金属材料半成品及成品高温退火是提高材料性能及使用可靠性的一道重要工序。而在高真空状态退火有避免氧化、脱碳和去气、脱脂的作用，除了钢、铜及其合金，还广泛应用于钛、钽、钼、铌、锆等与气体亲和力较强的稀有金属。为了提高稀有金属的性能，防止高温氧化，满足现代生产的需要，笔者设计制造了箔材真空退火炉，用于在高真空状态下对金属箔材、板材等进行高温退火处理，还适用于钢、铜及其合金生产企业及高校实验室、科研单位等。
1、箔材真空退火炉设备的主要技术参数
(1)有效均温区尺寸/mm×mm：Ф1000×3000
(2)加热区最高温度/℃：1050
(3)工作温度/℃：950
(4)均温区控温精度/℃：±1
(5)炉温均匀性/℃：±5
(6)极限真空度/Pa：1.33×10-3
(7)工作真空度/Pa：1.33×10-2
(8)压升率/Pa·h-1：0.67
(9)空炉抽空时间/min：≤30 (连续生产时由大气压抽至工作真空状态)
(10)加热功率/kW：420
(11)加热电源空载电压/V：70
(12)加热区布置：三区+两端补偿+5 区自动温度控制
(13)空炉升温时间：从室温升到950 ℃≤3 h
(14)氩气保护强制循环冷却时间：从工作温度950 ℃降到80 ℃时间≤6h
(15)压缩空气压力/MPa：0.4～0.6
(16)额定装炉量(每炉)/kg：1000
2、箔材真空退火炉设备的构成
高温高真空热处理炉是现代冶金技术、现代真空炉技术和计算机与微电子技术进步的产物。箔材真空退火炉是应用金属电热辐射的原理， 对难熔金属、钛及钛合金等材料进行高温真空退火处理。本设备主要由液压自动送料装置、真空系统、真空炉室、电加热器、内循环风冷系统、水冷系统及全自动测温控温电控系统等组成。设备结构简图如图1所示。
3、主要解决的技术难点
3.1、液压自动送料装置
通常情况下，热处理炉的送料装置由于在炉内受热，同时要求保证真空度，其材料要求全部采用耐热钢，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等，造价昂贵，成本高。而本设备采用液压自动送料装置，解决了高温退火中送料车长期受热变形，影响传动和真空密封的问题。本装置采用了由炉外料台、炉内支撑系统、液压送料车、矫形底架和矫形压板组成的装出料系统。送料车始终处于炉外冷态，不在炉内受热，全部采用普通碳素钢(Q235)制作，造价低廉，节约资金。同时减少了真空室内的放气物体，有效地缩短了抽空时间，提高了设备的真空度。
液压送料车配有微型液压升降系统和自动行走驱动装置，主要用于装料和出料。考虑到生产工艺要求，对箔材(0.2～0.5 mm)高温状态进行校型处理，保证其表面平整度，设备配备了专用的矫形底架和两块矫形压板，如图2 所示，均采用耐高温铸钢件。而考虑到炉内支撑系统由于长期高温状态承载，均选用耐热钢0Cr25Ni20 制作。
正常工作时，将需要处理的料放置在矫形底架上，由液压千斤顶将矫形底架升起，液压送料车由电机驱动，沿炉外固定料台和炉内轨道移动将料送到炉内， 液压千斤顶下降将矫形底架放到炉内支撑架上后，液压送料车沿轨道退出炉外。
3.2、真空系统全自动化控制、监测
在真空炉的生产中经常会出现材料被氧化，特别是钛材、钼材等有色金属，高温状态下易发生氧化，出现发蓝、发黄等现象，严重影响材料的性能。而真空系统主要是为了除气，保持必要的工作真空度，防止高温时物料被氧化。本设备配置K-800高真空油扩散泵+ZJ-1200罗茨泵+H-150滑阀泵的真空机组两套及配置带有启闭信号的气动阀门，见图3。
真空系统由数字式真空计全量程测量、触摸屏式显视、自动切换和控制系统真空，并采用DMR2100无纸记录仪做全程纪录和数据储存。真空系统所有动作均具有联锁保护功能，联锁要求：真空系统主阀未关闭，充气阀打不开;充气阀未关闭，真空系统主阀打不开。真空系统实现了全自动化，有效提高了工作效率，保障了生产和安全。
3.3、磁性流体密封技术的应用
高真空动密封问题是影响真空性能指标的难点之一，一般的机械式密封装置由于使用周期短易损，存在摩擦和振动，而且噪音大，不能够保证高真空的稳定。本设备的循环风冷系统属于动密封传动，密封的可靠性将会直接影响真空性能指标。
1995年美国人帕佩尔(Papell)发明的磁性流体，是把磁铁矿等强磁性的微细粉末(约100×10-10m)在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁铁吸引的特性。而磁性流体密封技术是在磁性流体的基础上发展的，属非接触密封，当磁性流体注入具有磁场的间隙中时，在磁场的作用下，它可以充满整个间隙，成为一种液体“O 型密封圈”，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。
磁性流体密封技术与机械密封相比，密封圈由永磁结构和一个稳定的磁性流体组成，机械磨损仅发生在轴承上，具有良好可靠性，使用寿命长。因为密封圈无磨损，没有微粒产生，降低了整个系统的污染，而且低气压可使密封圈便于维修。磁性流体低的黏滞阻力和无接触密封结构，又决定了稳定操作和高速旋转能力，力矩可100%的输送。磁性流体真空传动装置在循环风冷传动系统的使用，保证了高真空的稳定性，解决了真空动密封难的问题，极大的提高了设备的使用性能。
3.4、电加热器系统
高温真空电阻炉主要采用钼、钽、钨等金属电阻加热，热量通过加热器辐射传向被加热工件。本设备分主区(三个加热区)+两端补偿共五区加热、控温，加热总功率420 kW。主加热区采用高温钼带制成三相加热器(图4 所示为一个区三相加热器结构简图)，炉外三角型接法。两端炉门布置单相加热器进行温度补偿，补偿加热体全部采用高温钼丝束。保温反射屏采用一层高温钼+四层耐热不锈钢制成。
加热电源采用晶闸管调压模块带电炉变压器，应用MR-13多段曲线可编程序温度控制器，加热自动控制为可控硅PID连续控制，控制工艺曲线自动升、降温、冷却全过程。每区均装有K 型控温热电偶，对升温、保温、降温做全程跟踪、监测记录，实现加热过程的全自动控制。
3.5、真空炉室及冷却、气路系统
真空炉室采用双层水冷夹套结构， 内层材质0Cr18Ni9，外层水套材质普通碳钢Q235。底部设有冷却水泥沙排除口，可方便清洗、排污。球冠型封头炉门，横向平移式结构，采用汽缸拉紧式锁紧。为了缩短物料降温时间，提高生产效率，配有专用内循环式风冷系统。采用向真空室充氩气内置风机强制循环冷却。冷却时，先关闭真空计，再向炉内充入工作气体(氩气)，通过电接点压力表控制(气体压力为0.02~0.05 MPa)炉内压力。冷风从炉体后端进入炉内，跟炉料充分接触后变成热风，沿炉室内壁循环进行冷却。
3.6、电气控制系统
采用进口MR-13多段曲线可编程序温度控制器，以及欧姆龙公司CPM1A可编程序控制器，保证设备按工艺曲线自动升降温。主要电器元件为知名进口器件，可靠性高，工作时只需按动按钮即可按预先设定的工艺曲线自动完成升、降温、冷却全过程控制，具有过流、短路、缺水、超温等一系列完善的自动保护措施。自动控制系统采用欧姆龙公司PLC可编程序控制器，并配有手动炉前操作盒，可以安全、方便的控制炉门开启、关闭及工件进出炉的全部动作。整个电气系统设有安全保护、联锁和报警系统，对重大故障，立即切断电源并进行声光报警。自动化程度高，性能可靠，寿命长，而且操作简单方便。
