CN101492760B

CN101492760B - 冲片在退火炉中的退火氧化方法

Info

Publication number: CN101492760B
Application number: CN2009100246886A
Authority: CN
Inventors: 格温·约翰斯顿
Original assignee: Tengpu (Changzhou) Precision Machinery Co Ltd
Current assignee: Tengpu (Changzhou) Precision Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: CN101492760A

Abstract

本发明公开了一种电机或变压器的冲片在退火炉中的退火氧化方法。将冲片输送到冷却区冷却到600-1000°F的温度范围；输送冲片到净化区，通过净化区将冷却区与氧化区的气氛隔离，再将冲片输送到氧化区；在氧化区的气氛环境中通入氮气和空气在该氧化区中流动，氧化区中设置有若干个气氛注射管，每个气氛注射管有众多的气氛喷射装置，气氛喷射装置紧靠着输送装置的托盘，气氛喷射装置使氧化气氛形成紊流，用于打乱冲片的迟钝气氛的分界层，以及为冲片表面提供反应成分，并补充在冲片间氧化所需反应成分。本发明的方法能够使钢质冲片脱碳，可提高冲片的磁性等级；以及生成优质的氧化物层以提高绝缘性。

Description

冲片在退火炉中的退火氧化方法

技术领域

本发明涉及一种冲片的退火方法，特别涉及一种如电机或变压器的冲片在退火炉中的退火氧化方法。

背景技术

电机、变压器和其他的电子设备一般含有一个由钢质冲片叠加而成的磁极，通过这些钢质冲片叠加在一起的磁极形成的磁路来传递磁通量。为了得到良好的磁性能，通常需要将钢质冲片在带有连续辊子的箱式炉中经过退火处理。

常用的退火炉包括加热和冷却区，随后是一个净化区和氧化区。在现有的冲片退火工艺中，是将成排的冲片装载在托盘上通过带连续辊子的箱式炉来处理。但是，随着冲片尺寸和形状的不同和变化，需要特别的装载方式作为操作和防范措施来保证退火操作过程中的热处理的一致性。

众所周知，现有的工艺有净化或转移通道来把受控的冷却和高温区的气氛与四周的环境分开。在冷却区的气氛包含除碳混合气，它会与空气混合后会点燃或爆炸。净化或转移通道的功能就是提供一种惰性的气氛障碍，使冲片冲有潜在爆炸混合气体中转移而不接触空气。净化或转移通道的操作条件需要静态压力其值保持略微高与受控冷却区的静态压力，这样有潜在爆炸性气体的泄露减少到最低。

在现有的工艺中，冲片在经过冷却区和净化区后，在随后的氧化区中，冲片受控于冲片表面产生或形成一层兰/灰色层的氧化物(氧化物的成分是由Fe₂O₃和Fe₃O₄形成的混合物)，这层氧化物提供给每个冲片一种电绝缘层。

但是，经过上述工艺处理的冲片含碳量相对来说还很高，致使冲片的磁性还无法达到理想的效果，以及形成的氧化物的绝缘性也无法达到理想效果。另外，在炉中控制冲片外表均匀颜色很重要，现有的工艺也很难取得。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲片在退火炉中的退火氧化方法，本发明的方法能够使钢质冲片脱碳，可提高冲片的磁性等级；以及生成优质的氧化物层以提高绝缘性。

实现本发明目的的技术方案如下：

退火炉包含一个传输装置来传输冲片的托盘，该传输装置依次从穿过退火炉的预热区、高温区、冷却区、净化区、氧化区，通过以下步骤进行退火氧化：

先将冲片输送到375℃-425℃的温度环境中进行预热，将冲片烘干和除油；将预热除油后的冲片输送到高温区进行退火，在高温区的气氛环境中通入氮气、氢气和少量的空气在该高温区中流动，使冲片脱碳、回复再结晶以及去除内应力；将冲片输送到冷却区将冲片冷却到600-1000°F的温度范围；输送冲片到净化区，通过净化区将冷却区与氧化区的气氛隔离，再将冲片输送到氧化区；在氧化区的气氛环境中通入氮气和空气在该氧化区中流动，氧化区中设置有若干个气氛注射管，每个气氛注射管有众多的气氛喷射装置，气氛喷射装置紧靠着输送装置的托盘，气氛喷射装置使氧化气氛形成紊流，用于打乱冲片的迟钝气氛的分界层，以及为冲片表面提供反应成分，并补充在冲片间氧化所需反应成分。

采用了上述方案，在高温区的气氛环境中通入氮气和氢气在该高温区中流动，使冲片脱碳、回复再结晶以及去除内应力，通过这样的处理可提高冲片的磁性等级。通过精确控制从冷却区进入净化区的冲片的温度，其中，氧化区内的气氛喷射装置是为了能够仍氧化物在冲片的表面扩散，使得冲片表面形成蓝/灰氧化物层。在氧化区中的改良受控的蓝/灰氧化物层。通过提供进入氧化区冲片的温度(600到1000°F)，冲片外观能够得到改良。此外，气氛喷射装置提供氧化气体紊流来打断迟钝分界的层和给喷口提供了额外成分，同时也提供额外冷却，因此，给更高进入氧化区温度的补偿，增强的过冷表面，从而提高生产效率。还由于气氛喷射装置安装在传输辊子间的，能够在成叠的冲片和单个冲片间产生氧化气氛紊流。这个紊流打乱在成叠冲片的迟钝的分界层，这个过程提供氧化的氧化气氛和额外的一致的冷却是由于喷口之间靠近底部并和冲片托盘侧面很靠近，最终使冲片间的氧化层的一致性和渗透性得到重大提升。

另外，氧化区内设有带叶片的循环风扇来彻底混合和循环氧化性气氛。通过循环风扇速度变化来调节和气氛喷射装置速度变化导致托盘冲片(那里气氛)的紊流来可以达到过程控制过程控制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的退火炉净化区和氧化区的部分侧视图；

图2为沿图1中的II-II线的剖视图。

附图中，8为气氛喷射装置，9为齿轮，11冷却区，12为净化区，12A为容器，13为氧化区，13A为容腔，14为传输装置，15为辊子，16为托盘，17为冲片，19为冷却系统，20为冷却水管，21为风扇，22为电机，23为开口，24为温度传感器，25为氧化门，25A为缆索，26为气氛注射管，26A为排气部件，27为压力总管，28为孔，29为压力管道部件，30为排气装置，31为高温风扇，32变速电机，33为入口，34为管道部件，35为抽气总管，35A为隔离材料，36为气氛抽取管，37为循环风扇，38为电机，39为加热元件，40为隔离层。300为电脑。

具体实施方式

参照图1和图2，在图1中表示的只是退火炉的一部分。在该图中的退火炉包含一个带有辊子的传输装置14来传输冲片17的托盘16，输送装置14的辊子15是由齿轮9来驱动的。传输装置14依次从穿过退火炉的预热区、高温区(预热区和高温区在图中未示出)、冷却区11、净化区12、氧化区13。通过以下步骤进行退火氧化：

首先是预热除油：将冲片输送到400℃的温度环境中进行预热，将冲片烘干和除油。

其次是加热：将预热除油后的冲片输送到高温区在800℃的温度环境下进行退火，在高温区的气氛环境中通入氮气和氢气在该高温区中流动，使冲片脱碳、回复再结晶以及去除内应力。高温区中通入的氮气流量为45-55m³/h，氢气的流量为7-10m³/h，在本实施例中，氮气的流量为50m³/h，氢气的流量为8.5m³/h。通过通入氮气可以保护高温区内的气氛，通过通入氢气可以防止冲片被还原。

第三是冷却：将冲片17输送到冷却区11将冲片17冷却到600-1000°F的温度范围。在冷却区的气氛环境中通入氮气和氢气在该高温区中流动，其中氮气的流量为50m³/h，氢气的流量为8.5m³/h。

第四是净化：输送冲片到净化区12，通过净化区将冷却区与氧化区的气氛隔离，再将冲片输送到氧化区。通过净化区的隔离作用，也可以防止氢气进入净化区与空气混合后发生爆炸。另外，净化区12包括一个容器12A，下面有顶层，该容器内设有一个由一个电机22驱动的强制循环的风扇21。净化区12的顶上设有开口23，通过在该开口23处，设有感知上述净化区内的温度的1个或多个温度传感器24，该温度传感器为红外线高温计。温度传感器24与一电脑300连接，通过该电脑来控制冷却区的减压和增压风扇，以确保控制冷却区以保证输出到净化区的冲片的温度为600-1000°F。为了确保净化区的温度为600-1000°F，在净化区12还设置了一个冷却系统19，该冷却系统有众多的冷却管，这些冷却管由适宜的输水管和带有散热片的管组成，它们的位置在容器12A的下面的地方。在容器12A的上面地方，安装一个额外的带有散热片的冷却水管20。所述的带有散热片管中的水均来自于冷却区11中的冷却水。在净化区中通入氮气在该高温区中流动，该氮气的流量为10-12m³/h，本实施例中，采用的氮气流量为11.5m³/h。另外，还通过调节冲片在净化区的滞留时间，基于在净化区的冲片的温度探测来保证在该净化区中的温度均衡，这样利于更好的保证净化区的冲片的温度为600-1000°F。

在净化区中，冷却水管中的水有额外的冷却能进一步提供到氧化区，这样可利于提高氧化区13以及整个退火炉的生产效率。在净化区12的输出边上，一个氧化门25通过一个缆索25A来控制。氧化门开启后，可将经净化区处理的冲片输送到氧化区。

第五是氧化：在氧化区13的气氛环境中通入氮气和空气在该氧化区中流动，氧化区中通入的氮气流量为7-10m³/h，空气流量为1.2-2m³/h，本实施例中，采用的氮气流量为8.5m³/h，采用的空气的流量为1.7m³/h。氧化区13设有一个容腔13A，可在图2中看到，容腔13A的壁面上有隔离层40。加热元件39安装在容腔13A的顶上用于氧化处理。容腔13A内还安装有一个由电机38驱动的循环风扇37，通过循环风扇的驱动，可以使容腔13A内的气氛更均匀。循环风扇37的速度可以是手工或自动调节。

氧化区13中和在输送装置14的辊子15间，安装了一个众多的气氛注射管26，每个气氛注射管上表面有众多的气氛喷射装置8，该气氛喷射装置使氧化气氛形成紊流，用于打乱冲片的迟钝气氛的分界层，以及为冲片表面提供反应成分，并补充在冲片间氧化所需反应成分。由于一致的压力存在每个气氛喷射装置8中，因此，气氛注射管26的内径是被选择的。另外，气氛喷射装置是在气氛注射管顶上的开口或孔，开口或孔的尺寸决定喷口的特性，开口或孔也可以采用其他如喷嘴或长方形或更复杂的风扇设计。气氛喷射装置喷射的速度曲线是压力差和孔直径的函数。

值得注意的是，气氛注射管26安装在很靠近托盘16的下面和侧面，由于管道是安置在辊子15之间的，因此在气氛喷射装置连接一个与托盘16的传输方向成垂直的排气部件26A，该排气部件为呈L型的排气部件。排气部件26A另外一端连接一个安置在容腔13A的压力总管27。压力总管27经过一个在容腔13A侧墙的孔28到一个压力管道部件29，该压力管道部件连接一个由高温风扇31加速的排气装置30，高温风扇31由变速电机32来驱动，变速驱动电机32能够手动和自动化的调节，来调整氧化调节以达到已定的生产效率。在入口33到高温风扇31，由一个管道部件34连接。在管道部件34的底端连接一个抽气总管35，外面有隔离材料35A包围住。抽气总管35连接气氛抽取管36，气氛抽取管36为多个，它们在容腔13A上面排列成一排。

在受控的氧化区13里，成排的冲片表面要得到一直氧化物的困难，通过提高冷却优化方法来克服了。特别是，当冲片用铁丝困扎在一起，氧化媒介能够均匀的在冲片间的小缝隙间扩散。在与钢材反应前，通过任何氧化反应层再扩散。同样，由于增强在氧化区的冷却，可以缩短位于氧化区后的空冷区的冷却时间。

上述实施例仅是用于说明本发明，不是对本发明的限制，在发明的构思前提下对发明的任何改进和修饰，都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.冲片在退火炉中的退火氧化方法，退火炉包含一个传输装置来传输冲片的托盘，该传输装置依次从穿过退火炉的预热区、高温区、冷却区、净化区、氧化区，其特征在于，通过以下步骤进行退火氧化：

先将冲片输送到375℃-425℃的温度环境中进行预热，将冲片烘干和除油；将预热除油后的冲片输送到高温区进行退火，在高温区的气氛环境中通入氮气、氢气和少量的空气在该高温区中流动，使冲片脱碳、回复再结晶以及去除内应力；将冲片输送到冷却区冷却到600-1000°F的温度范围；输送冲片到净化区，通过净化区将冷却区与氧化区的气氛隔离，再将冲片输送到氧化区；在氧化区的气氛环境中通入氮气和空气在该氧化区中流动，氧化区中设置有若干个气氛注射管，每个气氛注射管有众多的气氛喷射装置，气氛喷射装置紧靠着输送装置的托盘，气氛喷射装置使氧化气氛形成紊流，用于打乱冲片的迟钝气氛的分界层，以及为冲片表面提供反应成分，并补充在冲片间氧化所需反应成分，所述高温区中通入的氮气流量为45-55m³/h，氢气的流量为7-10m³/h；所述氧化区中通入的氮气流量为7-10m³/h，空气流量为1.2-2m³/h。

2.根据权利要求1所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：在净化区中通入氮气在该净化区中流动，该氮气的流量为10-12m³/h。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：所述净化区设有感知上述净化区内的温度的温度传感器，温度传感器与一电脑连接，该电脑用于控制冷却区以保证输出到净化区的冲片的温度为600-1000°F。

4.根据权利要求1或2任意一项所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：所述净化区内设有冷却系统。

5.根据权利要求1所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：在氧化区设有一个用于形成均匀气氛的循环风扇。

6.根据权利要求1所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：氧化区内设有抽取气氛的气氛抽取管。

7.根据权利要求1所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：气氛喷射装置连接一个与托盘的传输方向成垂直的排气部件。

8.根据权利要求7所述的冲片在退火炉中的退火氧化方法，其特征在于：所述排气部件为呈L型的排气部件。