CN101124344A - 高压气体喷射冲击热处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于热处理工件的炉子，它包括至少一个高压加热区域，该高压加热区域包括至少一个流体冲击装置，该流体冲击装置能够将加热的流体介质引向炉子中的工件，其中，流体冲击装置距离工件小于大约6英寸，并能够将加热的流体介质以大约4000英尺每分钟引向工件。炉子还可以包括：旋转机构，用于使工件旋转；抓持机构，用于使工件反转；以及保温区域，该保温区域包括位于高压加热区域下游的空气再循环系统。系统还可以包括处理控制温度站和芯砂回收系统。

Description

高压气体喷射冲击热处理系统
技术领域
本发明通常涉及铸造处理领域，特别是涉及金属铸件的热处理。
背景技术
在金属处理领域中，已知金属工件的热处理通常需要大量时间来获得合适的形成特性。因此，一直希望有减少热处理工件所需时间的方法。
附图说明
通过阅读理解本说明书并结合附图，将清楚本发明的各种目的、特征和优点。图中所示的尺寸只是表示了本发明实施例的一个实例。由“Z”(例如Z1、Z2等)表示的部分代表多区域炉子的各个区域。
图1是可以根据本发明进行热处理的示例铸件的透视图；
图2是本发明的示例系统的俯视图；
图3是图2中所示的示例热处理炉子沿线A-A的剖视图；
图4是图2中所示的示例时效炉沿线B-B的剖视图；
图5是图2的示例时效炉沿线C-C的剖视图；
图6是本发明的另一示例系统的俯视图；
图7是图6中所示的示例炉子的剖视图；
图8是图6中所示的示例时效炉和冷却器的剖视图；
图9是图6的炉子的“加热”区域沿线D-D的剖视图；
图10是图6的炉子的“保温”区域沿线E-E的剖视图；
图11是可以根据本发明使用的示例旋转浇铸后处理系统的俯视图；
图12是图11的热处理炉子或时效炉的示例加热区域的剖视图；
图13是图11的热处理炉子或时效炉的示例保温区域的剖视图；
图14a是可以根据本发明使用的另一示例旋转浇铸后处理系统的俯视图；
图14b是图14a的炉子沿线F-F的剖视图；
图14c是图14a和14b的一个示例加热区域的放大图；
图15是用于本发明多个方面的示例砂再生处理的示意图；
图16是成一体的示例取芯和砂再生系统的示意图，其中，取芯单元包括炉子；
图17是图16中所示的炉子的剖视图；
图18是图16中所示的炉子的一部分的另一剖视图；以及
图19是图18中的炉子沿线19-19的剖视图。
具体实施方式
简要地说，本发明涉及一种用于处理一个或多个金属工件的系统。工件可以是金属铸件、锻造金属坯料或需要进行热处理或受益于热处理的任意其它金属工件。系统可以用于热处理工件，该工件利用砂模或金属模具而形成(可以选择与一个或多个砂芯一起形成)，该工件也可以不使用砂模、芯或金属模具而形成，且砂模、芯和/或模具将在热处理之前从工件上除去。本发明系统包括具有至少一个“加热”区域的热处理炉子。系统可以包括用于在热处理和/或除去模具和芯的过程中使工件旋转和翻转的机构。
美国专利申请No.60/623716(申请日为2004年10月29日)和美国专利申请No.60/667230(申请日为2005年4月1日)都整个被本文参引。
工件的形成
用于形成金属工件(例如车轮或汽车的气缸盖或发动机机体)的方法为本领域技术人员公知，因此在这里仅仅大致描述。
例如，典型的锻造处理包括向预先形成的金属坯施加机械力，以便使金属呈现合适形状。型腔模具(或者“闭合模具”)锻造通常包括在具有合适部分轮廓的两个模具之间压制金属。冷锻造通常包括施加机械力，以便使金属在大约环境温度或高于环境温度下变形。开模锻造通常涉及使用扁平、无型面的模具。无缝轧环锻造通常包括在较厚的圆形金属件中冲孔，随后进行轧制和挤压，以便生成薄环。
作为又一实例，典型的压铸方法(也称为“溶体金属锻造”)包括将熔融金属浇注至两部分预热模具的下半部分中。当金属开始凝固时，模具的上半部分关闭，并向拉起的金属施加压力。因此，使用很小的压力就能够制造更复杂的部件。
作为又一实例，典型的金属浇铸方法通常包括将熔融金属或金属合金浇注至模或模具中，以便形成铸件。熔融金属可以在高压或低压下注入模具中，例如通过重力供给。要形成的合适铸件的外部特征布置在模或模具的内表面上。铸件进行以下处理步骤的各种组合：除模、取芯(当使用时)、热处理、从砂芯(当使用时)回收砂、以及(有时)时效。
各种类型的模或模具可以用于金属浇铸方法中，它们包括但不局限于：湿砂模具、精密砂模、半永久性模具、永久性金属模具以及熔模模具。
在一个方面，模或模具是永久性模或模具，它可以由金属例如铸铁、钢或其它材料形成。在该方面，模或模具可以有蛤壳形设计，以便容易从它上面除去铸件。在另一方面，模具是精确砂模，它大致由颗粒材料(例如二氧化硅、锆石、其它砂或它们的任意组合)与粘接剂(例如酚醛树脂或其它合适的有机或无机粘接剂材料)混合而形成。在另一方面，模具是半永久性砂模，由砂和粘接剂形成，或者由金属(例如钢)或它们的组合而形成。
在本发明的该方面和另一方面，一个或多个芯(未示出)可以与模或模具一起使用，以便在铸件中产生空心空腔和/或铸件细节。芯通常根据需要而由砂材料和合适粘接剂(例如酚醛树脂、酚醛尿烷“冷箱”粘接剂或其它合适的有机或无机粘接剂材料)形成。
在又一方面，模具是熔模。熔模铸造处理包括使用一次模型，该一次模型通常通过将蜡或塑料注入金属模具中而制成。然后，模型通过灌注或浸渍而涂覆有耐火材料浆(即二氧化硅和粘接剂的含水浆糊)，该耐火材料浆在环境温度下固化，以便产生模具或壳。在硬化后，模具翻转，且一次模型(蜡或塑料)从模具中熔化除去。为了完成该耐火材料模具，可以插入一个或多个陶瓷芯。熔模铸件可以以几乎任何可浇注的金属或合金而制成。
如图1所示，各模或模具115大致包括多个侧壁135、顶壁或上壁140以及底壁或底部145，它们确定了内部空腔150，熔融金属浇注至该内部空腔150中。内部空腔150形成有凹凸模型，用于形成铸件125的内部特征。浇注开口155布置在各模具的侧壁135、上壁140或底壁145上，并与内部空腔150连通，以便使熔融金属能够浇注或以其它方式引入模具中。所形成的铸件125具有模具115的内部空腔150的特征，在一个或多个砂芯使用的地方，还在其中形成有附加的芯孔或进入开口160(在该处使用一个或多个砂芯)。
另外，模具可以设有一个或多个冒口孔(未示出)，以便用作熔融金属的储槽。这些储槽提供额外的金属，以便填充由于当金属冷却和从液态变成固态时的收缩而形成的空隙。当铸造产品从模具中取出时，在冒口中的固化金属仍然作为凸起或“冒口”(未示出)而附在铸件上。这些冒口并没有用，且随后将除去，通常通过机械方式。
热源或元件(例如热空气鼓风机或其它合适的煤气点火加热器机构、电加热器机构、流化床或它们的任意组合)可以布置在浇注站附近，用于预热模具。通常，模具根据用于形成铸件的金属或合金而预热至合适温度。例如，对于铝，模具可以预热至从大约400℃至大约600℃的温度。预热用于形成铸件的各种金属合金和其它金属所需的不同预热温度为本领域技术人员公知，并能够包括在大约400℃至大约600℃以上和以下的较宽温度范围。另外，一些模具类型需要较低的处理温度，以便防止模具在浇注和固化过程中损坏。在这种情况下和当金属处理温度应当更高时，可以采用合适的金属温度控制方法，例如感应加热。
也可选择，模具可以提供有内部热源或用于加热模具的元件。例如，铸件在永久类型的金属模具中形成，该模具包括在铸件附近形成的一个或多个空腔或通道，且加热介质例如热油由模具接收和/或流过模具，用于加热该模具。然后，热油或其它合适介质可以在油温度降低的情况下(例如从大约250℃至大约300℃)引入或流过模具，以便冷却铸件和使得铸件固化。更高温度的热油(例如加热至500℃至大约550℃)可以引入和/或流过模具，以便阻止冷却和使得铸件的温度回升至用于热处理的保持温度。预热模具和/或将加热介质引入模具中可以用于对铸件进行初始的热处理。而且，预热帮助使得铸件的金属保持在或接近热处理温度，以便当熔融金属浇注至模具中、固化和传送至随后的处理站以便热处理时减小热损失。需要时，铸件可以通过辐射孔道来输送，以便防止或最小化铸件的冷却。
工件的处理
应当知道，这里所述的本发明各个方面可以用于处理利用任意方法形成的多种工件。
图2-10表示了本发明各个方面的示例处理系统。该系统可以用于处理在砂模(可以选择有一个或多个砂芯)中形成的工件(图2-5)。也可选择，该系统可以用于处理在并不使用砂模或芯的情况下形成的工件(图6-10)。也可选择，系统可以用于处理这样的工件，砂模和芯已经在热处理之前从该工件中取出(图6-10)。
图2表示了示例处理系统200，它包括热处理炉子210(也称为“溶体炉子”)、淬火211、时效炉212和冷却单元213。进出炉子210、时效炉212和冷却单元213以及在它们之间的运动借助于机器人装置或传送系统214来进行，用于使系统200连续工作。工件215表示为汽车车轮，但是应当知道，也可以考虑其它工件。需要时，多层“棚架”或“堆垛”系统(例如如图3-5所示)也可以使用，以便增加炉子210、炉212和/或冷却单元213的能力。用于传送部件通过炉子和炉的机构可以包括篮架系统，例如本领域技术人员已知的篮架系统。也可选择，直接接触传送机构(例如链条216、辊、步进梁或其它合适机构也可以使用。
通常，在工件从形成站向热处理站或炉子传送的过程中，特别是当工件能够放置任意合适时间时，工件可能暴露于铸造工厂或金属处理设备的外部环境中。因此，工件将从熔融或半熔融温度快速冷却。尽管需要一些冷却以便使工件固化，但是发现当工件的金属冷却时，使它达到下文中称为“处理控制温度”或“处理临界温度”的温度或温度范围，当低于该温度时，升高工件温度至热处理温度和进行热处理所需的时间明显增加。在一个方面，已经发现对于某些类型的金属，工件温度降低至低于它的处理控制温度每持续一分钟，都需要几分钟的附加热处理时间来获得合适的形成特征。例如，使工件的金属温度降低至低压处理控制温度十分钟将可能需要几十分钟的附加热处理时间。例如，发现对于某些类型的金属，工件温度降低至低于它的处理控制温度每持续一分钟，都需要至少大约2分钟的额外热处理时间来获得合适结果。作为另一实例，发现对于某些类型金属，工件温度降低至低于它的处理控制温度每持续一分钟，都需要至少大约3分钟的额外热处理时间来获得合适结果。作为还一实施例，发现对于某些类型金属，工件温度降低至低于它的处理控制温度每持续一分钟，都需要至少大约4分钟的额外热处理时间来获得合适结果。在本实例中，工件金属温度降低至低于处理控制温度十分钟将可能需要超过40分钟的附加热处理时间来获得合适的物理特性。通常，很多工件必须热处理2至6小时来获得合适的热处理效果，在某些情况下时间更长。这导致利用更多能量，因此热处理成本更高。
本领域技术人员应当知道，通过本发明处理的工件的处理控制温度将根据用于工件的特殊金属和/或金属合金、工件的尺寸和形状以及多种其它因素而变化。
在一个方面，对于一些合金或金属，处理控制温度可以为大约400℃。在另一方面，处理控制温度可以为大约400℃至大约600℃。在另一方面，处理控制温度可以为大约600℃至大约800℃。在还一方面，处理控制温度可以从大约800℃至大约1100℃。在还一方面，对于某些合金或金属(例如铁)，处理控制温度可以从大约1000℃至大约1300℃。在一个特殊实施例中，铝/铜合金可以有从大约400℃至大约470℃的处理控制温度。在本实例中，处理控制温度低于大部分铜合金的溶体热处理温度(该温度通常为从475℃至大约495℃)。尽管这里提供了特殊实例，但是应当知道，根据用于工件的特殊金属和/或金属合金、工件的尺寸和形状以及多种其它因素，处理控制温度可以为任意温度。
当工件的金属处于合适的处理控制温度范围内时，工件通常将充分冷却，以便根据希望固化。不过，当工件的金属能够冷却至低于它的处理控制温度时，发现工件的金属冷却至低于处理控制温度每分钟，工件可能需要加热另外几分钟来达到合适热处理温度，例如铝/铜合金为从大约475℃至大约495℃，铝/镁合金为从大约510℃至大约570℃。因此，当工件冷却至低于它们的处理控制温度甚至很短时间时，合适和完全地热处理工件所需的时间也可能大大增加。另外，应当知道，在批量处理系统中(在该批量处理系统中，多个工件在一个批次中通过热处理站进行处理)，整批工件的热处理时间大致取决于在该批工件中的最低温度工件所需的热处理时间。因此，当要处理的一批工件中的一个工件冷却至温度低于它的处理控制温度例如大约10分钟时，整批工件通常需要热处理例如至少附加40分钟，以便保证所有工件都合适和完全地进行热处理。
因此，本发明的不同方面涉及这样的系统，该系统设计成使得工件(在它们的模具中或与模具分开)从浇注站运动和/或传送至热处理站或炉子，同时使熔融金属冷却至金属的处理控制温度或高于该处理控制温度，但是低于或等于它的合适热处理温度，以便允许工件固化。因此，本发明的不同方面包括用于监测工件温度的系统，以便保证工件基本保持在处理控制温度或高于处理控制温度。例如，热电偶或其它类似温度传感装置或系统可以布置在工件上或附近，或者沿工件从浇注站至热处理炉子的运行通路处在间开位置，以便基本连续监测。也可选择，可以采用周期性地间隔监测(确定为充分的频率)。该装置可以与热源连通，这样，温度测量或检测装置和热源可以配合，以便使工件的温度基本保持在工件金属的处理控制温度或处理控制温度以上。应当知道，工件的温度可以在工件上的一个特殊位置处进行测量，可以是通过在工件上的多个位置处测量温度来计算平均温度，或者可以根据特定用途的需要而以任意其它方式来测量。因此，例如工件温度可以在工件上的多个位置中进行测量，且总体温度值可以进行计算，或者确定最低检测温度、最高检测温度、中间检测温度、平均检测温度或者它们的任意组合或变化。
另外，在进入处理炉子之前，工件可以通过整个进口或排除区域，在该区域，各工件的温度进行监测，以便确定工件是否冷却至需要过多能量来使得温度升高至热处理温度的程度。进口区域可以包含在处理控制温度站中，或者可以是单独区域，如各个附图中所示。工件的温度可以通过合适的温度检测或测量装置例如热电偶来监测，以便确定工件的温度是否达到或降低至低于预设或预定的排除温度。一方面，预定的排除温度可以是低于工件金属的处理控制温度的温度(例如从大约10℃至大约20℃)。另一方面，预定的排除温度可以是低于热处理炉子或炉的热处理温度的温度(例如从大约10℃至大约20℃)。当工件冷却至温度等于或低于预定温度时，控制系统向传送或除去机构发送排除信号。根据该缺陷情况或信号的检测，目标工件可以进行鉴定，以便进一步评估，或者可以从传送线上除去。工件可以通过任意合适机构或装置来除去，包括但不局限于机器人臂或其它自动装置，或者工件可以由操作人员人工除去。
因此，应当知道，工件的温度可以在工件上的一个特殊位置进行测量，可以是通过测量工件上的多个位置的温度来计算的平均温度，或者可以根据特殊用途的需要而以任意其它方式来测量。因此，例如工件的温度可以在工件上的多个位置中测量，且总体值可以计算或确定检测的最低温度、检测的最高温度、检测的中间温度、检测的平均温度、或者它们的任意组合或变化。
当使用模具时，模具可以进行预热，以便帮助使金属温度保持在预定处理控制温度或高于该处理控制温度。另外或者也可选择，浇注或成形站可以位于热处理炉子附近，以便当模具从浇注站运动至炉子时限制模具和/或工件的温度损失。而且，温度保持腔室、辐射孔道或者其它装置或系统可以用于通向炉子的进口处或附近，以便使金属的温度保持在处理控制温度或高于处理控制温度。使工件的温度保持在处理控制温度或高于处理控制温度的优点在美国专利申请No.10/051666中进一步介绍，该专利整个被本文参引。不过，在一些处理中，工件可以在低于预定处理控制温度的情况下进入热处理炉子。
需要时，整个外部砂模或该砂模的一部分可以在进入炉子之前除去。用于除去砂模的各种技术在美国专利No.6622775中提供，该文献整个被本文参引。用于除去模具的另外技术在美国专利申请No.10/616750中提供，该文献整个被本文参引。在工业中已知的其它机械技术(砍凿、振动等)也可以考虑。除去的砂模可以转移至砂回收设备(在该砂回收设备处，砂进行清洁以便重新使用)，或者沉积在炉子中以便回收，如后面进一步所述。
参考图2，炉子210和时效炉212可以各自包括一个或多个高压加热区域(“加热”区域)218a、218b、218c、218d、218e，它们向各工件215提供局部定向高压流体流，而不是(或者附加)普通的大量空气流。根据使用工件的类型，高压加热可以提供多种优点。
例如，当不使用模具或芯时(或者它已经除去)，本发明的系统可以显示减少热处理时间几乎20％。另外，在工件处的流体高压冲击可以显示减少了脱模和/或除芯时间和总的热处理时间。当模具/芯利用可燃烧配方而形成时，流体介质也通过添加氧以促进粘接剂燃烧来增强模具/芯的去除。当模具/芯由无机或有机的、可溶于水的组分形成时，增压流体介质通过增压流体与模具/芯的直接接触(喷射)反应而帮助去除。而且，介质的实际“粗暴”力能够通过使模具和/或芯部分从工件上移走而帮助除去模具和/或芯组分。例如，通过将一个或多个喷嘴布置在工件的2英寸内，保留在工件周围的砂可以减少几乎50％。应当知道，通过特定粘接剂组分，热处理时间能够进一步减少。
图3和4分别表示了在图2的热处理炉子210和时效炉212中的示例加热区域218a、218e。加热区域218a、218e包括流体槽道导管系统219、219′，用于引导工件215处的流体流。系统包括空气或其它流体的供给源，该空气或其它流体可以通过一个或多个燃烧器220、220′来加热。槽道导管系统219、219′通过一个或多个孔、狭槽、喷嘴、冲击管或者本领域已知的任意其它流体流通装置或系统(统称为“冲击装置”)(表示为元件221、221′)而将空气引向工件。槽道导管系统可以包括多个区域或站，这些区域或站通过加热区域顺序定位，并有一个或多个孔、狭槽、喷嘴或冲击管，它们定向成与工件的已知位置相对应的预定结构。各站可以通过电子控制系统来进行遥控。
喷嘴、狭槽等的位置和设计将取决于工件的类型的尺寸，该位置和设计包括但不局限于：流体介质冲击工件需要行进的实际距离、流体介质的流动图形设计和其它流动参数。
根据本发明的一个方面，至少一个喷嘴或其它冲击装置可以有开口，该开口直径宽度从大约1/8英寸至大约6英寸。在一个方面，至少一个冲击装置有大约1/8英寸宽的开口。在另一方面，至少一个冲击装置有大约1/4英寸宽的开口。在另一方面，至少一个冲击装置有大约3/8英寸宽的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有大约1/2英寸宽的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有大约5/8英寸宽的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有大约3/4英寸宽的开口。在另一方面，至少一个冲击装置有大约7/8英寸宽的开口。其它冲击装置开口的宽度也可以考虑。
在又一方面，至少一个冲击装置有直径宽度小于大约1英寸的开口。在另一方面，至少一个冲击装置有宽度小于大约2英寸的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有宽度小于大约3英寸的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有宽度小于大约4英寸的开口。在还一方面，至少一个冲击装置有宽度小于大约5英寸的开口。在另一方面，至少一个冲击装置有宽度小于大约6英寸的开口。尽管这里提出了特定冲击装置开口宽度和宽度范围，但是应当知道，根据本发明，可以使用任意合适的冲击装置直径来获得合适结果。因此，其它开口直径也可以考虑。
根据本发明的另一方面，至少一个喷嘴或其它冲击装置可以定位成离工件从大约0.5英寸至大约10英寸，以便使流体冲击或吹向模具、工件和/或芯上以及它们周围。在一个方面，至少一个冲击装置离工件从大约1至大约8英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件从大约2至大约6英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约1.5至大约3英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约3至大约7英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件从大约4至大约9英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约1至大约4英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约2至大约5英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约0.5至大约6英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件从大约1至大约4英寸。
例如，在一个方面，至少一个冲击装置离工件大约10英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件大约9英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约8英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约7英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件大约6英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约5英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约4英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件大约3英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约2英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件大约1英寸。
在又一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约10英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约9英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约8英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约7英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约6英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约5英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约4英寸。在另一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约3英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约2英寸。在还一方面，至少一个冲击装置离工件小于大约1英寸。尽管这里提供了各种距离和距离范围，但是应当知道，各冲击装置可以根据需要定位，以便获得合适结果。因此，多种其它可能位置也可以考虑。
流体介质通常可以在从大约4000至40000英尺每分钟(ft/min)的排出速度下传送给工件。在一个方面，流体介质在从大约4000至大约20000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在从大约8000至大约25000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约6000至大约15000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约15000至大约30000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约5000至大约12000ft/min的速度下从冲击装置排出。在一个特殊方面，流体介质在大约10000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在从大约7000至大约13000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约18000至大约22000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约9000至大约14000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在从大约5000至大约17000ft/min的速度下从冲击装置排出。
在一个方面，流体介质在至少大约4000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约5000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约6000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约7000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约8000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约10000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约11000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约12000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约13000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约14000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约15000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约16000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约17000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约18000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约19000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约20000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约25000ft/min的速度下从冲击装置排出。在另一方面，流体介质在至少大约30000ft/min的速度下从冲击装置排出。在还一方面，流体介质在至少大约35000ft/min的速度下从冲击装置排出。应当知道，尽管这里提供了各种速度和速度范围，但是根据本发明也可以使用其它速度来获得合适结果。因此，多种其它速度和速度范围也可以考虑。
流体介质通常可以在大约50至大约500标准立方英尺每分钟每英尺喷嘴或其它冲击装置(scfm/ft)的流速下传送给工件。在一个方面，流体介质在从大约50至大约100scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在从大约100至大约150scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在从大约150至大约200scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在从大约200至大约250scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在从大约250至大约300scfm/ft的流速下传送给工件。在又一方面，流体介质在从大约300至大约350scfm/ft的流速下传送给工件。在又一方面，流体介质在从大约350至大约400scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在从大约400至大约450scfm/ft的流速下传送给工件。在又一方面，流体介质在从大约450至大约500scfm/ft的流速下传送给工件。在一个特殊方面，流体介质在大约250scfm/ft的流速下传送给工件。
在另一方面，流体介质在至少大约25scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约50scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约75scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约100scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约125scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约150scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约175scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约200scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约225scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约250scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约275scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约300scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约325scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约350scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约375scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约400scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约425scfm/ft的流速下传送给工件。在还一方面，流体介质在至少大约450scfm/ft的流速下传送给工件。在另一方面，流体介质在至少大约475scfm/ft的流速下传送给工件。应当知道，尽管这里提供了各种流速和流速范围，但是根据本发明也可以使用其它流速来获得合适结果。因此，多种其它流速和流速范围也可以考虑。
流体介质通常可以在从大约3至大约20英寸水柱(in.WC)的压力下传送给工件。在一个方面，流体介质在从大约5至大约12in.WC的压力下供给工件。在另一方面，流体介质在从大约5至大约8in.WC的压力下供给工件。在另一方面，流体介质在从大约9至大约12in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在从大约3至大约6in.WC的压力下供给工件。
在另一方面，流体介质在至少大约3in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约4in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约5in.WC的压力下供给工件。在另一方面，流体介质在至少大约6in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约7in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约8in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约9in.WC的压力下供给工件。在另一方面，流体介质在至少大约10in.WC的压力下供给工件。在还一方面，流体介质在至少大约11in.WC的压力下供给工件。应当知道，尽管这里提供了各种压力和压力范围，但是根据本发明也可以使用其它压力来获得合适结果。因此，多种其它压力和压力范围也可以考虑。
如果需要，流体可以引向工件的特定部分，以便将流体流定位在所需位置。另外，流体可以根据需要引向工件的一个或多个面，以便提高冲击流体的效率。
工件或冲击装置或者它们两者可以随机或以预定间隔地振动、旋转或进行其它运动，以便获得附加流体介质冲击，从而增加处理效率。工件或冲击装置通常可以在直到大约40ft/min的速率或速度下运动。在一个方面，工件或冲击装置可以在从大约0.5至大约5ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在还一方面，工件或冲击装置可以在从大约5至大约10ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在还一方面，工件或冲击装置可以在从大约10至大约15ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在另一方面，工件或冲击装置可以在从大约15至大约20ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在还一方面，工件或冲击装置可以在从大约20至大约25ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在还一方面，工件或冲击装置可以在从大约25至大约30ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在另一方面，工件或冲击装置可以在从大约30至大约35ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。在还一方面，工件或冲击装置可以在从大约35至大约40ft/min的速度下振动、旋转或进行其它运动。应当知道，尽管这里提供了各种运动速率和速率范围，但是根据本发明也可以使用其它运动速率来获得合适结果。因此，多种其它速率和速率范围也可以考虑。
当工件和冲击装置进行振动时，工件或冲击装置可以位移的距离为例如沿它运行的各个方向从大约3至大约36英寸。在一个方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约3至大约5英寸。在另一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约7至大约10英寸。在还一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约10至大约15英寸。在另一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约15至大约20英寸。在还一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约20至大约25英寸。在还一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约25至大约30英寸。在另一方面，工件或冲击装置位移的距离为沿它运行的各个方向从大约30至大约36英寸。尽管这里提供了各种位移距离，但是应当知道，工件或冲击装置可以移动任意所需距离，以便获得合适结果，例如距离基本等于工件的尺寸。因此，多种其它位移距离也可以考虑。
用于完成振动循环所需的时间通常可以从大约2秒至大约10分钟。在一个方面，振动循环从大约5秒至大约1分钟。在另一方面，振动循环从大约2至大约20秒。在还一方面，振动循环从大约20至大约40秒。在还一方面，振动循环从大约40秒至大约1分钟。在另一方面，振动循环从大约1至大约3分钟。在还一方面，振动循环从大约3至大约6分钟。在还一方面，振动循环从大约6至大约10分钟。尽管这里提供了各种振动循环时间，但是应当知道，根据需要也可以使用其它振动循环来获得合适结果。因此，多种其它振动循环时间也可以考虑。
根据本发明使用的流体介质的温度通常可以为从大约400℃至大约600℃。在一个方面，流体介质的温度为从大约450℃至大约550℃。在另一方面，流体介质的温度为从大约490℃至大约540℃。在还一方面，流体介质的温度为从大约425℃至大约600℃。还一方面，流体介质的温度为从大约475℃至大约575℃。在另一方面，流体介质的温度为从大约450℃至大约500℃。在还一方面，流体介质的温度为从大约500℃至大约550℃。尽管这里提供了特殊温度，但是应当知道，根据需要也可以使用其它温度来获得合适结果。因此，多种其它温度也可以考虑。
如图3所示，其中，工件形成于有或没有芯的砂模中，一部分模具和/或芯从工件上脱开和跌落，它们例如收集在料斗222中，用于随后回收和重新使用，如上面所述。
参考图2，炉子210和/或时效炉212还可以包括一个或多个“保温区域”224a、224b、224c，这些保温区域利用普通的空气再循环系统。例如，炉子可以包括一个或多个加热区域，随后有一个或多个保温区域。图5表示了具有普通的质量流系统的“保温区域”实例，该系统有导流板226和再循环风扇228系统，该保温区域可以用于加热区域后面。
图6-10表示了根据本发明的浇注后处理系统300的可选实例。图6的系统包括根据图2-5所述的结构和功能的部件，例如多个炉子310、时效炉312和冷却器313。不过，各个部件的布局与图2中不同。
图6的实例系统表示为具有在热处理炉子310中的加热区域314和保温区域316a、316b、316c、316d、316e以及在时效炉312中的加热区域314a′、314b′。图6-10中所示的系统例如可以这样使用，其中，工件在不使用砂模的情况下形成，或者模具和芯在进入热处理炉子之前除去。当不需要砂模收集料斗(例如图3中所示的元件222)时，系统可以包括能够容纳由砂模形成的工件的料斗。
本领域技术人员应当知道，尽管已经结合线性(直线)流炉子表示和介绍了本发明，但是也可以使用其它炉子和炉。例如，如图11-14中所示，本发明可以使用“旋转”处理系统。如图11中所示，旋转炉子系统400大致包括热处理炉子410和时效炉412，它们各包括可旋转炉床414、414′，用于支承工件416和使工件416运动。炉子410大致包括：进口开口418，该进口开口418在外周壁420中，以便使工件416能够放置至炉子410中；以及出口开口422，该出口开口在内周壁424上。需要时，进口开口418可以邻近浇注站(未示出)，以便减小在传送至炉子410的过程中的热损失。各旋转炉子和炉可以通过机器人装置或其它传送系统而与其它旋转炉子、炉或其它处理站连接。在一个方面，机器人装置或传送系统将部件放置在各旋转炉子或炉中的设定和/或对齐位置中。
工件通过在环形腔室中旋转炉床414a、414b而在旋转热处理炉子410和时效炉412中运动。炉床可以连续旋转或旋转通过指引位置，或者可以停止以便接收或排出部件。而且，炉床可以停止，以便使工件(或喷嘴)振动足够持续时间，以便使流体介质能够横过工件表面，并有助于使处理高效。
为了便于运动，炉床例如支承在轮子上，该轮子在炉床下面的圆形轨道上运转。炉床例如通过齿轮驱动促动器而运动，该齿轮驱动促动器沿行星齿轮(棘齿机构)推动或拉到炉床。驱动机构可以包括速度控制器，以便将炉床运动调节为加速、正常运行速度和减速，并可以用于使炉床振动，以便获得从炉子和炉的内部喷嘴对部件的附加流体介质冲击。密封件可以沿运动炉床以及炉子的内外壁布置，以便防止热量或流体泄漏。
如图12和13所示，活动炉床例如可以包括搁架或棚架系统426、426′，以便能够通过系统来装载和处理多层工件。一旦工件装入搁架系统中，它们就在搁架系统上运送通过炉子，在与炉子或时效炉的周边同心的通路上进行角度(圆周)运动(0度直到360度)。一个或多个推动器、促动器或驱动器可以用于使旋转炉床运动。
热处理炉子410和/或时效炉412可以包括一个或多个加热区域428以及一个或多个保温区域430。加热区域和保温区域可以有与上面所述类似的结构，或者可以以使得流体直接冲击在各工件上的任意其它合适方式而构成。图12表示了在图11的热处理炉子或时效炉412的示例加热区域428中的多个工件432。空气喷嘴434布置成紧邻工件432，以便使空气或其它流体直接冲击在工件上。图13表示了在图11的热处理炉子410或时效炉412的示例保温区域430中的多个工件。
图14a-14c表示了可以根据本发明使用的另一示例旋转热处理炉子。炉子510包括：开口512，工件514通过该开口512而进入和离开；以及可旋转炉床516，用于支承工件514和使得工件514通过各个区域，直到热处理完成和取出工件。图14a所示的炉子510包括多个加热区域518a、518b、518c、518d、518e、518f、518g。如图14b所示，各区域以类似方式设置，并包括流体(例如空气)源，该流体通过导管520引导，并冲击工件514的一部分，与上述加热区域类似。不过，一个或多个区域(例如区域518a、518b)可以根据需要在更高温度下工作，以便获得合适的热处理结果。最好如图14c中所示，工件514可以布置在棚架系统522中，例如图示棚架系统，其中，用于工件514的垂直524和/或水平支承件526由可渗透材料形成，例如栅格或网格。使用时，当砂模和/或芯的碎片从工件跌落时，气流将这些颗粒扫入静止流化床中，以便进一步燃烧。来自流化床528的热量由空气系统吸收，并用于冲击工件表面。
任选地，炉子和/或时效炉包括能够使工件旋转和/或反转的特征，以便使工件的各个面或表面都更接近导管或喷嘴。另外，通过使工件反转，任何松散的砂和粘接剂材料(当使用时)都能够从工件中跌落。
在一个方面，棚架或堆垛系统包括至少局部在炉子中的旋转机构，该旋转机构包括安装在工件上的夹子或其它机构(未示出)。需要时，夹子可以安装在竖杆上，以便防止损坏工件。夹子可以安装在使得工件在鞍座上升高和反转的机构装置上。这样，来自芯的任何松散砂都能够从工件跌落。工件可以在一定时间或以预定间隔旋转，以便促进热处理和/或从工件中除去芯。
在另一方面，炉子包括至少一个爪或其它抓持装置，用于处理工件。该爪可以包括多个机械“指”，这些机械指与工件接触并向工件施加足够压力，以便使工件升高和进行操纵，从而将工件定位在炉子中。另外，爪可以包括能够抓持工件和使工件反转的特征，以便使得来自芯的松散砂能够从工件跌落。爪可以用于抓持整个工件，或者可以用于通过例如竖杆来抓持工件。使用时，当粘接剂进行燃烧，且模具和芯从工件中跌落时，爪可以提供有自动紧抓在工件上的特征。爪可以是机器人，并可以编程，以便使工件一次一个地在合适热处理时间或温度下运动。还有或者也可选择，爪可以通过电子控制而人工操作，这样，操作人员能够在需要时人工操纵特定工件。
在又一方面，工件在进入炉子之前放置在鞍座中。鞍座通常可以是由金属材料形成的篮或载体，有底部和一系列侧壁，它们确定了腔室或容器，工件装入该腔室或容器中，且芯孔或进入开口暴露。鞍座可以包括用于固定工件的装置，这样，鞍座内的工件可以旋转和反转，以便允许松散的芯材料从工件中跌落。用于固定工件的装置可以为任意合适装置，例如托架、夹子、系带、带子或它们的任意组合。用于将工件固定在鞍座中的其它装置也可以考虑。
任选地，在这里所述或考虑到的任意方面，可以提供有震动或振动机构，以便帮助从工件中进一步除去松散的芯材料。在一种变化形式中，震动或振动机构布置在竖杆上并在工件上面，从而减少或防止损坏工件。
参考图11，当准备除去工件416时，另一机器人装置或传送系统可以用于将该工件传送至淬火站或单元417，该淬火站或单元417可以位于由炉子410环绕并靠近出口开口422的中心开放区域418中。在一个方面，淬火介质可以是传送给工件的空气，例如速度为从大约10至大约500英尺每秒(ft/s)，例如大约200ft/s。在另一方面，淬火介质可以是传送给工件的水，例如速度直到大约50ft/s，例如大约10ft/s。在还一方面，淬火介质仍然可以是水(速度为0ft/s)。在还一方面，可以使用淬火介质的组合。其它淬火介质和速度也可以考虑。
在完成淬火处理之后，另一(或相同)机器人装置424或传送系统可以用于将工件416布置于旋转时效炉412中，该旋转时效炉412也可以位于由炉子410环绕的中心开放区域中。旋转时效炉412与旋转热处理炉子410类似，除了进口开口和出口开口426、428可以在相同周边上(内壁或外壁)。另外，时效炉的直径通常小于炉子的直径。不过，对于给定用途，旋转热处理炉子和旋转时效炉的相对尺寸可以变化。例如，为了适应时效时间比热处理时间更长(例如热处理为30至60分钟，时效为3小时)，旋转时效炉的周长可以比旋转热处理炉子更长。
另一机器人装置或传送系统430可以用于从时效炉412中取出工件416，并将它们放入冷却单元432中，以便结束热处理过程。当工件在辊道炉床或皮带传送器上运动通过腔室时，冷却单元例如利用循环空气吹过工件周围。冷却继续进行，直到工件的温度充分降低，以便由工厂工作人员来处理。在图11所示的一个方面，冷却单元432开口位于时效炉412附近，并可以沿旋转热处理炉子外部的螺旋通路运动，这样，出口434在旋转热处理炉子410的周向壁外部。根据需要，冷却单元的运行方向可以为从旋转热处理炉子向下(朝下面)或向上(朝上面)盘旋。例如，冷却单元表示为确定了从炉子内部至外部的弯曲向下盘旋通路。
可选择的砂回收特征
如前所述，当使用砂模和/或芯时，砂可以在整个处理的各个点处进行除去和回收。洗砂机也可以用于使砂在重新使用之前除去灰粒或其它外来颗粒。砂回收系统的实例在美国专利No.5350160、5565046、5738162和5829509以及美国专利申请No.11/084321(标题为“Systemfor Heat Treating Castings and Reclaiming Sand”，申请日为2005年3月18日)中提供，各文献都整个被本文参引。用于热处理铸件、除去砂芯和回收砂的其它系统的实例在美国专利No.5294094、5354038、5423370、5829509、6336809和6547556中提供，各文献都整个被本文参引。
下面详细介绍砂回收系统的一个特殊实例。不过，任意回收的砂回收和/或洗砂系统可以用于本发明的不同方面。而且，用于回收精炼砂的方法和系统可以独立实施，或者可以集成在其它金属处理部件中，例如热处理炉子、取芯单元等。
图15表示了用于回收砂的系统和方法的一个实例，它可以用于本发明的各个方面。在一个实例中，砂回收腔室或单元可以包括加热流化床，该加热流化床有确定通路的多个导流板和/或堰，废砂通过该通路运行。当废砂沿该通路运行时，粘接剂进行燃烧，且砂进行精炼。导流板的数目和长度、通过流化床的流速、温度和其它系统变量可以确定成使得砂进行合适程度的精炼。
系统600包括具有进口612和出口614的腔室610。废砂W通过进口提供给腔室。废砂可以直接从另一处理单元或步骤中充入，或者可以在回收之前进行收集和储存。例如，废砂W可以储存在砂储槽616中，该砂储槽616设计成从设备的砂系统中接收和储存干的、大部分成粒状的废砂。储槽可以有各种规格和特征。例如，废砂储槽可以为直径大约10英尺的柱形箱，并有大约18英尺长的直侧边，它能够储存大约45吨的砂。储槽可以设计成有防隔离特征(未示出)，例如腔室或导流板，它减小或消除了非均匀砂粒分布的分离和排出。储槽可以包括顶部护栏、进入口、砂接收凸缘、排出凸缘、内部安全梯、顶部入口和砂高度指示器(未示出)。从储槽616排出的装置618可以包括维护滑动门和双瓣阀计量装置(未示出)。废砂可以从废砂储槽进行计量，合适的速率例如等于大约20吨每小时。
腔室610具有加热元件，以便燃烧包含于废砂中的粘接剂材料。任何加热元件(例如辐射元件)可以用于向系统提供热量。通常，流化介质的温度保持在粘接剂的燃烧温度或者高于该燃烧温度，通常为从250℃至大约900℃。因此，在该方面和其它方面，流化介质的温度可以从大约490℃至大约600℃。当流化废砂颗粒沿由多个导流板和(可选择的)堰确定的循环通路运动时，粘接剂进行燃烧，且砂进行精炼。循环通路可以根据需要有任意长度，以便获得合适结果。例如，在该方面和其它方面，通路的长度可以从大约5米至大约15米，例如大约10米。流化空气分配器(未示出)可以用于提高流化介质流的均匀性。而且，颗粒可以利用在例如大约2300Nm3/h流速下工作的流化鼓风机(未示出)而通过壳体。废砂在腔室中的滞留时间基本足以在砂通过出口离开腔室之前进行精炼、清洁和其它回收。例如，在该方面和其它方面，在腔室中的滞留时间可以从大约30分钟至大约60分钟。基本精炼的砂R可以以本领域技术人员已知的任意方式来收集或储存。在该方面和其它方面，系统可以制造从大约10吨/h至大约20吨/h的精炼砂，例如大约15吨/h的精炼砂。
作为另一实例，可以提供集成的砂芯取出和回收系统。该系统包括取芯单元，该取芯单元包括至少一个腔室，铸件通过该腔室运动，用于从该铸件中回收砂芯。刻划、破碎、砍凿、粉碎、腐蚀、喷砂或移除(统称为“取出”)芯的任意方法都可以合适使用，例如，在美国专利No.5565046、5957188和5354038中所述的方法，各文献都整个被本文参引。
当芯从铸件中取出时，废砂碎片通过重力供给或其它方式而引向砂回收腔室。砂回收腔室包括：流化床，该流化床与取芯单元流体连通；以及多个导流板，这些导流板确定了通过流化床的循环通路。流化床加热至粘接剂的燃烧温度或高于该燃烧温度。当砂沿循环通路运动时，粘接剂进行燃烧，且砂进行精炼。精炼的砂可以以本领域技术人员已知的任意方式收集和储存。
也可选择，来自砂储槽的废砂也可以提供给回收系统，用于与通过取芯而产生的废砂同时处理。
图16表示了示例的集成取芯和砂回收系统，其中，取芯单元包括炉子。也可选择，该系统620包括废砂储槽616，该废砂储槽616与炉子624的进口622流体连通。炉子624确定了至少一个加热腔室，铸件(未示出)例如发动机体和气缸头通过该加热腔室来进行热处理、砂芯材料取出和砂回收。从废砂储槽616充入炉子624中的废砂W能够在腔室中进行清洁、回收和其它精炼，并引导通过出口626，以便储存或进一步处理。另外，当废砂由取芯处理产生时，它还可以通过砂回收系统来进行处理。也可选择，由取芯处理产生的一些或全部废砂可以收集和储存，用于以后处理。
系统620可以包括与炉子624的腔室流体连通的煅烧炉628。系统620还可以包括：换热器630，该换热器630与煅烧炉628流体连通；增压空气源632；以及炉子624的腔室。来自煅烧炉628的热量可以用于加热增压空气和/或加热炉子624的腔室内部。
参考图17-19，炉子624可以包括补充的增压空气分配器634和/或加热元件例如辐射管加热器636。辐射管加热器636位于辊道炉床638的下面，铸件640在该辊道炉床638上输送通过炉子624。一个或多个堰和导流板642布置在炉子624的底部部分中，并在流化床644区域内。导流板642确定了循环通路，废砂必须通过该循环通路运行，以便通过砂出口626而离开。废砂在炉子624中的滞留时间足以在废砂离开炉子624之前对它进行精炼、清洁和其它方式的回收。在一个方面，炉子624是可由Consolidated Engineering Corporation ofKennesaw，Georgia购得的Number One或Number Two Sand Lion底部炉子模块。不过，应当知道，根据本发明，也可以使用任意其它合适炉子。
布置在炉子624中的流化加热系统包括一个或多个加热元件646，这些加热元件在图17-19中表示为辐射加热管。加热元件646将热量补充进入炉子624的加热区域中，并至少部分补偿在炉子门打开和加入更冷铸件640的过程中的热损失。流化加热系统还可以直接向底层铸件640辐射加热。通常，流化温度可以与炉子加热温度相同。流化系统还可以包括流化鼓风机(未示出)，以便向流化分配器634提供增压空气。
炉子排出空气煅烧炉628(图16)可以为任意合适的煅烧炉，如本领域技术人员已知。例如，煅烧炉可以在大约825℃下操作大约1.0秒滞留时间，以便将一氧化碳和挥发性有机化合物燃烧至用于排向大气的可接受水平。在一个方面，煅烧炉628有大约6800Nm3H的容量。在另一方面，煅烧炉628包括大约200mm厚1260°陶瓷纤维的侧壁绝热。在另一方面，煅烧炉628包括：顶部安装的燃烧器，该燃烧器有气体系列和控制器；观察门；以及本领域技术人员已知的其它特征。内部混合导流板、进口型面板或它们的组合可以用于在煅烧炉中获得足够的速度和湍流。
同样，换热器630可以为任意合适的换热器，如本领域技术人员已知。换热器630可以利用来自煅烧炉628的热量来至少部分加热要用于流化系统中的空气。热含尘气体大致从煅烧炉连接导管648加入换热器630并通过排出导管而排出。在一个方面，换热器630为U型换热器，总尺寸为大约4000mm×2100mm×2100mm高。在另一方面，换热器的外壳为具有结构钢支承件的钢板以及其它合适材料。在另一方面，换热器的绝热是具有75mm矿物棉的可铸造MC25，而顶部绝热是陶瓷纤维模块。在还一方面，前排换热器管由Incoloy 800HT形成，且其余行SA-249-304L由不锈钢形成。管可以为35mm OD，具有2.1mm的平均壁厚。处理空气管束顶部歧管可以是6mm厚的304不锈钢和碳钢的组合。
回收的砂R从出口626排出至热砂倾斜传送器650。系统620可以由砂芯材料(该砂芯材料从在炉子624中处理的铸件中取出)制造从大约3至大约10吨/h的砂，例如5吨/h，且由来自储槽616的废砂制造从大约5至大约15吨/h的废砂，例如大约10吨/h，因此总的生产率为从大约10至大约20吨/h精炼砂，例如大约15吨/h。
回收砂可以在下游处理单元中与其它砂组合，在该下游处理单元中，砂进行预筛、精筛和冷却。各种回收后步骤可以有从大约10至大约20吨/h的总生产能力，例如15吨/h。
实例1
评估各种炉子达到预定温度所需的时间。结果在表1和2中表示
表1
  操作   系统   说明   达到932的近似时间
  1   Sand Lion炉子(Dock模块)   单层辊道炉床Sand Lion炉子，顶部安装38英寸垂直轴CEC轴流风扇，空气流通过负载和从侧部向上，顶部安装垂直辐射管在返回空气中，倾斜底板有热空气流化器   75min
  2   DFP(小测试DFB)   砂床大约3立方英尺，具有热空气流化器   60min
  3   HP炉子   单层辊道炉床Sand Lion炉子，顶部安装40英寸垂直轴径流风扇，空气流通过侧部通风系统导向在负载上面和下面的喷嘴，喷嘴排出速度为大约10000英尺每分钟，两个侧部安装直接点火燃烧器排出至风扇进口，   40min
  倾斜底板有热空气流化器
  4   实验炉子-近似封闭热处理(CPHT)炉子   单个铸造单元有在铸件上面和下面的一个喷嘴，26英寸长狭槽喷嘴位于离铸件大约2英寸，喷嘴排出速度为大约10000ft/min，铸件能够在喷嘴下面振动，铸件通过朝下的板和向上的竖杆来布置，外部加热器箱用于加热喷嘴空气至所需温度，单元内部尺寸为大约3立方英尺   35min
表2
  操作   系统   达到1000的近似时间
  5   HP炉子   60min
  6   实验CPHT炉子   40min
实例2
评估各种参数对取芯所需时间的影响，制造商A 2阀1-4缸盖铸件(其中模具完整)。在实例1中所述的CPHT炉子用于1000的设置点。结果在表3-5中表示。
表3喷嘴空气流速的影响
  操作   空气流速(scfm)   取芯所需时间(min)
  7   620   35
  8   300   100
  9   450   45
表4喷嘴振动的影响
  操作   振动  取芯所需时间(min)
  10   沿与喷嘴长度垂直的方向以大约14英尺每分钟使铸件振动大约12英寸  35
  11   无振动  60
表5喷嘴数目和位置的影响
  操作   喷嘴结构   取芯所需时间(min)
  12   两个喷嘴-各喷嘴有1/3英寸直径的开口，大约620scfm   35
  13   只有上部喷嘴，1/3英寸直径的开口，大约469scfm   80
  14   每各5分钟交替上部和底板-各有1/3英寸直径的开口，大约469scfm   45
实例3
利用实例1中所述的CPHT炉子评估温度对各种工件取芯所需时间的影响。结果在表6中表示
表6
  操作   气缸头   炉子温度设定点()  取芯所需时间(min)
  15   制造商A 2阀I-4   914  60
  16   制造商B 4阀V-6   914  110
  17   制造商A 4阀I-4   914  135
  18   制造商A 2阀I-4   932  60
  19   制造商C柴油机4阀   932  200
  20   制造商A 2阀I-4   1000  35
  21   制造商B 4阀V-6   1000  60
  22   制造商A 4阀I-4   1000  80
  23   制造商C柴油机4阀   1000  160
实例4
利用上述CHPT炉子评估各种处理状态。首先，试样气缸头(包括芯)进行称重，两种不同类型的气缸头进行评估。类型R是制造商D的4阀I-4柴油气缸盖。类型S是制造商D 4.6L 4阀气缸头。热电偶安装在各工件上。钻出具有1/4英寸(25mm)直径的多个孔，以便促进取芯。各工件在CPHT单元中预热至大约662的温度(除了操作30，该操作30并不预热)。
然后，各工件进行热处理(升高)40分钟(除了操作28，它热处理60分钟)。炉子的设置点为大约923(495℃)。
然后，工件在大约12分钟(或更少)中淬火至176(80℃)，从淬火单元中取出，并操作除去任意残留的松散砂。松散砂进行收集、称量和外观评估。然后，铸件重复用锤拍击(冲撞)，以便移出和除去可能保留在多个粘接状态中的任意芯砂。再有，移出的砂进行收集、称量和外观评估。结果在表7中表示。
表8表示了操作26-30的附加数据。当观察表7时，可以发现根据本发明具有更大百分比清洁开口的工件能够获得更大的芯除去(表7)。
另外，对于某些运行，各工件的硬度在位于各气缸头上的一个或多个位置进行材料。该结果在表9中表示。
表7
  操作   工件   初始重量wt(lb)(kg) 松散砂wt(Ib)(kg)   外观   敲击砂wt(lb)(kg)   外观   最终工件wt(Ib)(kg)   喷嘴距离(in.)(上面)(下面)   芯wt(lb)(kg)   剩余芯(％)   取出的芯(％)
  24   R   83.6037.90 0.220.10   99％干净3胶块   0.620.28   90％黑色小软块   61.9528.11   3.132.63   21.659.79   2.86％2.86％   97.14％97.14％
  25   R   85.6038.84 0.360.17   95％干净胶块   2.000.91   100％黑色软硬块   62.3528.29   3.132.63   23.2510.55   8.60％8.63％   91.40％91.37％
  26   S   91.9041.68 0.300.14   96％干净   0.080.03   100％黑色少量中间硬块   61.4527.88   3.132.63   30.4513.80   0.26％0.22％   99.74％99.78％
  27   S   91.7041.60 0.320.14   86％干净   0.160.08   100％黑色少量非常软硬块   61.7028.00   3.132.00   30.0013.60   0.53％0.59％   99.47％99.41％
  28   S   91.9541.70 0.460.21   98％干净   0.160.07   55％黑色少量非常软硬块   61.2527.80   3.132.00   30.7013.90   0.52％0.50％   99.48％99.50％
  29   S   90.3040.96 2.20   85％干净   0.000.00   60.7527.56   3.132.00   29.5513.40   0.00％0.00％   100％100％
  30   R   93.0042.18 0.040.01   80％干净   3.70   60％黑色   60.8027.60   3.132.00   32.2014.58   0.01％0.03％   99.99％99.97％
  31   R   83.9038.06 0.380.17   90％干净   1.920.87   100％黑色软硬块   62.1028.18   3.132.00   21.809.88   8.81％8.81％   91.19％91.19％
  32   R   86.0539.04 0.200.09   95％干净   1.800.82   100％黑色软块   61.6027.96   3.132.00   24.4511.08   7.36％7.40％   92.64％92.60％
  33   S   91.4541.48 0.300.13   80％干净   0.860.39   98％黑色软硬块   61.2027.77   3.132.63   30.2513.71   2.84％2.84％   97.16％97.16％
表8
  操作   进气阀(％打开)(％关闭)   排气阀(％打开)(％关闭)  内部水套(6)(％打开)(％关闭) 外部水套(10)(％打开)(％关闭)   总平均(％打开)(％关闭)   平均阀打开(％打开)(％关闭)   平均水套(％打开)(％关闭)
  26   1000   1090  1684 8515   5347   5545   5150
  27   1000   3862  1783 1000   6436   6931   5942
  28   6337   2575  3367 5050   4357   4456   4259
  29   1000   1000  1000 1000   1000   1000   1000
  30   1000   1000  1000 1000   1000   1000   1000
表9硬度(HBW 10/50(布氏10mm球500kg负载))
  操作   位置1   位置2   位置3   位置4   位置5   位置6
  24   92.6   -   -   -   -   -
  25   87.0   85.7   -   -   -   -
  26   79.6   96.3   91.1   89.0   92.6   89.0
  27   96.3   96.3   96.3   96.3   96.3   96.3
  28   92.6   96.3   96.3   96.3   100   98.6
  29   85.7   92.6   96.3   100   100   96.3
  30   89.0   100   92.6   89.0   92.6   92.6
  31   85.7   -   -   -   -   -
  32   85.7   -   -   -   -   -
因此，本领域技术人员应当知道，考虑到本发明的上述详细说明，本发明易于广泛使用和利用，且在不脱离本发明的实质或范围的情况下，可以清楚不同于这里所述的本发明多种改变以及本发明的多种变化、改变和等效结构。
尽管已经相对特殊方面详细介绍了本发明，但是应当知道，该详细说明只是示例表示了本发明，且只是用于使本发明充分地进行说明。这里提出的详细说明将并不限制本发明或者排斥本发明的其它这样实施例、改变、变化、变形和等效结构，本发明只由附加权利要求和它的等效物来限定。

Claims (17)

1.一种用于热处理工件的炉子，包括：
至少一个高压加热区域，该至少一个高压加热区域包括至少一个流体冲击装置，该流体冲击装置能够将加热的流体介质引向炉子中的工件，其中，流体冲击装置距离工件小于大约6英寸。
2.根据权利要求1所述的炉子，其中：流体冲击装置距离工件小于大约4英寸。
3.根据权利要求1所述的炉子，其中：流体冲击装置距离工件大约2英寸。
4.根据权利要求1所述的炉子，其中：流体冲击装置和工件中的至少一个能够以预定间隔进行振动。
5.根据权利要求1所述的炉子，其中：流体冲击装置能够将加热的流体介质以大约4000英尺每分钟的速度引向工件。
6.根据权利要求1所述的炉子，还包括：用于使工件旋转的旋转机构和用于使工件反转的抓持机构中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的炉子，还包括：至少一个保温区域，该至少一个保温区域包括在高压加热区域下游的空气再循环系统。
8.一种用于加热工件的炉子，包括：
至少一个高压加热区域，该至少一个高压加热区域包括至少一个流体冲击装置，该流体冲击装置能够以大约4000至大约40000英尺每分钟的速度供给加热的流体介质；以及
至少一个保温区域，该至少一个保温区域包括空气再循环系统。
9.根据权利要求8所述的炉子，其中：流体冲击装置能够以大约8000至大约12000英尺每分钟的速度供给加热的流体介质。
10.根据权利要求8所述的炉子，其中：流体冲击装置和工件中的至少一个能够以预定间隔振动。
11.根据权利要求8所述的炉子，其中：冲击装置是通过槽道导管系统进行供给的喷嘴。
12.根据权利要求8所述的炉子，还包括：用于使工件旋转的旋转机构和用于使工件反转的抓持机构中的至少一个。
13.一种用于处理金属工件的系统，包括：
热处理站，该热处理站包括炉子，该炉子包括至少一个高压加热区域，该至少一个高压加热区域包括至少一个流体冲击装置，该至少一个流体冲击装置能够将加热的流体介质引向炉子中的工件；以及
淬火站，该淬火站位于热处理站的下游。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括：处理控制温度站，该处理控制温度站位于热处理站的上游，该处理温度控制站包括温度传感装置，该温度传感装置与热源连通，其中，温度传感装置和热源连通以将工件的温度保持在工件金属的处理控制温度或高于该处理控制温度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：所述处理控制温度是这样的温度，即工件温度降低至低于该温度每一分钟的时间，就需要超过一分钟的附加热处理来获得工件的所需特性。
16.根据权利要求13所述的系统，该炉子包括：用于工件的进口区域；
在该进口区域中的温度测量装置；以及
传送机构，该传送机构与温度测量装置连通；
其中，当温度测量装置检测到排除温度时，传送机构在工件进入炉子之前除去工件。
17.根据权利要求13所述的系统，还包括砂回收系统，该砂回收系统包括：
腔室，该腔室包括进口、出口和多个导流板，这些导流板限定了在其之间的、用于砂的循环通路；
加热元件，用于向腔室提供热量；以及
流化空气分配器，用于促使砂通过腔室。
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