一種多功能熱處理裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種多功能熱處理裝置及其使用方法。
【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、保溫和冷卻這三個過程，某些工藝也可能僅包括加熱和冷卻這兩個過程。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，爐體的溫度也隨之升高，進入冷卻階段后，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，因此，有必要發(fā)明一種設(shè)備或技術(shù)，能將這部分浪費的能量重復(fù)利用，以達到節(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，達到節(jié)能30?40%的效果，這是一種較大的進步。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，保溫時間，以及降溫速率隨時都在變化，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，難以在同一個系統(tǒng)的實現(xiàn)淬火、回火、正火以及調(diào)質(zhì)等其他熱處理過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多功能熱處理裝置及其使用方法，是一種能量利用接近極限的多功能熱處理裝置及其使用方法。利用換熱理論及節(jié)能技術(shù)，在同一個裝置系統(tǒng)中就能實現(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]本發(fā)明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、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)機的進風(fēng)口與外環(huán)管道通過連通管道相連，循環(huán)風(fēng)機的出風(fēng)口與內(nèi)環(huán)管道通過連通管道相連;循環(huán)風(fēng)機的進風(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、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介質(zhì)。
[0013]本發(fā)明的多功能熱處理裝置的使用方法為:
[0014]在每個工作周期，有一個或幾個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)機構(gòu)成一個閉合回路，在該回路中充滿著N2,在循環(huán)風(fēng)機的作用下，N2在該閉合回路中循環(huán)流動，為了防止爐體吸入空氣，熱處理爐內(nèi)的壓力要保證處于30?10Pa的微正壓；當爐內(nèi)的工件需要緩冷時，液氮儲罐用于補充系統(tǒng)中的N2損失；當爐內(nèi)的工件需要速冷時，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]在每個工作周期，不同工位上的熱處理爐承擔不同任務(wù)，在與循環(huán)風(fēng)機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行冷卻，同時，N2自身的溫度逐漸升高，由冷氣體變成熱氣體，當流過工作溫度最高的熱處理爐后，便進入閉合回路的后段，此時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，從而實現(xiàn)能量的近極限利用。
[0016]在每個工作周期，每個熱處理爐都按照設(shè)定的升溫或降溫速率進行升溫或降溫，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熱。
[0017]本發(fā)明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)來實現(xiàn)的。
[0018]本發(fā)明多功能熱處理裝置在使用時，損失的熱量僅包括不可避免的爐體圍護的散熱，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)就能在同一個系統(tǒng)中實現(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]本發(fā)明提出了一種更加節(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?。?br>[0024]5)生產(chǎn)調(diào)度和爐溫調(diào)節(jié)易實現(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本發(fā)明實施例1和實施例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;H:液氮儲罐;I?19:切斷閥；20:放散閥；
[0028]圖2本發(fā)明實施例1和實施例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本發(fā)明實施例1和實施例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。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明:以下實施例中裝置的部件均為市購。
[0031]實施例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、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)成一個閉合的環(huán)路，6臺罩式爐安裝在均布為一個圓環(huán)形的各個工位上，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G的進風(fēng)口與外環(huán)管道通過連通管道相連，循環(huán)風(fēng)機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)機的進風(fēng)口與外環(huán)管道之間的連通管道，與放散閥2