摘 要：深冷處理技術(shù)發(fā)展中，出現(xiàn)了較多深冷技術(shù)工藝和設(shè)備。在不同領(lǐng)域中，可以應(yīng)用不同的技術(shù)措施。深冷技術(shù)不再為單一顏色金屬，開始進入到帶顏色金屬領(lǐng)域、非金屬領(lǐng)域中。深冷處理技術(shù)改良，可以全面展現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢。本文主要分析深冷技術(shù)工藝和設(shè)備的新進展，首先介紹傳統(tǒng)深冷處理技術(shù)與設(shè)備，之后討論深冷處理工藝的新進展，主要表現(xiàn)在材料、功能、節(jié)能降耗等方面，應(yīng)用效果顯著，值得推廣。

　　關(guān)鍵詞 深冷技術(shù)工藝;設(shè)備;新進展      作者 儲波、楊雪婷

　　深冷處理是在極低溫度下，能夠有效處理的技術(shù)，處理溫度達到-196℃~-130℃，技術(shù)優(yōu)勢較多，可以提升金屬材料的力度性能，延長使用壽命，相應(yīng)提升尺寸穩(wěn)定性、材料均勻性。此外，深冷技術(shù)可以加強金屬材料物理性能，例如導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性。在20世紀60年代，美國開始廣泛應(yīng)用深冷技術(shù)，同時加大技術(shù)研究力度，有效作用于汽車制造、儀器制造、航空航天等領(lǐng)域。在信息技術(shù)發(fā)展中，我國也開始研究深冷處理技術(shù)，特別是油嘴油泵、量具、航空航天領(lǐng)域，涉及軸承泵、工具鋼、高速鋼等金屬材料。本文主要圍繞深冷技術(shù)展開研究。

　　1  傳統(tǒng)深冷處理技術(shù)與設(shè)備

　　深冷技術(shù)發(fā)展過程中，相應(yīng)產(chǎn)生了技術(shù)處理設(shè)備，設(shè)備可以有效控制溫度，確保深冷技術(shù)具備多種溫度選擇，而不是應(yīng)用到單一化學(xué)材料中。深冷設(shè)備以液氮為冷源，包括液氮浸泡、液氮氣化。液氮氣化主要應(yīng)用輻射換熱系統(tǒng)、對流換熱系統(tǒng)、系統(tǒng)結(jié)合方式。我國注重研究深冷技術(shù)處理設(shè)備，以SLX程序為控制系統(tǒng)，最低溫度可達-196℃，溫度均勻性強，控制效果顯著。技術(shù)人員注重改良和創(chuàng)新技術(shù)設(shè)備，并且應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)中。SLX程序深冷箱以液氮作為冷源，以液氮氣化吸熱為基礎(chǔ)，可以起到制冷效果。處理設(shè)備涉及液氮傳輸系統(tǒng)、液氮罐、深冷箱等。液氮罐可以存儲大量液氮，同時為系統(tǒng)通過液氮，避免液氮缺失所致故障。液氮傳輸系統(tǒng)通過真空技術(shù)，可以有效隔絕熱量，同時連接深冷箱和液氮罐。在液氮傳輸期間，可以降低能量損耗。通過安全閥，可以確保管路安全性。壓力報警系統(tǒng)可以實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，同時提示運行問題。深冷箱為不銹鋼材質(zhì)，中間為保溫層，可以降低箱內(nèi)外熱交換。箱體內(nèi)配置液氮分散系統(tǒng)，可以在內(nèi)部均勻分散液氮，起到顯著降溫效果，同時確保箱體內(nèi)溫度均勻性。深冷箱控制系統(tǒng)，多采用執(zhí)行調(diào)節(jié)控制智能技術(shù);在檢測溫度時，多采用PT100溫度計。通過智能調(diào)節(jié)器制冷信號、加熱信號，可以有效調(diào)節(jié)深冷箱內(nèi)部溫度[1]。

　　2  深冷處理工藝的新進展

　　在操作實踐中，金屬材料被放置在超低溫度下，可以改變金屬材料微觀結(jié)構(gòu)，同時改善金屬材料性能。針對深冷處理設(shè)備機理問題，處于初步研究階段，未完全認識到材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。與其他材料相比，深冷處理技術(shù)多應(yīng)用到鋼鐵領(lǐng)域，且不同國家的研究達成共識。

　　2.1 材料工藝進展

　　在近幾年發(fā)展中，深冷處理材料改性工藝研究較多，出現(xiàn)了較多專業(yè)研究與論文，多涉及非金屬材料、粉末冶金、有色金屬等。鋁合金材料深冷處理，可以處理鋁合金工件加工變形問題，同時將該項技術(shù)應(yīng)用到鋁合金材料耐磨性、強度、硬度研究中?；诓煌に囈螅罾浼夹g(shù)可以加大材料硬度與強度，使材料內(nèi)應(yīng)力降低，維護尺寸穩(wěn)定性。

　　深冷技術(shù)也被應(yīng)用到硬質(zhì)合金處理中，但是技術(shù)爭議比較多。采用深冷技術(shù)處理硬質(zhì)合金刀具，關(guān)于壽命是否提高的討論較多。在硬質(zhì)合金材料切削工具中，材料硬度無變化，然而耐磨性較強，使用壽命延長。硬質(zhì)合金內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)變化，有助于延長壽命。在處理陶瓷材料時，應(yīng)用深冷處理技術(shù)，可以有效提升耐磨性與韌性[2]。

　　2.2 功能方面進展

　　深冷技術(shù)不僅可以延長工件壽命，還可以確保零部件穩(wěn)定性。對于航空航天、精密機床來說。在機加工、應(yīng)用使用期間，零部件極易產(chǎn)生變形問題，對生產(chǎn)效率、質(zhì)量安全影響較大。內(nèi)部組織、內(nèi)應(yīng)力，對尺寸穩(wěn)定性影響較大，在受力狀態(tài)改變、長時間運行狀態(tài)下，工件尺寸容易變化，明顯大于公差要求。但是，深冷處理技術(shù)可以有效作用于內(nèi)部組織、內(nèi)應(yīng)力方面。采用深冷處理工藝，可以使材料內(nèi)應(yīng)力降低，促使奧氏體轉(zhuǎn)化，同時改善工件穩(wěn)定性。當(dāng)前，機床行業(yè)開始研究尺寸穩(wěn)定性問題，有助于提升機床行業(yè)整體性。

　　3  深冷處理技術(shù)和設(shè)備在節(jié)能方面的新進展

　　3.1 回收氮氣

　　在回收氮氣之前，深冷設(shè)備可以促使液氮氣化，接觸工件后實現(xiàn)熱交換，使工件溫度降低。經(jīng)過換熱操作后，氮氣會排放至空氣內(nèi)部，從而造成工件浪費。深冷設(shè)備配置氮氣回收系統(tǒng)，可以將液氮導(dǎo)入至低溫換熱器內(nèi)，無損收集熱交換液氮和氮氣，同時將其存儲至儲氣罐內(nèi)，有效處理工質(zhì)浪費問題。此外，設(shè)冷處理設(shè)備具備良好的溫度均勻性、控溫精度，可以防止液氮直接接觸工件，致使工件冷沖擊，對處理效果造成影響。下圖為原理圖。液氮利用閥門，進入到低溫換熱器內(nèi)，在換熱器內(nèi)強制對流換熱，使空間溫度降低。完成換熱操作后，液氮會氣化為氮氣，同時通過低溫換熱器出口排放至儲氣罐內(nèi)，返回至深冷處理設(shè)備。此種方式有效改進了箱體結(jié)構(gòu)、換熱方式。將低溫換熱器作為中間換熱設(shè)備，可以有效回收和利用氮氣。分布布置低溫換熱器，不僅可以提升換熱效率，還可以維護溫度均勻性[3]。

　　3.2 回收儲能冷量

　　為了緩解能量供求雙方的地點、時間、強度不匹配問題，必須合理應(yīng)用冷量回收儲能技術(shù)，以此發(fā)揮出能源應(yīng)用效果，使環(huán)境濡染降低，屬于節(jié)能減排重要措施。在應(yīng)用深冷處理設(shè)備時，當(dāng)處理溫度為-120℃，則氮氣排氣溫度約為-120℃。當(dāng)處理設(shè)備回收該部分冷量時，可以使能耗降低，減少成本使用。

　　為了有效回收冷量，采用大量計算與試驗，研究低溫儲能系統(tǒng)。首先選擇適宜的低溫蓄熱材料，建立傳熱數(shù)學(xué)模型，分析和計算蓄熱器內(nèi)部溫度、熱流、密度、界面移動規(guī)律，同時掌握氣體換熱。優(yōu)化設(shè)計冷熱蓄能系統(tǒng)，分析熱應(yīng)力，對低溫蓄熱器設(shè)計穩(wěn)定性、安全性進行驗證。采用計算分析結(jié)果，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。在深冷處理設(shè)備上，合理應(yīng)用研究成果，選擇特種蓄能材料。優(yōu)化設(shè)計蓄能材料，確保蓄能材料吸收和存儲廢氣冷量，將其作為材料初始處理溫度。當(dāng)前，技術(shù)人員研發(fā)多種蓄冷器，能夠和不同溫度區(qū)材料換熱，同時升高氮氣溫度[4]。

　　冷量回收裝置、氮氣回收裝置可以聯(lián)合使用。當(dāng)深冷處理溫度較低時，低溫氮氣利用蓄冷器換熱，之后再回收，不僅可以充分應(yīng)用冷量，還可以確保工質(zhì)回收效果，使能耗降到最低。

　　3.3 變頻控制

　　通過變頻控制，可以確保溫度均勻性。深冷處理配置葉輪、電動機，然而設(shè)備設(shè)計選型時，多以大裝爐量為參數(shù)，因此功率偏大。特別是巨型深冷箱，電動機設(shè)計功率比較大。對于同一套設(shè)備空爐、半爐，會浪費電動機功率，還會導(dǎo)致液氮消耗量增加。為了消除以上不良影響，需要將變頻技術(shù)應(yīng)用到巨型設(shè)備上，對電動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，不僅可以確保溫度均勻性，還可以實現(xiàn)節(jié)能效果[5]。

　　4  結(jié)束語

　　綜上所述，利用深冷處理技術(shù)，可以確保材料改性效果。在早期研究中，多集中在高合金鋼、高碳鋼領(lǐng)域，作用機理和技術(shù)工藝的專項研究多。深冷處理可以有效作用到非金屬、有色金屬、粉末冶金領(lǐng)域，技術(shù)應(yīng)用與研究力度不斷加深。采用深冷技術(shù)處理材料后，既能夠優(yōu)化力學(xué)性能，還可以維護尺寸穩(wěn)定性，為精密加工業(yè)通過處理方案。當(dāng)深冷處理工藝和設(shè)備應(yīng)用SXL程序，能夠確保環(huán)境溫度達到-196℃至500℃，具備較高的溫度控制精度，溫度均勻性強，能夠?qū)ぜ?、材料，實施有效的深冷處理。此外，深冷處理工藝和設(shè)備也可應(yīng)用到節(jié)能降耗領(lǐng)域，可以有效回收冷量、氮氣，實現(xiàn)自動化變頻控制，使液氮領(lǐng)域效率提升，同時維護成本效益，值得推廣應(yīng)用。

　　參考文獻

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