵出口的距離相差很大。采用閉式螺旋槳攪拌，在導(dǎo)流筒出口附近介質(zhì)流速可以達(dá)到0.5~1.5m/s。
淬火槽采用壓縮空氣攪拌時(shí)，增加了介質(zhì)與氣體的接觸。促進(jìn)了油介質(zhì)的老化，降低了油的使用壽命；同時(shí)由于氣體是熱的不良導(dǎo)體，會(huì)使淬火工件上產(chǎn)生淬火軟點(diǎn)。因此一般情況下不推薦吹氣攪拌。
循環(huán)泵也很難提供均勻的攪拌，通常埋液噴射法，通過(guò)噴孔的合理分布來(lái)改進(jìn)流動(dòng)均勻性。但要達(dá)到與螺旋槳攪拌相同的介質(zhì)流速，循環(huán)泵所需功率大約是螺旋槳的10倍。因此，螺旋槳被廣泛采用。
3.3 螺旋槳攪拌方式
淬火槽中常用的螺旋槳攪拌可分為開(kāi)式攪拌和閉式攪拌兩種。開(kāi)式攪拌螺旋槳周?chē)荒苄纬啥ㄏ蛄鲃?dòng)只能靠液體自身推進(jìn)；閉式攪拌則是借助導(dǎo)流筒將介質(zhì)導(dǎo)向至槽內(nèi)淬火區(qū)域。圖3 為開(kāi)式與閉式攪拌示意圖。
常用的開(kāi)式攪拌器是軸流式螺旋槳，如圖4所示的船用螺旋槳。
表2 是螺距與直徑的比為1.0 轉(zhuǎn)速為420r/min的船用螺旋槳所要求的的功率。
對(duì)于頂部直插式攪拌常常推薦選用圖4 b）所示的翼形螺旋槳，在相同轉(zhuǎn)速下，效率比常規(guī)船用螺旋槳高出40%。翼形螺旋槳攪拌推薦功率見(jiàn)表3 。
其他轉(zhuǎn)速下的功率可以格局下式調(diào)整，即功率與攪拌器轉(zhuǎn)速成正比：
（4）
式中，P——功率（kw）
n——螺旋槳轉(zhuǎn)速（r/min）
圖4 中所示的螺旋槳多用于側(cè)式攪拌。它在葉片上與船用螺旋槳不同，它對(duì)側(cè)插時(shí)作用于螺旋槳的力有平衡作用，主要考慮側(cè)插式攪拌通常需要較高的轉(zhuǎn)速。與常規(guī)螺旋槳相比，其特點(diǎn)在于葉片可通過(guò)螺釘拆裝。
表4 為螺旋槳直徑與攪拌功率的關(guān)系值，其功率根據(jù)表2 確定。表3 的數(shù)據(jù)獲得的條件是：
①假設(shè)轉(zhuǎn)速為280r/min，液體密度為1.0g/cm3，翼形螺旋槳的相對(duì)功率數(shù)Np=0.33，根據(jù)式（4）計(jì)算出所要求的的功率，翼形螺旋槳與船用螺旋槳的相對(duì)功率Np近似相等。
②攪拌軸的功率相當(dāng)于電機(jī)功率的80%。
③螺旋槳的直徑是指轉(zhuǎn)速為280rmin的開(kāi)式攪拌時(shí)的直徑。
④當(dāng)采用閉式攪拌時(shí)，螺旋槳直徑要減小3%。
閉式攪拌若采用軸流式螺旋槳，能更好地控制流體方向，但要能夠提供較大的起動(dòng)力矩。
▼表4 螺旋槳直徑與攪拌功率的關(guān)系
表5 為在攪拌器轉(zhuǎn)速為420r/min條件下的螺旋槳直徑與攪拌功率的關(guān)系。
▼表5 三葉船用螺旋槳直徑與攪拌功率的關(guān)系
3.4 閉式攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在淬火槽里采用閉式攪拌系統(tǒng)，能夠在淬火區(qū)域形成定向流體場(chǎng)。導(dǎo)流筒形式的閉式攪拌，理論上講可以使流體各質(zhì)點(diǎn)的位移量相同，引導(dǎo)流體各處等速到達(dá)至所需要的淬火區(qū)域。
閉式攪拌系統(tǒng)導(dǎo)流筒應(yīng)該具有以下一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（參見(jiàn)圖6）：
▲圖6 閉式攪拌下導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)
（1）充分利用淬火槽的底部。
（2）將導(dǎo)流筒進(jìn)口處做成30°錐口，減小進(jìn)口處壓頭損失并使流速分布均勻。
（3）導(dǎo)流筒口上部埋液深度不小于筒直徑的1/2，否則，會(huì)破壞進(jìn)口處流速分布的均勻性。
（4）導(dǎo)流筒內(nèi)壁加裝整流片，以減小渦流。
（5）螺旋槳葉片旋轉(zhuǎn)面伸入導(dǎo)流筒內(nèi)的距離應(yīng)不小于筒直徑的1/2，該尺寸關(guān)系到入口流速分布情況。如果螺旋槳葉片埋液深度不夠，則會(huì)在攪拌中有氣體被帶入介質(zhì)中，導(dǎo)致淬火槽里液面產(chǎn)生泡沫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)溢出槽外，增加火災(zāi)危險(xiǎn)，還會(huì)影響淬火效果。
（6）為防止螺旋槳產(chǎn)生傾斜或抖動(dòng)，可以考慮加裝限位環(huán)或定位軸承。
（7）螺旋槳葉片與導(dǎo)流筒內(nèi)壁應(yīng)保持25~50mm的間隙。
3.5 螺旋槳攪拌器參數(shù)計(jì)算
3.5.1 壓頭與流量的關(guān)系
攪拌器的傳遞功率P與其排量（流量）Q和壓頭H（可比類(lèi)為泵的揚(yáng)程）有關(guān)，即：
P=QH （5）
閉式攪拌器的流量與壓頭關(guān)系圖與泵相似。圖7 a）所示閉式攪拌下的壓頭-流量曲線示意圖，超出曲線左邊區(qū)域?qū)?dǎo)致失穩(wěn)狀態(tài)，即流滯狀態(tài)。
▲圖7 閉式攪拌器性能曲線
a）壓頭-流量曲線 b）系統(tǒng)阻力曲線
c）閉式攪拌操作點(diǎn)
圖7 b）為一系列系統(tǒng)阻力曲線，系統(tǒng)阻力Kυ由下式導(dǎo)出：
Kυ=2gH/Vd 2
式中，g——重力加速度
H——系統(tǒng)壓頭
Vd——導(dǎo)流筒內(nèi)流速
Kυ——導(dǎo)流阻力系數(shù)，是導(dǎo)流幾何形狀的函數(shù)。
將圖7a）與圖7b）曲線疊加獲得圖7c），兩類(lèi)曲線的交點(diǎn)就是攪拌器的工作點(diǎn)，一般將攪拌器的工作點(diǎn)選在交點(diǎn)左側(cè)，最大不超過(guò)交點(diǎn)。當(dāng)幾何形狀一定時(shí)，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)近似地確定Kυ值，連同流量、壓頭等參數(shù)，可以近似的設(shè)計(jì)攪拌系統(tǒng)。
圖8 所示為這些曲線在軸流式螺旋槳和翼形螺旋槳上的具體應(yīng)用。圖中顯示出：當(dāng)Kυ由1.0加大到5.0時(shí)，翼形螺旋槳的流量減少30%，同樣條件下，軸流式螺旋槳的流量降低35%。因此，當(dāng)系統(tǒng)阻力較高時(shí)，翼形螺旋槳形成的壓頭相對(duì)高出16%。翼形螺旋槳有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）壓頭較高。
（2）壓頭-流量曲線較陡。
（3）抗流滯性強(qiáng)。
（4）工作效率高。
▲圖8 軸流式螺旋槳和翼形螺旋槳的壓頭-流量曲線
3.5.2 螺旋槳的功率和流量計(jì)算
在相同功率下，不同類(lèi)型的螺旋槳會(huì)產(chǎn)生不同的流量。因此，在螺旋槳額類(lèi)型、轉(zhuǎn)速確定后，才能確定單位體積所需功率，單位體積功率下的流量可以由式（9）計(jì)算：
Q=NQnD3 （7）
（8）
（9）
式中：D——螺旋槳直徑
n——螺旋槳轉(zhuǎn)速
Np——相對(duì)功率數(shù)
NQ——相對(duì)流量數(shù)
ρ——流體密度
Q——流量
P——功率
相對(duì)流量NQ是螺旋槳推進(jìn)能力的參數(shù)，相對(duì)功率Np則是螺旋槳功耗特性系數(shù)，式（9）表明單位功率下的流量與螺旋槳類(lèi)型、安裝方式、轉(zhuǎn)速及其直徑有關(guān)。
式（9）并不能完全描述攪拌器的運(yùn)動(dòng)，攪拌器還有其它一些需要考慮的設(shè)計(jì)因素，如扭矩等。扭矩T與式（9）中各項(xiàng)參數(shù)的關(guān)系如下：
（10）
扭矩是決定攪拌器成本的關(guān)鍵因素，因此要像流量和功率那樣嚴(yán)格計(jì)算，扭矩 T 和單位體積功率下的流量Q/P均與螺旋槳直徑存在函數(shù)關(guān)系，如圖9 所示。
▲圖9 根據(jù)扭矩確定功率
根據(jù)轉(zhuǎn)速和直徑對(duì)螺旋槳進(jìn)行優(yōu)選是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，淬火冷卻作為一個(gè)控制過(guò)程，最好在流量和轉(zhuǎn)速恒定的情況下對(duì)攪拌器其余參數(shù)進(jìn)行比較，即用下式表示：
（11）
在流量和轉(zhuǎn)速恒定的情況下，單位體積功率下流量Q/P值用下式表示：
（12）
用式（12）的條件是NQ和Np為已知量，這兩個(gè)值可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，也可以由螺旋槳產(chǎn)生廠家提供。表6 列出了一種常用船用螺旋槳和一種翼形螺旋槳相對(duì)流量數(shù)和相對(duì)功率數(shù)。應(yīng)該注意，當(dāng)設(shè)置導(dǎo)流筒時(shí)，由于相對(duì)流量數(shù)的變化，也導(dǎo)致了單位體積功率下流量的變化。在相同功率下，閉式攪拌（加導(dǎo)流筒）的流量降低，但卻具有定向控制流體的優(yōu)點(diǎn)。
▼表6 閉式攪拌的相對(duì)流量數(shù)與相對(duì)功率數(shù)
3.5.3 組合式攪拌
為了使淬火區(qū)域內(nèi)的工件冷卻均勻，就應(yīng)該使流經(jīng)淬火區(qū)域的工件冷卻均勻，這樣就要采用組合式攪拌器。至于在什么場(chǎng)合下安裝組合式攪拌器和它們?cè)诖慊鸩鄣氖裁次恢茫](méi)有簡(jiǎn)單的定量關(guān)系，可由設(shè)計(jì)者依據(jù)一定的規(guī)律確定。下面介紹一些可參考的基本規(guī)律。
3.6 攪拌器的布置
3.6.1 開(kāi)式攪拌
對(duì)于圓形淬火槽，當(dāng)攪拌功率超過(guò)2.2kw時(shí)，就可以考慮設(shè)置多個(gè)攪拌器。如果功率在2.2~4.5kw之間，攪拌器可以考慮側(cè)插或頂插安裝。如果功率超過(guò)7.5kw就要安裝兩個(gè)以上攪拌器。具體安裝攪拌器的數(shù)量還應(yīng)考慮是否有足夠的安裝空間。圖11 所示為圓形淬火槽側(cè)插式攪拌器的安裝示意圖。
▲圖10 圓形淬火槽側(cè)插式攪拌器安裝示意圖
對(duì)于深井式圓形淬火槽攪拌器的安裝見(jiàn)圖11 。
▲圖11 一種深井爐圓形淬火槽
對(duì)于矩形淬火槽，當(dāng)長(zhǎng)寬比大于2:1時(shí)，可以安裝一個(gè)大功率攪拌器，當(dāng)長(zhǎng)寬比遠(yuǎn)大于2:1時(shí)，就要安裝多個(gè)攪拌器，詳見(jiàn)圖12 。
▲圖12 矩形淬火槽攪拌器安裝位置示意圖
頂插式開(kāi)式攪拌器應(yīng)與垂直軸線成16°角葉片與底部的直徑應(yīng)大于螺旋槳直徑。側(cè)插式攪拌器軸線距槽底部應(yīng)大于螺旋槳半徑+150mm。圖13 和圖14 為兩個(gè)側(cè)插式攪拌器的開(kāi)式攪拌淬火槽結(jié)構(gòu)示意圖。
2.6.2 閉式攪拌
閉式攪拌可以在淬火區(qū)域形成定向流體場(chǎng)，其中的導(dǎo)流筒是提供流體定向流動(dòng)的最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法。
帶導(dǎo)流筒的攪拌可用于深井式淬火槽，見(jiàn)圖15 。導(dǎo)流筒攪拌的作用與泵相似，但是在相同功率下，它可以提供比泵高10倍的流量使液體沿著導(dǎo)流筒運(yùn)動(dòng)到指定區(qū)域。溢流板的作用是保證螺旋槳具有足夠的埋液深度，防止攪拌時(shí)帶入空氣。
▲圖15 帶導(dǎo)流筒的深井式淬火槽
3.7 閉式攪拌的均流結(jié)構(gòu)
開(kāi)裂與畸變一直是熱處理行業(yè)中沒(méi)有得到很好解決的技術(shù)難題。研究結(jié)果表明，淬火件產(chǎn)生開(kāi)裂和畸變的主要原因之一是工件淬火冷卻所處的流體場(chǎng)的均勻程度。流體場(chǎng)流動(dòng)均勻與否，取決于淬火槽畸變及均流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，恰當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)畸變及合理的均流結(jié)構(gòu)可顯著改善淬火件冷卻的均勻性；相反，當(dāng)淬火介質(zhì)處于靜態(tài)或不均勻流速場(chǎng)中淬火時(shí)，往往會(huì)造成冷卻不均勻。
對(duì)于閉式攪拌下的淬火槽，螺旋槳的安裝方式常見(jiàn)的有頂插式和側(cè)插式。由于閉式攪拌使流動(dòng)的液體具有很強(qiáng)的方向性，見(jiàn)圖16 ，所以無(wú)論是哪種形式，都要求設(shè)置均流結(jié)構(gòu)。
▲圖16 流體通過(guò)90°彎管導(dǎo)流筒后的流體速度分布圖
圖17 所示帶均流片的閉式攪拌淬火槽為頂插式攪拌。在導(dǎo)流筒的出口處設(shè)置了均流片，目的是將通過(guò)90°彎管導(dǎo)流筒后的分布不均勻流體進(jìn)行均勻分布。
圖18 所示為該均流結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19 所示為無(wú)均流片和有均流片情況流體分布的模擬流線圖，該結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合。
圖20 所示為閉式攪拌淬火槽均流板的幾種結(jié)構(gòu)形式。閉式攪拌側(cè)插螺旋槳的均流結(jié)構(gòu)與位置的布置與大城市基本相同。
▲圖20 閉式攪拌淬火槽均流板幾種結(jié)構(gòu)形式
1-均流板 2-導(dǎo)流筒 3-螺旋槳 4-攪拌器 5-工件 6-淬火槽
3.8 淬火介質(zhì)流速的測(cè)量
3.8.1 介質(zhì)流速的測(cè)量方法
（1）采用皮托管測(cè)速
該方法適用于測(cè)定呈單向流動(dòng)的介質(zhì)的速度，如層流或噴射的射流，但不適合測(cè)定紊流（多向）狀態(tài)下的流速。
（2）輪式測(cè)速儀
通過(guò)電子計(jì)數(shù)方法累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)速轉(zhuǎn)子（渦輪）在流動(dòng)介質(zhì)中轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，然后經(jīng)過(guò)換算得出流速值。該儀器的測(cè)速轉(zhuǎn)子的旋向在紊流場(chǎng)中會(huì)隨流體方向的變化而呈現(xiàn)正反交替旋轉(zhuǎn)，因而影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，其結(jié)果僅用于定性分析。
（14）
3.8.2 螺旋槳攪拌條件下介質(zhì)流速的測(cè)量
采用螺旋槳攪拌器攪拌下的浸液式淬火槽的介質(zhì)流速呈紊流狀態(tài)，即流體質(zhì)點(diǎn)在向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還有很大的橫向速度，而且橫向速度的大小方向也隨時(shí)做無(wú)規(guī)則變化。因此，采用常規(guī)流速測(cè)量?jī)x器，很難在紊流狀態(tài)的流體場(chǎng)中測(cè)得準(zhǔn)確的流速數(shù)據(jù)。目前，多采用激光多普勒測(cè)速儀和超聲波多普勒測(cè)速儀測(cè)量螺旋槳攪拌條件下的介質(zhì)流速。
（1）激光多普勒測(cè)速方法
圖21 所示為激光多普勒測(cè)速儀的系統(tǒng)構(gòu)成。激光多普勒測(cè)速儀的位置設(shè)在容器的外部，其光電探測(cè)器的發(fā)射和接收光束是在透明外發(fā)射和接收的。該方法被用于在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量透明度好、尺寸較小的容器內(nèi)介質(zhì)的流速。
▲圖21 激光多普勒測(cè)速儀系統(tǒng)構(gòu)成
（2）超聲波多普勒測(cè)速方法
圖22 所示為超聲波多普勒測(cè)速儀系統(tǒng)構(gòu)成。由于超聲波多普勒測(cè)速儀用的是聲波，并且發(fā)射和接收聲波的探頭是被浸入介質(zhì)中，所以該方法對(duì)介質(zhì)的透明度和容器內(nèi)介質(zhì)的容量多少無(wú)特殊要求。
▲圖22 聲波多普勒測(cè)速儀系統(tǒng)構(gòu)成
4.2 深井或大直徑淬火槽
深井式淬火槽常用于長(zhǎng)軸類(lèi)工件淬火冷卻。圖24 所示為頂插攪拌器的深井式淬火槽。淬火槽直徑為?2.2m，深度為7m，配置兩套螺旋槳攪拌器，為了減少裝液量，導(dǎo)流筒置于槽體之外。對(duì)于深度小于10m以下的淬火槽的攪拌，可以考慮采用頂插式螺旋槳方式攪拌；大于該尺寸,可以考慮采用側(cè)插式螺旋槳攪拌或泵攪拌。
滑槽設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
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