CN100465296C - 高压热处理炉 - Google Patents

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Abstract

本发明的高压热处理炉，包括：压力容器，由炉容器和关闭炉容器的炉盖构成，可控制内部的压力；绝热壁，设置于压力容器内，与炉盖相对而开口，形成将被处理物容纳在内部的加热室；绝热盖，被驱动以开闭绝热壁的开口部；加热器，设置于加热室以加热被处理物；多个冷却片，设置于炉盖内表面，冷却压力容器内的气体。

Description

高压热处理炉
技术领域
本发明涉及用常用压力1MPaG以上的高压对超硬合金等金属、陶瓷、复合材料等进行热处理的高压热处理炉，进一步详细而言涉及可急速冷却炉内的高压热处理炉。
背景技术
在用常用压力1MPaG以上的高压对超硬合金、陶瓷等进行热处理的高压热处理炉中，如何缩短炉的冷却时间以便缩短循环时间以及提高处理品的质量，这成为了重要的课题.图1例如是在下述专利文献1中公开的已有一般的高压热处理炉的结构示意图。在图1中，附图标记3是由炉容器1和关闭炉容器1的两端的炉盖2构成的压力容器，在炉容器1的外周和炉盖的外侧分别设有水套4、5，它的内部可使冷却水流通。在压力容器3内设有中空圆筒形的绝热壁6，该绝热壁6的两端具有开口部，在它的内部配置内壳17，被加热物7容纳在它的内部。附图标记8是开闭绝热壁6的开口部的绝热盖(桶盖)，通过设置在炉盖2的外侧的缸9驱动以进行开闭。此外，附图标记10是加热被加热物7的加热器，在绝热壁6内部形成加热室11。此外，如图2所示，不用在炉容器1的外周部设置冷却水用的水套，而在炉容器1的内壁设置了水冷管12，该水冷管12的内部可使冷却水流通。另外在图1以及图2中，附图标记16是形成在压力容器3和绝热壁6之间的空间。
在热处理炉中，将被处理物7装入加热室11内，关闭绝热壁8之后，在加热室11内导入气氛气体(atmospheric gas)，通过加热器10在气体环境下加热并烧结被处理物7，处理后在充分冷却加热室11内的气氛气体以及被处理物7之后，取出被处理物11。
图3是表示在上述热处理炉中操作时的炉内温度(加热室温度)的变化的状况的图。如该图所示，在操作开始时刻t0，对加热器通电，于是温度开始上升，时刻t1到时刻t2之间保持在既定的处理温度(例如1500℃)以进行热处理。并且，在处理完毕的时刻t2这一时点停止对加热器通电，转移到冷却工序。在冷却工序中最初时要保持关闭绝热盖8，如果炉内温度降到既定温度T时，则打开绝热盖8。另外，将温度T时的时刻取为t3。因而，由于加热室11和空间16的温度差而产生自然对流，从加热室11流出的气体18通过与被水冷却的炉壁内表面进行热交换而被冷却，从而促进炉的冷却。
图4是在专利文献2中所公开的热处理炉。该热处理炉的特征在于包括:内部循环风扇19、驱动内部循环风扇19旋转的电动机20和循环气体引导板21。在冷却工序中与上述的热处理炉同样，在最初时保持关闭绝热盖8，如果炉内温度降到既定温度时，则打开绝热盖8，通过内部循环风扇19从绝热壁6的一方的开口部(图中是右侧)吸引加热室11内的高温气体18，并在循环室11内通过循环气体引导板21从相反侧的开口部(图中是左侧)进行循环。因而产生强制气体对流，促进与压力容器3内表面的热交换，从而提高炉的冷却能力。
专利文献1:特开平4-26723号公报(第7图)
专利文献2:实公昭62-55529号公报(第1图)
但是，上述已有的高压热处理炉内的冷却方式，存在以下的各种问题。
(1)在将水套4、5设置在图1所示的炉容器1以及炉盖2的方式中，由于传热面积限定于压力容器3的内壁面积，所以冷却面积不充分，冷却能力较低。此外，由于压力容器3的壁厚具有能承受住高压的厚度，所以，即使从压力容器3外壁水冷，也难以充分冷却压力容器3的内壁。为此限制了冷却能力。
(2)在将水冷管12设置在如图2所示的炉容器2的内壁的方式中，水冷管12本身价格贵，因此在成本方面负担大而不经济，此外还需要加大炉径，以确保水冷管12的设置空间。另外还存在水冷管12的漏水以及漏气的危险性。并且在水冷管12内水垢堵塞等而导致通水量减少时，则不仅不能获得冷却效果，而且还具有损伤水冷管12的危险性。
(3)在将内部循环风扇19、电动机20以及循环气体引导板21设置在如图4所示的压力容器3内的方式中，由于追加风扇以及电动机等而导致结构复杂，于是成为制造成本增加的因素。此外，用户电源设备以及运转费也伴随着向电动机供给电力而增加。还存在由轴承的损伤等而引起故障的危险性，维修成本也会增加。此外，在风扇的风压的作用下，有时不能处理轻质的被处理物。而且电动机容量受到电动机的设置空间限制，从而限制了冷却能力。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题而创造的。即本发明的目的在于提供一种高压热处理炉，该高压热处理炉冷却能力高，可缩短循环时间，结构简单且十分经济。
为了实现本发明的目的，根据第1技术方案提供一种高压热处理炉，其特征在于，包括:压力容器，具有炉容器和关闭该炉容器的炉盖；绝热壁，设置在该压力容器内，与上述炉盖相对而开口，形成将被处理物容纳在内部的加热室；绝热盖，被驱动以开闭该绝热壁的开口部；加热器，设置于该上述加热室以加热被处理物；冷却部件，安装在上述炉盖的内壁面上，由在内部流动的冷媒冷却；以及多个冷却片，与该冷却部件连结，冷却上述压力容器内的气体，上述冷却片的长度方向朝向沿着由自然对流产生的气体流的方向。
根据第1技术方案可知，通过设置用来冷却在压力容器内流动的气体的多个冷却片，使得压力容器内的冷却面积大幅增加，结果冷却性能得到提高。因而能够获得可缩短炉的循环时间这样的效果。此外，由于没有可动部，所以没有引起工作不良的因素，无需电力或气体等，没有寿命的问题。因而节能显著，可半永久使用。
第2技术方案是第1技术方案的优选实施方式，上述冷却片与由冷媒(冷却剂)冷却的冷却部件连结。
根据第2技术方案可知，由于形成如下结构，即将冷却片连结设置于由冷媒冷却的冷却部件，所以结构简单，部件个数的增加也很少，由此可最小限度地控制成本增加，十分经济。
第3技术方案是第2技术方案的优选实施方式，上述冷却部件安装于上述容器盖的内壁面。
根据第3技术方案可知，通过将冷却部件安装在炉盖的内壁面，仅伸长炉容器长度即可设置，因此设计简单。此外，由于在喷出来自加热室的高温气体的位置的附近具有冷却片，所以可提高冷却效果。
第4技术方案是第2技术方案的优选实施方式，上述冷却片和上述冷却部件被一体成型。
根据第4技术方案可知，通过一体成型冷却片和冷却部件，可消除在冷却片和冷却部件的连结部所产生的间隙。由此可充分确保冷却片和冷却部件之间的传热量，充分发挥冷却性能。
第5技术方案是第1技术方案的优选实施方式，上述各冷却片具有用来吸收热膨胀的缝隙。
根据第5技术方案可知，各冷却片具有用来吸收热膨胀的缝隙，所以既可防止冷却片的变形、破损，还能够通过气体流入缝隙以使气流产生涡流，从而提高冷却效率。
第6技术方案是第1技术方案的优选实施方式，上述冷却片由热传导率(导热系数)良好的材料(铝、铜等)构成。
根据第6技术方案可知，冷却片由热传导率良好的材料构成，所以可有效地冷却压力容器内的气体。由此提高冷却性能，可大幅缩短炉的循环时间。
第7技术方案是第1技术方案的优选实施方式，上述冷却片使片的纵向方向向着气体的流动方向。
根据第7技术方案可知，通过将冷却片的纵向方向设定为气体的流动方向，不会妨碍气体的流动，可顺利进行自然对流，可发挥良好的冷却性能。
本发明的其它目的以及有利的特征，可参考附带的图面根据下述说明来加以明示。
附图说明
图1是已有高压热处理炉的结构示意图。
图2是已有的其它高压热处理炉的结构示意图。
图3是表示在图1、图2的高压热处理炉中操作时的炉内温度(加热室温度)的变化的状况的图。
图4是已有的其它高压热处理炉的结构示意图。
图5是本发明的高压热处理炉的结构示意图。
图6是表示本发明的高压热处理炉中操作时的炉内温度(加热室温度)的变化的状况的图。
具体实施方式
下面，基于图5以及图6对本发明的优选实施例进行详细说明。
图5是表示本发明的高压热处理炉的实施例的结构示意图。在图5中，附图标记3是包括中空圆筒形的炉容器1和关闭炉容器1的两端的平板状的炉盖2构成的压力容器。将该压力容器3构造成可控制内部的压力。此外，在炉容器1的外周设有水套，使冷却水作为冷媒在内部流通以冷却炉容器1。
附图标记6是设置在压力容器3内的中空圆筒形的绝热壁，在它的内部配置内壳17，将被加热物7容纳在它的内部。此外绝热壁6的两端具有开口部，该开口部的开口设置在与炉壁2相对的位置。附图标记8是开闭绝热壁6的开口部的绝热盖(桶盖)，通过设置在炉盖2的外侧的缸9驱动来开闭。此外附图标记10是加热被加热物7的加热器，在绝热壁6内部形成加热室11。附图标记16是形成在压力容器3和绝热壁6之间的空间。
附图标记13是用来冷却压力容器3内的气体18的冷却片，与安装于炉盖2的内壁面的冷却部件14连结。冷却部件14形成如下结构，即:呈圆形平板状，冷却水作为冷媒在内部流动。此外，冷却部件14在中心部具有通过缸9的杆件用的开口部14a。冷却片13呈方形平板状，多个冷却片13垂直于冷却部件14的一侧的面，以相隔既定间距的方式被连结。冷却片13可使用热传导性良好的金属材料，然而特别是优选使用热传导性良好的铝和铜等。另外铜的热传导性比铝高且线性膨胀系数也小，可以说与铝相比铜更适合作为冷却片的材料。
此外，在本实施例中，因为高压热处理炉是横置型，所以从加热室11吹出的气体18沿着箭头方向流动。因而，冷却片18可按如下方式设定，也就是说:使沿着气体18的流动方向的方向即长度方向(纵向方向)，向着上下方向。由此不会妨碍气体18的流动，可顺利进行自然对流，可发挥良好的冷却性能。
此外，在冷却片13上可以设置缝隙以吸收热膨胀。例如，缝隙可以是在冷却片13的长度方向(纵向方向)设置的多个切口，这些切口在冷却片13的宽度方向(横向方向)延伸。由此，既可吸收热应力以防止冷却片的变形、破损，还能够取得这样的效果，即通过气体流入缝隙，使得气流产生涡流以提高冷却效率。
在图5中，可将冷却部件14安装于炉盖2。被导入所述结构的冷却部件14中的冷却水，在冷却冷却部件14后被排出。连结于冷却部件14的冷却片13可被冷却部件14冷却。
另外，在冷却片13和冷却部件14分别成型(成形)后，还可通过焊接等来接合，但是完全紧密接合冷却片13和冷却部件14的接合面是困难的，所以也可以认为冷却片13的冷却性能不能充分发挥。因而为了消除冷却片13和冷却部件14的间隙，优选的情况是一体成型两者。由此可充分确保冷却片13和冷却部件14之间的传热量。
接下来，对上述结构的本发明的高压热处理炉的动作进行说明。图6是表示本发明的高压热处理炉中操作时的炉内温度(加热室温度)的变化的状况的图，实线表示根据本发明的温度变化，虚线表示图3的已有高压热处理炉的温度变化.如图6所示，在操作开始时刻t0对加热器通电，于是温度开始升高，时刻t1到时刻t2之间保持在既定的处理温度(如1500℃)以进行热处理。并且在处理完毕后的时刻t2这一时点上，停止对加热器通电，转移到冷却工序。在冷却工序中，最初时保持关闭绝热盖8，如果炉内温度降到既定温度T’时，则打开绝热盖8。此时，加热室11内的高温气体18从绝热壁6的开口部向着空间16吹出，与冷却片13相接触.由于该冷却片13被冷却部件14冷却，所以可以将打开开闭门时的温度T’设定成高于图3中的已有高压热处理炉的绝热盖的开放温度T的温度。结果可使开放绝热盖的时刻t3’比图3的时刻t3早。
与冷却片13接触的气体18同多个冷却片13进行热交换，一边被冷却一边在压力容器3内对流，从绝热壁6的开口部向着加热室11被循环。将多个该冷却片13设置在压力容器内，冷却片13的冷却面积与已往相比大幅增加，所以冷却性能很高。结果如图6所示能够获得这样的效果，即可大幅缩短冷却时间，可缩短炉的循环时间。例如，与已往相比可将冷却时间大约缩短一半。
在本发明中，除了上述的效果之外，还可获得如下效果。即由于炉的冷却机构没有可动部，所以没有引起工作不良的因素，此外无需电力或气体等，从而没有寿命的问题。因而节能显著，可半永久使用。此外，由于形成如下结构，即:将冷却片连结设置于由冷媒冷却的冷却部件14，将冷却部件14安装在压力容器3的内壁部，所以与利用水冷管的冷却方式和利用电动机以及风扇的冷却方式等相比结构简单，部件个数的增加也很少，由此可将成本增加控制在最小限度。而且通过将冷却部件14安装在炉盖2的内壁，仅伸长炉容器的长度即可设置，设计简单。
另外，在上述实施例中，压力容器3的炉盖2虽是平板，但也可是弯曲形状的盖板。此时，冷却部件14的面向炉盖2的一侧要结合盖板的弯曲形状来成型。
此外，在上述实施例中对横置型的烧结炉进行了说明，但是本发明也显然适用于纵置型烧结炉。
另外，通过优选的实施例对本发明的高压热处理炉进行了说明，但可以认为，包含在本发明中的权利范围并不限定于该实施例。反之，本发明的权利范围包括属于附带的权利范围中的全部改进、修改以及等同物。

Claims (4)

1.一种高压热处理炉，其特征在于，包括：
压力容器，具有炉容器和关闭该炉容器的炉盖；
绝热壁，设置在该压力容器内，与上述炉盖相对而开口，形成将被处理物容纳在内部的加热室；
绝热盖，被驱动以开闭该绝热壁的开口部；
加热器，设置于该上述加热室以加热被处理物；
冷却部件，安装在上述炉盖的内壁面上，由在内部流动的冷媒冷却；
以及多个冷却片，与该冷却部件连结，冷却上述压力容器内的气体，
上述冷却片的长度方向朝向沿着由自然对流产生的气体流的方向。
2.根据权利要求1所述的高压热处理炉，其特征在于，上述冷却片和上述冷却部件被一体成型。
3.根据权利要求1所述的高压热处理炉，其特征在于，上述各冷却片具有用来吸收热膨胀的缝隙。
4.根据权利要求1所述的高压热处理炉，其特征在于，上述冷却片由热传导率良好的材料构成。
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