用于退火爐的爐窯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于退火爐的爐窖(furnace muffIe)，其具有基體，該基體被布置成使得其限定待加熱的容積。本發(fā)明還涉及具有這種爐窯的退火爐。
【背景技術(shù)】
[0002]使用退火爐以便在實(shí)際生產(chǎn)或制造之后以受控方式使工件受到加熱，該加熱提高材料性能。
[0003]特別是，通過冷成形，即例如，通過冷皮爾格式乳管或冷拉拔制造的不銹鋼管在成形之后在退火爐中進(jìn)行退火，以便增加材料的韌性。為了產(chǎn)生對鋼管退火所需的溫度，退火爐包括由金屬或者由可以產(chǎn)生幾乎任何形狀的另一種低價(jià)可利用的材料制造的爐窯基體是足夠的。
[0004]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，爐窯的基體自身由于被它們限定的容積的加熱而經(jīng)歷相當(dāng)大的變形。由于爐不是被連續(xù)地操作而是被臨時(shí)關(guān)掉以節(jié)省能量并且由于它們在該時(shí)段期間冷卻，該變形進(jìn)一步增加。由于這些冷卻和加熱循環(huán)，爐窯的明顯變形發(fā)生。
[0005]爐窯或其基體的這種變形的結(jié)果是窯受到增加的磨損并且必須不久后通過新的窯進(jìn)行更換。此外，在窯自身從外側(cè)被加熱，即，窯的基體被用作加熱由其封閉的容積的輻射源的爐中，爐窯的變形導(dǎo)致爐的容積的加熱變得不均勻，并且材料的退火或回火變得低效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的一個(gè)問題是提供一種爐窯，其基體甚至在加熱和/或在退火爐的加熱和冷卻期間產(chǎn)生的明顯的溫度差異期間都不會(huì)經(jīng)歷過量變形。
[0007]該問題通過用于退火爐的爐窯來解決，該爐窯具有基體，該基體被設(shè)置成使得基體限定待加熱的容積，其中爐窯進(jìn)一步包括:至少一個(gè)致動(dòng)器，其以這樣的方式被連接到基體，即:在爐窯的操作期間，致動(dòng)器能夠在基體上施加力；至少一個(gè)傳感器，其被布置和設(shè)置成使得該傳感器檢測在加熱或冷卻期間由基體施加的力和/或在加熱或冷卻期間基體的長度變化；以及控制裝置，其被連接到致動(dòng)器和傳感器，所述控制裝置被設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，控制裝置根據(jù)由傳感器檢測到的力或長度變化來控制由致動(dòng)器施加在基體上的力。
[0008]此處，本發(fā)明的基本思想是通過從外側(cè)施加受控的力，即，利用合適的致動(dòng)器抵消爐窯的基體的熱引起的變形。如果基體的形狀和膨脹基本上保持恒定，則爐窯的磨損可以被明顯減少。
[0009]為了限制爐窯的基體的這種變形，需要借助于傳感器檢測基體的初始變形，并且然后根據(jù)由傳感器檢測到的針對變形的值或量度抵消該變形。
[0010]此處，在本發(fā)明的實(shí)施例中，傳感器可以被布置和設(shè)置成使得其檢測在變形期間由基體施加的拉力或壓縮力。可替代地或另外，傳感器可被設(shè)置成使得其檢測長度變化，即在爐窯的加熱或冷卻期間基體的收縮或膨脹。
[0011]在實(shí)施例中，控制裝置然后被設(shè)置成使得，控制裝置以這樣的方式致動(dòng)致動(dòng)器，即:由致動(dòng)器施加在基體上的力至少部分地補(bǔ)償在爐窯的加熱或冷卻期間由傳感器檢測到的基體的長度變化。
[0012]在可替代的實(shí)施例中，控制裝置被設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，控制裝置致動(dòng)致動(dòng)器，使得由致動(dòng)器施加在基體上的力至少部分地補(bǔ)償在爐窯的加熱或冷卻期間在傳感器上由基體施加的并且由傳感器檢測到的力。
[0013]在本發(fā)明的實(shí)施例中，致動(dòng)器因此被設(shè)置并且布置成使得其在爐窯的操作期間可以在基體上施加拉力和/或壓縮力。
[0014]如果爐窯的基體被加熱，則基體材料的強(qiáng)度改變并且基體例如變得可塑性變形。這導(dǎo)致基體根據(jù)基體的幾何形狀的變形。例如，如果基體具有這樣的管狀形狀，即其具有矩形橫截面或具有在某些區(qū)段中呈一部分圓的形狀的橫截面，則塑性變形性進(jìn)而經(jīng)常導(dǎo)致基體的上側(cè)或頂蓋塌陷。上側(cè)于是下陷?；w的這種塌陷或下陷可以有利地通過在基體上施加拉力來抵消?；w的塌陷或下陷可以在其端部作為由基體施加的力或作為基體的長度變化而被檢測到。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)合適的補(bǔ)償，在實(shí)施例中，控制裝置被設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，控制裝置從在加熱或冷卻期間基體的長度變化或者從在加熱或冷卻期間在傳感器上施加并且由所述傳感器檢測到的力，計(jì)算針對待由致動(dòng)器施加在基體上的力的目標(biāo)值，并且控制裝置控制致動(dòng)器，使得由致動(dòng)器施加在基體上的實(shí)際值基本上等于目標(biāo)值。
[0016]為了控制由致動(dòng)器施加在基體上的力，其中致動(dòng)器包括傳感器的實(shí)施例是有利的，所述傳感器在爐窯的操作期間檢測由致動(dòng)器施加在頂蓋上的力的實(shí)際值，或者檢測作為針對由致動(dòng)器施加在頂蓋上的力的實(shí)際值的代用物的參數(shù)。
[0017]本申請意義上的致動(dòng)器表示適合于允許補(bǔ)償基體的熱變形的力作用于所述基體上的任何裝置。這種致動(dòng)器的示例是機(jī)電驅(qū)動(dòng)器、線性驅(qū)動(dòng)器、主軸驅(qū)動(dòng)器和壓電致動(dòng)器。然而，這樣的致動(dòng)器也可以特別是其在缸中進(jìn)行引導(dǎo)的活塞能夠在基體上施加拉力和/或也施加壓縮力的氣動(dòng)或液壓致動(dòng)器。然而，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)基體的最大變形在爐窯的加熱期間發(fā)生，因此使用致動(dòng)器適合于在基體上施加可調(diào)節(jié)的拉力的實(shí)施例是特別有利的。
[0018]在本申請中，當(dāng)參考檢測基體的長度變化或由基體施加的力的術(shù)語傳感器時(shí)，所述術(shù)語可以特別地表示力傳感器，例如，布置在爐窯的基體上的壓電元件或應(yīng)變計(jì)。然而，例如，能夠檢測變形特別是基體的長度變化的光學(xué)傳感器也是合適的。
[0019]然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，致動(dòng)器自身也可包括用于基體的長度變化的傳感器。這種設(shè)計(jì)的示例是具有缸和在所述缸中進(jìn)行引導(dǎo)的活塞的液壓或氣動(dòng)致動(dòng)器，其中缸內(nèi)部中的壓力可以經(jīng)由連接到控制裝置的控制閥設(shè)定。此處，致動(dòng)器另外包括用于檢測活塞在缸中的位置的位置編碼器。致動(dòng)器的活塞被連接到基體，例如，被連接到基體的一個(gè)角部。在此情況下，控制裝置被設(shè)置成使得控制裝置根據(jù)活塞的實(shí)際位置計(jì)算缸內(nèi)部中的目標(biāo)壓力并且通過致動(dòng)控制閥來設(shè)定缸內(nèi)部中的目標(biāo)壓力。在該示例中，在缸內(nèi)部中的恒定壓力下，活塞的位置是用于在缸上由基體施加的力的或者用于基體的長度變化的直接量度。
[0020]基體的長度變化，特別是由于基體的下陷造成的基體的縮短在缸中的恒定壓力下導(dǎo)致活塞的位置變化，該活塞的位置變化由活塞編碼器檢測到并發(fā)送到控制裝置。在隨后的步驟中，控制裝置從活塞的位置變化計(jì)算補(bǔ)償基體的變形所需的目標(biāo)力。該目標(biāo)力對應(yīng)于缸內(nèi)部中的液壓流體或氣動(dòng)氣體的目標(biāo)壓力，并且缸內(nèi)部中的該目標(biāo)壓力通過致動(dòng)致動(dòng)器的控制閥來設(shè)定。
[0021]在實(shí)施例中，另外，致動(dòng)器有利地包括連接到控制裝置的壓力傳感器，該壓力傳感器被布置和設(shè)置成使得其檢測缸內(nèi)部中的實(shí)際壓力，其中控制裝置被設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，控制裝置調(diào)節(jié)致動(dòng)器的控制閥，使得缸內(nèi)部的實(shí)際壓力基本上等于目標(biāo)壓力。
[0022]上面描述的所有實(shí)施例描述了使用控制裝置控制或調(diào)節(jié)致動(dòng)器，使得由致動(dòng)器施加在基體上的力根據(jù)基體的長度變化或由基體施加的力而變化。為此目的，由基體施加的力或基體的長度變化，或者直接地取決于這些參數(shù)并且因此構(gòu)成力或長度變化的代用物的參數(shù)利用傳感器進(jìn)行檢測。
[0023]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，爐窯的基體的抗拉強(qiáng)度，特別是由鋼制成的基體的抗拉強(qiáng)度，明顯地取決于其溫度。為了防止對窯的基體的損壞，在一個(gè)實(shí)施例中，由致動(dòng)器施加在基體上的力應(yīng)取決于基體的溫度。
[0024]為此目的，在一個(gè)實(shí)施例中，爐窯包括溫度傳感器，所述溫度傳感器被連接到控制裝置并且被布置和設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，溫度傳感器檢測爐窯的基體的溫度，其中控制裝置被設(shè)置成使得其在爐窯的操作期間根據(jù)基體的溫度并且根據(jù)由傳感器檢測到的力或長度變化來設(shè)定由致動(dòng)器施加在基體上的力(目標(biāo)力)。
[0025]此處，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制裝置被設(shè)置成使得將由致動(dòng)器施加在基體上的力與由基體施加在傳感器上的力或基體的長度變化成比例。然而，此處根據(jù)基體的溫度限制將由致動(dòng)器施加在爐窯的基體上的最大力。
[0026]在本申請意義上的控制裝置特別地包括硬連線模擬或數(shù)字控制電路，但是也包括具有控制軟件和所需要的接口的多用途計(jì)算機(jī)。
[0027]在有利的實(shí)施例中，基體至少在某些區(qū)段中由金屬制成，優(yōu)選地由鋼制成。
[0028]在本發(fā)明的實(shí)施例中，爐窯的基體基本上是長方體形的并且致動(dòng)器被連接到長方體的至少一個(gè)角部或一個(gè)邊緣。
[0029]在本發(fā)明的實(shí)施例中，爐窯是輸送爐的一部分，其中基體具有帶有用于待退火的工件的入口開口的第一端和面向入口開口的第二端，其中致動(dòng)器被布置成使得在爐窯的操作期間，致動(dòng)器僅在基體的第一端或第二端上施加力。
[0030]盡管原理上可以利用連接到基體的面對側(cè)、邊緣或角部的至少兩個(gè)致動(dòng)器來抵消爐窯的基體的變形，但是爐窯的有利實(shí)施例是以下一種爐窯，其中基體在一側(cè)被夾緊，而至少一個(gè)致動(dòng)器的著力點(diǎn)位于面向夾具的一側(cè)。
[0031]在這種實(shí)施例中，將基體的第一端或第二端附接到固定不動(dòng)的窯保持器是有利的，其中致動(dòng)器被設(shè)置成使得在爐窯的操作期間，致動(dòng)器在基體的面向窯保持器的那一端上施加力，優(yōu)選地施加拉力。此處，在本發(fā)明的實(shí)施例中，窯保持器被冷卻。
[0032]在本發(fā)明的實(shí)施例中，爐窯包括多個(gè)致動(dòng)器，并且優(yōu)選地包括至少三個(gè)致動(dòng)器。在爐窯的變型中，其中基體的第一端被附接到固定不動(dòng)的窯保持器，多個(gè)致動(dòng)器被有利地布置在基體的面向端上。此處，三個(gè)致動(dòng)器足以拉伸窯的基體，使之再次基本上抵消任何變形，并且足以抵消基體的塌陷。
[0033]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在基本上長方體形的基體中恰好提供四個(gè)致動(dòng)器是有利的，這四個(gè)致動(dòng)