对传统淬火油槽增加搅拌装置的技术改造

森泰英格（成都）数控刀具有限公司 （四川 610207） 李海峡

大部分钢材的淬火通常使用淬火油作为淬火冷却介质，相对应盛装淬火油的淬火冷却设备即为淬火油槽。对于淬火油槽，有两个基本要求：具有足够的淬火冷却能力；保证淬火油温度均匀。由于淬火油槽淬火冷却能力的设计，应根据实际情况而定，本文不作论述。本文重点阐述如何对普通淬火油槽进行增加淬火油搅拌装置的技术改造，提高普通淬火油槽油温均匀性，并能减轻工人劳动强度，保证产品质量，提高生产效率。

一、传统淬火油槽淬火冷却的现状

传统淬火油槽只是盛装淬火油的容器，所有产品的淬火操作全部由操作者手工在静止的淬火油内进行。这样，就存在如下问题：

（1）淬火油槽内上下油液温度相差较大，给产品（尤其是细长工件）热处理质量带来隐患。由于淬火油槽内淬火油相对静止，红热工件使淬火油温度升高，高温淬火油比重减小上升，低温淬火油比重增加下降，油槽内形成垂直温差层，致使工件冷却不均匀。

（2）工件在静油中淬火，表面极易形成蒸汽膜，影响淬火质量。工件刚刚进入淬火油的瞬间，淬火油立即被加热而汽化，在工件表面形成一层蒸汽膜，由于蒸汽膜导热性较差，极易在工件表面产生软点或软带。

（3）工人劳动强度大，生产效率低（特别是大件）。传统淬火方法是：工件在淬火过程中必须人工在油槽内上下移动，破坏工件表面的蒸汽膜，以提高淬火油的冷却能力；同时，增加淬火油温的均匀性。

（4）淬火时间长，炉内未淬火工件表面极易氧化。由于操作者在淬火过程中炉盖是敞开的，炉内涌入大量空气，原有密封情况下的保护气氛被破坏，使尚未出炉的高温零件表面氧化，特别是最后出炉的工件表面氧化尤为严重。

二、传统淬火油槽增加搅拌的必要性

良好的搅拌可以避免油温局部过高，使槽中各部分油温趋于均匀。搅拌能提高淬火油和工件间的相对流速，从而提高淬火油的冷却能力。搅动装置的设置、工件的装挂方式等，都应尽量使同批淬火工件的不同部位均获得基本相近的油温，工件间或同一工件的不同部位的相对流速过高或过低，都会对淬火冷却的均匀性产生不利的影响。所以，加强搅拌的必要性可以大致归结为如下三点：

（1）对于淬火冷却来说，加强搅拌不但可以提高淬火烈度，而且还显著提高了淬火冷却能力。因搅拌能够造成淬火冷却介质在淬火工件之间的强烈运动，以加快热交换过程，使高温阶段蒸汽膜形成初期即被破坏，从而提高了工件在淬火过程中的冷却速度，同时在低温对流期也加速热量的传递。

（2）提高淬火冷却介质温度均匀度。搅拌可使整个淬火油槽的介质形成一个较为均匀的温度场和较为强烈的介质运动状态，有利于减少工件变形和降低淬火开裂风险；防止淬火油局部过热，避免火灾发生，同时也减缓了介质的老化，并提高其使用寿命。

（3）是提高淬火质量的保障之一，保证产品质量的低分散度和高同一性。

三、传统淬火油槽技术改造

对传统淬火油槽进行增加淬火油搅拌装置的技术改造，解决问题的主要方向是如何使油较强烈的循环翻腾，工件在流动的油液中自由冷却，来代替操作者的手工操作，使他们腾出时间将炉内零件迅速出炉淬入油槽，缩短零件在炉内的停留时间，减少工件的表面氧化程度。由此提出三种搅拌方案：叶轮搅拌、压缩空气搅拌和油液自身循环搅拌（即喷射式搅拌）。

1. 方案对比

（1）方案一为叶轮搅拌 是目前国内使用较多的一种方法，因其可获得较好的紊流效果, 叶轮无需管道，容易安装、取出和维修。缺点是：①制造工作量大，且需安装导流板，费用高。②叶轮占据油槽的有效空间。③油液横向流动势必会加大细长件的变形量。

（2）方案二为压缩空气搅拌 优点是改造工程简单，方便，费用低，只要将压缩空气接入油槽即可起到搅拌作用。缺点是：①压缩空气在油中会产生气泡，使工件表面产生软点。②压缩空气中含有水分，水分进入淬火油槽，影响淬火油的冷却性能，甚至导致淬火油报废。

（3）方案三为油液自身循环搅拌（即喷射式搅拌）具体做法是用油泵从淬火油槽中抽油、增压，通过管道将油打回淬火油槽，从而使油液循环搅拌翻腾。高压油造成的油液翻腾搅拌效果类似于压缩空气，但却克服了压缩空气搅拌的两大缺点。

经过对上述3个方案的认真考虑、比对、研究和论证，根据各自的利弊与性价比，最终选定方案三喷射式搅拌。

2. 喷射式搅拌方案实施

喷射式搅拌装置是由离心式热油泵，将热油从油槽中抽出，经过板式换热器冷却，再以较高的压力通过开有若干出油孔的喷油管路垂直送回油槽，强制油液产生对流、循环的原理制成（见附图）。该方案在实现冷却的同时，也起到循环搅拌的效果。且油液翻腾程度完全可控，操作者可根据实际情况通过阀门进行流量大小的调整。

淬火油槽喷射式搅拌原理图

四、改造效果

改造完成后，经过两个月的生产实践，效果非常理想并顺利通过验收。主要表现在以下几方面：

（1）提高冷却能力方面：在淬火油温相同的情况下，由于增加搅拌的作用，使油在一定程度上翻腾，大大提高了淬火油的冷却能力。

（2）均匀油温方面：通过油液翻动，使油槽内上下油温均匀一致，为提高产品（特别是大、长件）淬火质量创造了条件。

（3）产品性能方面：零件表面硬度更加均匀，同一工件表面硬度均匀度提高为±1HRC。

（4）提高生产效率方面：大大缩短了淬火时间，工人劳动强度也随之大大降低；同时，零件表面氧化程度得到明显改善，为后序处理创造了有利条件。