專利名稱:一種無氧化熱處理的方法及其設(shè)備的制作方法
本發(fā)明屬于重有色金屬加工熱處理技術(shù)，主要用于銅及其合金的無氧化熱處理。
目前在銅及其合金加工熱處理方面大都采用電加熱結(jié)合以下幾種方法進(jìn)行無氧化熱處理1.抽真空加保護(hù)性氣體，2.抽真空。3.利用加熱時產(chǎn)生的水蒸汽。(見1979年6月冶金工業(yè)出版社出版的《重有色金屬材料加工手冊》第3、4、5分冊。)抽真空加保護(hù)性氣體進(jìn)行無氧化的光亮熱處理方法及設(shè)備大致如下現(xiàn)在國內(nèi)大都采用井式爐(爐形似井)電阻加熱原件按裝在井壁上，筒式的鐵罐內(nèi)裝入被加熱產(chǎn)品，鐵罐上加蓋蓋上裝有閥門，并用密封墊片密封，然后把鐵罐放入井式電阻爐內(nèi)，用機(jī)械泵抽去鐵罐內(nèi)空氣，要求真空度達(dá)10-2～10-3H2Omm，然后加入保護(hù)性氣體，加入的保護(hù)性氣體壓力在0.2～1.0大氣壓之間，加熱完畢將鐵罐吊至爐外冷卻，在冷卻過程中不能破壞罐內(nèi)的保護(hù)性氣氛要保持正壓，防止空氣進(jìn)入氧化產(chǎn)品，一般要在100℃～200℃以下才能開蓋取出物品。
在銅及其合金無氧化熱處理方面選用的保護(hù)性氣體有以下幾種1.完全燃燒的碳?xì)浠衔?純或不純);2.不完全燃燒的碳?xì)浠衔?3.完全反應(yīng)的碳?xì)浠衔?4.分解氨;5.二氧化碳。以上保護(hù)性氣體的成份是N2、CO、CO2、CH4、H2這幾種所組成、氣體性質(zhì)可分為中性N2、惰性CO2還原性CO、H2、CH4這幾種。無氧化熱處理也正是利用這種性質(zhì)的氣體防止產(chǎn)品與氧接觸達(dá)到無氧化熱處理效果。(這種氣體就稱之為保護(hù)性氣體)。
用以上方法進(jìn)行的無氧化熱處理;氣密性要求很嚴(yán)，需加入保護(hù)性氣體、抽真空、冷卻、升溫慢容易使銅在退火過程中延長再結(jié)晶時間造成晶粒粗化，影響光潔度和機(jī)械性能，以及電耗大并且受到爐形幾何形狀的限制，產(chǎn)品的長度形狀也相應(yīng)受到限制。另外由于投資大、費(fèi)用高，生產(chǎn)率低一般只局限于對某些成品進(jìn)行無氧化熱處理，中間制品的退火熱處理都是用氧化性的電阻爐或火焰爐進(jìn)行的。
本發(fā)明的目的是利用燃料燃燒使物料加熱同時產(chǎn)生保護(hù)性氣體防止產(chǎn)品氧化，從而達(dá)到無氧化熱處理效果，克服目前方法中的一些不足。
本發(fā)明主要是利用控制燃料量和風(fēng)量以及爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)。使燃燒時產(chǎn)生中性和還原性氣體，利用這種保護(hù)性氣體使產(chǎn)品在加熱過程中防止氧化，并在爐體上設(shè)有液池(圖中2)使進(jìn)出料在液體中進(jìn)行(圖中4、5位)，以及利用液封使外界空氣不能進(jìn)入，此時燃燒爐膛內(nèi)呈正壓，物料加熱完畢在保護(hù)性氣體中即刻浸入液池中冷卻。根據(jù)產(chǎn)品性能要求如要緩慢冷卻，可以利用升降裝置緩慢放下達(dá)到緩慢冷卻。通過這種新方法及設(shè)備可以不另外加保護(hù)性氣體進(jìn)行對銅及其合金熱處理和無氧化熱處理。
以下詳細(xì)說明燃料無非是固、液、氣這三種，固液二種燃料的化學(xué)成份主要由氫碳、氧、氮和硫這五種元素組成，只是不同的燃料，含量各自不同而已。氣體燃料的成份組成是CO、H2、CH4、C2H4以及其它碳?xì)浠衔铩＿@三種燃料，燃燒后生產(chǎn)的氣體產(chǎn)物是CO2、H2O(汽)N2當(dāng)助燃空氣不足時有CO和H2當(dāng)助燃空氣過剩時有O2。因此它們?nèi)紵蟮臍怏w性質(zhì)也不外乎中性、還原性、氧化性這幾種。因而只要能控制住氧化性氣氛，也就是在燃燒時，當(dāng)燃料為一定量時控制助燃空氣量使?fàn)t內(nèi)只有保護(hù)性氣體沒有氧化性氣體，就能使產(chǎn)品在加熱時防止氧化。
為了便于助燃空氣的控制，使加熱物料不氧化，還須控制好爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)，爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)應(yīng)該控制在微正壓情況，因?yàn)樨?fù)壓外界空氣進(jìn)入，爐內(nèi)氣氛不穩(wěn)定物料易氧化，零壓較理想，但難以實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)正壓熱損失大不經(jīng)濟(jì)。另外燃料應(yīng)與助燃空氣混合充分防止助燒空氣影響爐內(nèi)氣體氣氛造成氧化。
爐內(nèi)氣體性質(zhì)的控制可以用相應(yīng)的儀器儀表，如紅外線分析儀等但用這種儀器價格貴，調(diào)整維修需專人。難以廣泛使用，實(shí)際上在銅及其合金熱處理時利用控制火焰顏色。爐氣冒出的現(xiàn)象就可控制爐內(nèi)氣體性質(zhì)和壓強(qiáng)，爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)主要受抽力、燃料量、火焰流股、熱氣重量，密封性能以及爐形形響，當(dāng)爐形密封性能為一定時主要受排氣抽力和燃量影響，抽力可用煙道閘門來控制當(dāng)閘門關(guān)小抽力減小，隨抽力減小爐內(nèi)排汽速度降低造成爐膛空間單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)增加氣流壓強(qiáng)增加。燃料燃燒，在單位時間燃量增加則產(chǎn)生的爐氣量多，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)多，壓強(qiáng)上升，根據(jù)這種關(guān)系可使?fàn)t內(nèi)氣體控制在微正壓情況(2～5H2Omm)，此時的現(xiàn)象是爐氣出口處有稍為冒火現(xiàn)象。爐內(nèi)氣體性質(zhì)主要是受燃料量和助燃空氣量影響，這種影響直接反映在火焰顏色上，如氧化性氣氛爐內(nèi)火焰顏色發(fā)亮，爐氣出口處無火焰，還原性爐內(nèi)火焰顏色發(fā)暗，冒黑煙，在銅及其合金熱處理時應(yīng)使火焰顏色和紅色或在這二者之間，此時爐氣性質(zhì)可以說是微還原性氣氛，爐氣出口處略有黑煙。具體可以根據(jù)以下關(guān)系來調(diào)節(jié)控制即當(dāng)助燃空氣量、燃料量為一定時煙閘開大爐內(nèi)壓強(qiáng)小，易氧化，反之煙閘開小，爐內(nèi)氣壓大，當(dāng)燃料量，煙閘大小為一定時，助燃空氣量大，爐內(nèi)氧化性氣體多，反之風(fēng)量減小爐內(nèi)易產(chǎn)生還原性和中性氣體。當(dāng)助燃空氣量、煙閘大小為一定時，燃料量多還原性氣體多，反之燃料量少、氧化性氣體多。
目前在以燃料為加熱的爐形中氧化難以避免，想根本上解決必須避免加熱產(chǎn)品與火焰接觸，并通保護(hù)性氣體(見1979年中南礦冶學(xué)院印刷廠印《金屬材料加工用爐》220頁倒數(shù)第一行和213頁第二行)，本人認(rèn)為難題之一是，物料加熱完畢在冷卻過程中氧化難以避免。本發(fā)明的新設(shè)備是在火焰爐爐底下設(shè)有液池，使加熱產(chǎn)品在爐內(nèi)保護(hù)性氣體保護(hù)下利用升降裝置使產(chǎn)品浸入液池冷卻，從而防止了產(chǎn)品在冷卻過程中氧化，同時利用液池使物料進(jìn)出在液體中進(jìn)行，以及液封從而增加了密封性能防止了外界空氣進(jìn)入。對于某些黃銅有淬硬效應(yīng)的可以緩慢放下升降裝置達(dá)到緩慢冷卻，防止影響產(chǎn)品性能，該種設(shè)備對于銅及其合金的氧化性熱處理，可以減少氧化損失因而也是極為適宜的。利用上述方法及設(shè)備完全可以按制好爐內(nèi)氣氛，有效的對銅及其合金進(jìn)行無氧化熱處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.不用抽真空和另外加保護(hù)性氣體進(jìn)行無氧化熱處理。
2.可以進(jìn)行連續(xù)性退火、升溫冷卻快。
3.設(shè)備簡單、投資少、耗電少、能耗低。
4.制品形狀，長度不受限制適宜成品和中間制品從而可省去酸水洗工藝。
如下圖中1.液封線位置;2.液池;3.裝料小車出料和裝料時的位置;4.(5)裝料小車液池中運(yùn)動的位置;6.裝料小車托鋼、7.升降用掛鉤;8.煙道;9.煙道閘門;10.爐膛;11.被加熱物料;12.裝料小車;13.隔熱擋板;14.爐身結(jié)合本發(fā)明一種方式的實(shí)施例銅及其合金是指紫銅、黃銅、白銅等;在重有色金屬加工熱處理中可分為軟化退火、成品退火、淬火這幾種形式，軟化退火和成品退火是以控制溫度以及加熱時間這二個參數(shù)來達(dá)到相應(yīng)的性能要求，淬火是使物料在相變溫度以上用急冷的方法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)舉例如下冷加工產(chǎn)品紫銅材(T2)管φ20×1×5000mm 數(shù)量500kg熱處理要求無氧化退火 狀態(tài)軟
燃料柴油燃嘴RK40風(fēng)機(jī)2JWL-1A爐形參見附圖拱頂、爐膛體積長×寬×高＝8000×812×1300mm(裝料小車有效體積，長×寬×高＝6000×500×500mm)爐膛下設(shè)有水池，在爐身長度方向上的二端各按裝一只燒嘴且在爐膛截面積的中央。在燒嘴上面開一只觀察口φ50mm(用于觀察爐膛內(nèi)火焰顏色和爐料加熱情況以及了解氣體壓強(qiáng))，在端處設(shè)有煙道及煙道閘板。
操作及控制水池中加水至水封線位置(圖中1)加熱至500～600℃由升降裝置放下小車從圖中3位降至4位置，由牽引裝置將小車從圖4位置引至圖5位置，由升降裝置把小車升至爐膛內(nèi)加熱，并使?fàn)t內(nèi)呈正壓(2～5毫米水柱)此時觀察口稍有冒火現(xiàn)象。(對黃銅為防止鋅在加熱中蒸發(fā)應(yīng)選擇較大的爐內(nèi)壓強(qiáng)(4～7毫米水柱)氣體為微還原性的保護(hù)性氣體，此時爐膛內(nèi)火焰顏色為紅色和橙色。(要防止火焰顏色發(fā)亮和藍(lán)色較多因?yàn)檫@說明助燃空氣過剩物料將氧化)，保護(hù)性氣體和爐內(nèi)壓強(qiáng)的控制可由調(diào)節(jié)油量、風(fēng)量、煙道閘門來解決(如用儀器儀表先進(jìn)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)則更佳)當(dāng)加熱完畢(時間25分～35分，溫度500～600℃)把小車降至圖5位置在水內(nèi)急冷(對不需要急冷的產(chǎn)品可以緩慢放下升降裝置)然后用同樣的方法，到圖4位→圖3位→出爐，出爐后隨即鋪開在高低架上，讓管材自然風(fēng)干，(如在水池中利用該熱水放入抗氧劑STP-1產(chǎn)品可長時期保持光澤)。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)上述方法和設(shè)想已獲得良好效果。
權(quán)利要求
1.一種以燃料燃燒作為加熱方式，并利用保護(hù)性氣體進(jìn)行無氧化熱處理的銅及其合金無氧化熱處理新方法，其特征是利用燃料作為加熱源，并利用燃料燃燒產(chǎn)生保護(hù)性氣體進(jìn)行無氧化熱處理，在加熱過程中必須控制爐內(nèi)燃料燃燒時產(chǎn)生的氣氛性質(zhì)，火焰的顏色(橙色、紅色之間)，使?fàn)t內(nèi)氣體呈正壓，被處理件加熱后置于爐底液池中冷卻。
2.按第1項(xiàng)權(quán)利要求
所述方法，其特征在于燃料是固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)，所產(chǎn)生的保護(hù)性氣體是中性或還原性。
3.一種銅及其合金無氧化熱處理設(shè)備是由爐膛、爐墻、爐頂、料車、煙道及煙道閘門和燃燒裝置，其特征是爐膛下設(shè)有液池。
專利摘要
一種無氧化熱處理方法及其設(shè)備，主要是用于銅及其合金的熱處理，本方法及設(shè)備解決了燃料爐不另外加保護(hù)性氣體和抽真空達(dá)到無氧化熱處理效果。其特征是通過控制燃料量和風(fēng)量爐氣抽力，以及結(jié)合液封，使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生保護(hù)性氣體且呈正壓，從而防止加熱時產(chǎn)品氧化，加熱結(jié)束，產(chǎn)品在原保護(hù)性氣體中用液體冷卻，用該方法及設(shè)備熱處理后產(chǎn)品可以獲得無氧化表面光亮效果。
文檔編號C22F1/08GK87107595SQ87107595
公開日1988年5月18日 申請日期1987年11月3日
發(fā)明者黃興祖 申請人:黃興祖導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan