一種多功能熱處理裝置的制造方法
【專利摘要】一種多功能熱處理裝置，屬于金屬熱處理領(lǐng)域。熱處理裝置，包括4～10臺的熱處理爐、外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道、連通管道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、液氮儲罐、放散閥和切斷閥。熱處理裝置的使用方法：在每個(gè)工作周期，有一個(gè)或幾個(gè)爐子處于裝出料或檢修狀態(tài)，其他的爐子與外環(huán)管道、內(nèi)環(huán)管道以及循環(huán)風(fēng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉合回路，該回路中充滿著N2，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，N2在該閉合回路中循環(huán)流動；當(dāng)物料或工件需要緩冷時(shí)，液氮儲罐用于補(bǔ)充系統(tǒng)中的N2損失；當(dāng)物料或工件需要速冷時(shí)，液氮儲罐用于提供低溫的冷卻介質(zhì)。本實(shí)用新型裝置，設(shè)備簡單，在同一個(gè)系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)退火、淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等熱處理過程，生產(chǎn)調(diào)度靈活，且能實(shí)現(xiàn)能量的近極限利用。
【專利說明】
一種多功能熱處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于金屬熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種多功能熱處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]熱處理是指材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。
[0003]為了使金屬材料及其制品獲得所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材質(zhì)和各種成型工藝外，熱處理工藝也是不可或缺的。鋼鐵材料是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的材料，其顯微組織復(fù)雜，并與其機(jī)械性能和使用性能密切相關(guān)，合理的熱處理工藝能夠有效改善鋼鐵材料的顯微組織，因此鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。此外，鋁、銅、鎂、鈦等材料及其合金也都可以通過熱處理來改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。
[0004]熱處理工藝一般包括加熱、保溫和冷卻這三個(gè)過程，某些工藝也可能僅包括加熱和冷卻這兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。而熱處理工藝則需要借助于各種熱處理爐來實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)除少量采用連續(xù)熱處理爐外，而其他絕大部分熱處理工藝都采用周期性工作的熱處理爐，比如罩式爐或室狀爐等。在周期性工作的熱處理爐中，其加熱方式一般采取燃燒氣體或電加熱。在加熱階段，物料升溫的同時(shí)，爐體的溫度也隨之升高，進(jìn)入冷卻階段后，物料和爐體的蓄熱都隨著溫度的降低而被白白的釋放到大氣環(huán)境中，因此，周期性熱處理爐的能量有效利用率很低，大部分在20?40%之間，有的甚至不足5%，這樣便帶來了能量的極大浪費(fèi)，因此，有必要實(shí)用新型一種設(shè)備或技術(shù)，能將這部分浪費(fèi)的能量重復(fù)利用，以達(dá)到節(jié)能、減排之效果。
[0005]發(fā)明專利CN200810054606提出了一種組合式罩式退火爐的方法及其退火爐裝置，可使退火過程中的能量循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)能30?40%的效果，這是一種較大的進(jìn)步。但該發(fā)明提出的退火裝置極其笨重和復(fù)雜，換熱器也難以發(fā)揮有效的換熱作用。以N2-H2混合氣體為媒介，采用首先加熱氣體，然后靠氣體流動來加熱工件的方法，對處理同種產(chǎn)品，在裝爐量一樣的情況下，能夠滿足工藝的需要，但在生產(chǎn)中，產(chǎn)品的種類，需要處理產(chǎn)品的數(shù)量，升溫速率，保溫時(shí)間，以及降溫速率隨時(shí)都在變化，因而該發(fā)明在生產(chǎn)靈活性上存在不足，此外該發(fā)明也僅能用于退火，難以在同一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等其他熱處理過程。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種多功能熱處理裝置，是一種能量利用接近極限的多功能熱處理裝置。利用換熱理論及節(jié)能技術(shù)，在同一個(gè)裝置系統(tǒng)中就能實(shí)現(xiàn)退火、淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等大部分熱處理過程的，用于金屬材料及其制品的熱處理過程。
[0007]本實(shí)用新型的多功能熱處理裝置，包括4?10臺的熱處理爐、外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道、連通管道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、液氮儲罐、放散閥和切斷閥組成;熱處理爐之間通過連通管道連接，串聯(lián)成一個(gè)閉合的環(huán)路；閉合的環(huán)路的內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)環(huán)管道，各個(gè)熱處理爐通過連通管道與內(nèi)環(huán)管道相連通；閉合的環(huán)路的外側(cè)設(shè)置有外環(huán)管道，各個(gè)熱處理爐通過連通管道與外環(huán)管道相連通；以上每段連通管道上均設(shè)置有切斷閥；循環(huán)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道通過連通管道相連，循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道之間的連通管道，與放散閥通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道之間的連通管道，與液氮儲罐通過連通管道相連，連接液氮儲罐的連通管道上設(shè)置有切斷閥;循環(huán)風(fēng)機(jī)、放散閥和液氮儲罐均設(shè)置在內(nèi)環(huán)管道的環(huán)內(nèi)。
[0008]其中:
[0009]所述熱處理爐為罩式爐或室狀爐，電熱體均布在熱處理爐的爐墻和爐頂;所述的罩式爐，有外罩，內(nèi)罩被取消，外罩與底座之間采用水封方式密封;所述的室狀爐，進(jìn)出料爐門采用水封方式密封；
[0010]所述熱處理爐的數(shù)量為6臺，但不僅限于6臺，其數(shù)量可依生產(chǎn)條件而增減;所述的各熱處理爐以環(huán)形或其他能圍成一圈的方式排布，通過連通管道將熱處理爐兩兩首尾相連，串聯(lián)成一個(gè)閉合環(huán)路。
[0011]所述外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道和連通管道的外壁都敷設(shè)有絕熱層，絕熱層的厚度為50?100mm;
[0012]所述的多功能熱處理裝置的內(nèi)部，充滿著N2氣，N2的純度大于等于98%;N2氣的作用為作為換熱媒介和保護(hù)介質(zhì)。
[0013]本實(shí)用新型的多功能熱處理裝置的使用方法為:
[0014]在每個(gè)工作周期，有一個(gè)或幾個(gè)熱處理爐處于裝出料或檢修狀態(tài)，其他的熱處理爐與外環(huán)管道、內(nèi)環(huán)管道以及循環(huán)風(fēng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)閉合回路，在該回路中充滿著N2,在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，N2在該閉合回路中循環(huán)流動，為了防止?fàn)t體吸入空氣，熱處理爐內(nèi)的壓力要保證處于30?10Pa的微正壓；當(dāng)爐內(nèi)的工件需要緩冷時(shí)，液氮儲罐用于補(bǔ)充系統(tǒng)中的N2損失；當(dāng)爐內(nèi)的工件需要速冷時(shí)，液氮儲罐用于提供高速流動的低溫的冷卻介質(zhì);放散閥用于將多余的他放散于空中，以保證裝置系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定；
[0015]在每個(gè)工作周期，不同工位上的熱處理爐承擔(dān)不同任務(wù)，在與循環(huán)風(fēng)機(jī)出口相連接的閉合回路的前段，依靠N2的對流換熱作用對完成加熱和保溫的工件及爐體進(jìn)行冷卻，同時(shí)，N2自身的溫度逐漸升高，由冷氣體變成熱氣體，當(dāng)流過工作溫度最高的熱處理爐后，便進(jìn)入閉合回路的后段，此時(shí)熱犯將自身的熱量逐漸傳遞給處于加熱階段的工件和爐體，通過這種方式便將處于冷卻狀態(tài)工件及爐體的蓄熱傳遞給處于升溫狀態(tài)的工件和爐體，從而實(shí)現(xiàn)能量的近極限利用。
[0016]在每個(gè)工作周期，每個(gè)熱處理爐都按照設(shè)定的升溫或降溫速率進(jìn)行升溫或降溫，降溫速率通過調(diào)整冷卻他的流速來保證，升溫所需的熱量大部分來自于熱N2的放熱，其他不足的部分來自于電熱體的補(bǔ)熱。
[0017]本實(shí)用新型的多功能熱處理裝置，可以用于各種鋼材、鋁材料或銅材料的熱處理；可以實(shí)現(xiàn)退火、淬火、回火、正火和調(diào)質(zhì)等工藝過程，不同的熱處理工藝是通過調(diào)整工作熱處理爐的臺數(shù)和工作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。
[0018]本實(shí)用新型多功能熱處理裝置在使用時(shí)，損失的熱量僅包括不可避免的爐體圍護(hù)的散熱，而工件和爐體的蓄熱都能被充分重新利用，能量有效利用率可提高到90%以上，從而能實(shí)現(xiàn)能量的近極限回收;通過調(diào)整工作爐子的臺數(shù)或不同爐子的工作狀態(tài)就能在同一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)退火、淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等大部分熱處理過程;此外，每個(gè)爐子的裝件量也與其他爐子的相關(guān)性不大，從而給生產(chǎn)調(diào)度帶來了極大自由度。
[0019]本實(shí)用新型提出了一種更加節(jié)能的，設(shè)備較為簡單的，且生產(chǎn)極為靈活的一種能量近極限利用的多功能熱處理裝置及其使用方法，其有益效果為:
[0020]I)節(jié)能，工件和爐體的蓄熱可以得到充分利用；
[0021]2)工作效率高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；
[0022]3)如果采用該技術(shù)對原有設(shè)備進(jìn)行改造，原有的爐子不需要做大的變化，就能繼續(xù)使用；
[0023]4)熱處理爐內(nèi)待處理工件獲得熱量的方式為輻射+對流，換熱效率高，爐內(nèi)溫差??；
[0024]5)生產(chǎn)調(diào)度和爐溫調(diào)節(jié)易實(shí)現(xiàn)自動控制；
[0025]6)由于采用惰性氣體為傳熱媒介，故待處理工件的表面不會氧化，也不會脫碳，可實(shí)現(xiàn)光亮熱處理；
[0026]7)節(jié)省投資和生產(chǎn)所需空間，僅一個(gè)系統(tǒng)就能完成退火、淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等大部分熱處理過程。
【附圖說明】
[0027]圖1本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的多功能熱處理裝置圖，其中，A?F為無內(nèi)罩的罩式爐;G:循環(huán)風(fēng)機(jī);H:液氮儲罐;I?19:切斷閥；20:放散閥；
[0028]圖2本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的多功能熱處理裝置的工作狀態(tài)示意圖，其中，圖中編號同圖1;
[0029]圖3本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的多功能熱處理裝置的工作狀態(tài)示意圖，其中，圖中編號同圖1。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:以下實(shí)施例中裝置的部件均為市購。
[0031]實(shí)施例1
[0032]多功能熱處理裝置，如圖1所示，包括6臺的罩式爐、外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道、連通管道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、液氮儲罐、放散閥和切斷閥組成;6臺的罩式爐，分別編號為A?F，罩式爐之間通過連通管道連接，串聯(lián)成一個(gè)閉合的環(huán)路，6臺罩式爐安裝在均布為一個(gè)圓環(huán)形的各個(gè)工位上，罩式爐之間的每段連通管道上均設(shè)置有切斷閥，分別編號為I?6，閉合的環(huán)路的內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)環(huán)管道，各個(gè)罩式爐通過連通管道與內(nèi)環(huán)管道相連通;罩式爐與內(nèi)環(huán)管道之間的每段連通管道上設(shè)置有切斷閥，分別編號為13?18;閉合的環(huán)路的外側(cè)設(shè)置有外環(huán)管道，各個(gè)罩式爐通過連通管道與外環(huán)管道相連通;罩式爐與外環(huán)管道之間的每段連通管道上設(shè)置有切斷閥，分別編號為7?12;循環(huán)風(fēng)機(jī)G的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道通過連通管道相連，循環(huán)風(fēng)機(jī)G的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道之間的連通管道，與放散閥20通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)G的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道之間的連通管道，與液氮儲罐H通過連通管道相連，連接液氮儲罐H的連通管道上設(shè)置有切斷閥19;循環(huán)風(fēng)機(jī)G、放散閥20和液氮儲罐H均設(shè)置在內(nèi)環(huán)管道的環(huán)內(nèi)。
[0033]其中:
[0034]所述熱處理爐為無內(nèi)罩的罩式爐，即有外罩，內(nèi)罩被取消，外罩與底座之間采用水封方式密封，電熱體均布在熱處理爐的爐墻和爐頂;所述熱處理爐的數(shù)量為6臺；
[0035]所述外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道和連通管道的外壁都敷設(shè)有絕熱層，絕熱層的厚度為50mm；
[0036]所述的多功能熱處理裝置的內(nèi)部，在正常生產(chǎn)時(shí)，充滿著N2氣，犯的純度大于等于98% ;N2氣的作用為作為換熱媒介和保護(hù)介質(zhì)。
[0037]多功能熱處理裝置的使用方法，對冷乳帶鋼卷做退火熱處理，最高加熱溫度為900°C:
[0038]在某一工作周期，罩式爐A?E處于工作狀態(tài)，罩式爐分別放置著要進(jìn)行退火熱處理的冷乳帶鋼卷，而罩式爐F處于裝出料或檢修狀態(tài);此時(shí)切斷閥2?5、12和14處于開啟狀態(tài)，切斷閥19和放散閥20的狀態(tài)依爐膛壓力而定，其他切斷閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)換熱媒介犯的循環(huán)流動路線如圖2中的箭頭所示。當(dāng)爐內(nèi)壓力低于30Pa時(shí)，切斷閥19打開到合適的開度，向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充適量N2,當(dāng)爐內(nèi)壓力高于10Pa時(shí)，切斷閥19關(guān)閉，而將放散閥20打開到合適的開度，將多余的％放散到空中。在這個(gè)工作周期，爐B和A為冷卻爐，其中，由爐B到爐A，爐溫逐漸降低;爐C、D和E為加熱爐，由爐E到爐C，爐溫逐漸升高，其中爐C的溫度接近規(guī)定的最高加熱溫度。
[0039]在一個(gè)工作周期內(nèi)，爐E由常溫升到350°C，爐D由350°C升到600°C，爐C溫度由600°C升到900 °C，爐B則由900 °C降到500 °C，爐A的溫度由500 °C降到100 °C。來自于循環(huán)風(fēng)機(jī)的冷犯通過切斷閥14及其相連的管道進(jìn)入爐A以冷卻爐A內(nèi)的工件和爐體，從而使工件和爐體的溫度逐漸降低，而冷N2由于吸收工件和爐體的蓄熱而使溫度逐漸升高，而后通過切斷閥2進(jìn)入爐B，繼續(xù)對爐B內(nèi)的工件和爐體進(jìn)行冷卻，并使氣體溫度進(jìn)一步升高；當(dāng)氣體進(jìn)入爐C時(shí)，起初由于其溫度高于爐內(nèi)工件的溫度，可將熱量傳遞給工件和爐體，后期溫度較低時(shí)，開啟爐內(nèi)加熱體，一直將工件加熱到規(guī)定的溫度；當(dāng)氣體離開爐C時(shí)，其具有較高的溫度，從而將爐D和爐E內(nèi)的工件和爐體依次預(yù)熱。在該系統(tǒng)中通過N2的循環(huán)，一方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)工件的預(yù)熱和冷卻，另一方面可將熱處理完成后冷卻時(shí)工件和爐體釋放的熱量剛好用于待處理工件和爐體的預(yù)熱。當(dāng)完成這個(gè)工作周期后，將切斷閥2和14關(guān)閉，將切斷閥6、7和15打開，N2的流動路線如圖3所示。此時(shí)爐A處于裝出料或檢修狀態(tài)，而爐F進(jìn)入工作狀態(tài)，和其他爐子一起完成下一個(gè)工作周期。這樣的過程周而復(fù)始，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0040]實(shí)施例2
[0041 ]多功能熱處理裝置，同實(shí)施例1。
[0042]多功能熱處理裝置的使用方法，對W18Cr4V高速鋼刀片進(jìn)行淬火處理，最高加熱溫度為1150°C，加熱完成后需要快速冷卻。
[0043]在某一工作周期，爐A?E處于工作狀態(tài)，爐F處于裝出料或檢修狀態(tài);此時(shí)切斷閥2?5、12、14和19及放散閥20都處于開啟狀態(tài)，其他切斷閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)換熱媒介N2的循環(huán)流動路線也如圖2中的箭頭所示。閥門19全開，向系統(tǒng)內(nèi)沖入溫度極低的N2,對完成加熱的工件進(jìn)行快速冷卻，放散閥20全開，將多余的N2放散到空中。在這個(gè)工作周期，僅爐A為冷卻爐，爐B、C、D和E都為加熱爐，由爐E到爐B，爐溫逐漸升高，其中爐B的溫度接近規(guī)定的最高加熱溫度。
[0044]在一個(gè)工作周期內(nèi)，爐E由常溫升到350°C，爐D由350°C升到600°C，爐C溫度由6000C升到900 0C，爐B則由900 °C升到1150 °C，爐A的溫度由1150 °C降到100 °C。來自于循環(huán)風(fēng)機(jī)和液氮儲罐的的冷N2通過切斷閥14及其相連的管道進(jìn)入爐A以冷卻爐A內(nèi)的工件和爐體，從而使工件和爐體的溫度快速降低，而冷N2由于吸收工件和爐體的蓄熱而使溫度升高，并進(jìn)入后面的爐子，當(dāng)爐內(nèi)犯帶來的熱量不足以維持要求的升溫速率時(shí)開啟爐內(nèi)加熱體進(jìn)行補(bǔ)熱。當(dāng)完成這個(gè)工作周期后，將切斷閥2和14關(guān)閉，將切斷閥6、7和15打開，N2的流動路線也如圖3所示。此時(shí)爐A處于裝出料或檢修狀態(tài)，而爐F進(jìn)入工作狀態(tài)，和其他爐子一起完成下一個(gè)工作周期。這樣的過程周而復(fù)始，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能熱處理裝置，其特征在于，包括4?10臺的熱處理爐、外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道、連通管道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、液氮儲罐、放散閥和切斷閥組成；熱處理爐之間通過連通管道連接，串聯(lián)成一個(gè)閉合的環(huán)路;閉合的環(huán)路的內(nèi)側(cè)設(shè)置有內(nèi)環(huán)管道，各個(gè)熱處理爐通過連通管道與內(nèi)環(huán)管道相連通；閉合的環(huán)路的外側(cè)設(shè)置有外環(huán)管道，各個(gè)熱處理爐通過連通管道與外環(huán)管道相連通；以上每段連通管道上均設(shè)置有切斷閥；循環(huán)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道通過連通管道相連，循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口與外環(huán)管道之間的連通管道，與放散閥通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道之間的連通管道，與液氮儲罐通過連通管道相連，連接液氮儲罐的連通管道上設(shè)置有切斷閥；循環(huán)風(fēng)機(jī)、放散閥和液氮儲罐均設(shè)置在內(nèi)環(huán)管道的環(huán)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱處理裝置，其特征在于，所述熱處理爐為無內(nèi)罩的罩式爐或室狀爐，電熱體均布在熱處理爐的爐墻和爐頂。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能熱處理裝置，其特征在于，所述的罩式爐，有外罩，內(nèi)罩被取消，外罩與底座之間采用水封方式密封;所述的室狀爐，進(jìn)出料爐門采用水封方式密封。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱處理裝置，其特征在于，所述的各熱處理爐以環(huán)形或其他能圍成一圈的串聯(lián)的方式排布。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能熱處理裝置，其特征在于，所述外環(huán)管道，內(nèi)環(huán)管道和連通管道的外壁都敷設(shè)有絕熱層，絕熱層的厚度為50?100_。
【文檔編號】C21D1/00GK205443366SQ201521111276
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月26日
【發(fā)明人】馮明杰, 陳芝會, 王恩剛, 劉兵, 王海, 李艷東
【申請人】東北大學(xué)