CN101967539A - 立式真空水淬炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于真空热处理装备技术领域，公开了一种立式真空水淬炉。加热室采用内热式结构，设有上隔热门、下隔热门和下密封门。置于炉顶的淬火机构在吊装炉料加热后，在不关各门状态下，直接将炉料垂直淬入置于炉底的淬火水槽。淬火机构配有随动的隔离抽气筒，加热时位于上隔热门之上，淬火时落到下密封门口，防止淬火产生的水蒸气污染加热室。置于加热室下方的淬火水槽装有升降机构垂直输运炉料。解决了卧式真空水淬炉工件转移时间长、外热式真空水淬炉加热温度和有效加热区尺寸有局限等技术问题。

Description

立式真空水淬炉 

 技术领域

本发明涉及真空热处理装备领域，确切地说是一种立式真空水淬炉。 

背景技术

目前技术成熟、广泛应用的真空淬火炉主要是真空油淬炉和真空高压气淬炉，不能满足一些材料(如钛合金、铍青铜、弹性合金、不锈钢等)需要用水淬火的技术要求。真空水淬炉的应用实例还较少。真空水淬炉的基本技术要求：(1)加热时，应从传热和气密两方面完全隔离加热室与淬火水槽，因加热室的工作温度远高于水的沸点，加热室的压力远低于水的蒸汽压；(2)淬火时，应避免淬火产生的水蒸气污染加热室，否则会有损于加热室的真空性能或加热元件的使用寿命。 

专利200420000295.4“双室真空水或水基介质热处理炉”采用卧式、内热式结构，加热室与冷却室之间设有隔热和密封的闸板门，达到了上述基本要求。但是其工件转移时间较长(打开闸板门取料到炉料全部淬入水中的时间，约25秒)，原因在于：(1)打开闸板门后，设在冷却室中的淬火机构要花一定时间进入加热室取料；(2)从加热室取出炉料后，炉料淬火之前，要等待关闭闸板门；(3)需要两套机械机构顺序完成水平取料和垂直入水两个机械动作。 

专利200510021231.1“小型多用单室真空水淬炉”采用外热式结构满足上述基本要求，再加上采用翻转倾倒方式淬火，省去了取料和等待关闭炉门的时间，其工件转移时间较短(6～8秒)。但是其局限性在于：(1)加热温度不能高于1100℃；(2)有效加热区尺寸有限(直径160mm，长300mm)，故装炉量有限；(3)淬火时高于900℃的高温炉罐完全暴露，对工作环境散热大，能耗也较高；(4)淬火后要等待炉罐冷却1～2小时后才能继续装炉，生产率低。 

总之，上述两种现有技术中，前者加热温度高、装炉量较大、无炉罐直接散热、但是工件转移时间较长；后者工件转移时间较短，但是加热温度和装炉量有限、炉罐直接散热大。 

发明内容

本发明的目的是在满足真空水淬炉基本技术要求的前提下，缩短工件转移时间，增加有效加热区尺寸，同时又无炉罐直接散热。 

为此，本发明的技术方案包括： 

采用现有成熟的内热式结构，加热温度高，无炉罐直接散热，有效加热区尺寸大。 

采用立式炉体结构，淬火机构置于炉顶，淬火水槽置于炉底。加热时，淬火机构吊装炉料于加热室，上隔热门、下隔热门和下密封门处于关闭状态。淬火时，打开上隔热门、下隔热门和下密封门，并且在保持上隔热门、下隔热门和下密封门打开的状态下，淬火机构只用一个连续的垂直动作将炉料直接快速送入水中，省去了取料和等待关闭炉门的时间。而且，由于垂直起重动作比水平悬臂起重动作的稳定性高，所以移动速度可以较快，可进一步缩短工件转移时间。另外，垂直驱动机构比水平悬臂驱动机构简单。 

设有随淬火机构移动的隔离抽气筒，其高度大于下密封门口到加热室顶的高度，上下通气、水平四周不通气，下端横截面的尺寸大于下密封门口的尺寸，当随淬火机构下降落到下密封门口后，隔离抽气筒下端可以完全封住下密封门口，上端 伸出加热室顶外，其作用在于防止淬火时产生的水蒸气污染加热室。为配合实现隔离抽气筒的作用，炉顶开有抽气口，主要用于抽走淬火时产生的水蒸气。 

上隔热门采用双扇、水平对开结构。门缝中间开有吊具过孔，加热时处于关闭状态，仍可允许吊具通过上隔热门吊装炉料于加热室。门口尺寸大于隔离抽气筒横截面的尺寸，淬火时打开后允许隔离抽气筒通过，直至隔离抽气筒落到下密封门口。 

本发明的具体方案是 

一种立式真空水淬炉，其特征在于炉子是自上到下由淬火机构室、上隔热门、加热室、下隔热门、下密封门和淬火水槽组成的真空气密结构。 

上述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火机构室高度高于隔离抽气筒顶最高位，横截面的尺寸大于隔离抽气筒横截面的尺寸，尺寸以包容隔离抽气筒为下限。 

上述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火机构室内装有可以带动料钩和隔离抽气筒垂直移动的淬火机构，垂直行程等于加热工位到装卸料工位的垂直距离。 

上述的立式真空水淬炉，其特征在于隔离抽气筒高度大于下密封门口到加热室顶的高度，上下通气、水平四周不通气，下端横截面的尺寸大于下密封门口的尺寸，随淬火机构下降落到下密封门口后可以完全罩住下密封门口。 

上述的立式真空水淬炉，其特征在于上隔热门炉口尺寸大于隔离抽气筒横截面的尺寸。 

上述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火水槽内装有可以托举炉料在淬火工位、装卸料工位和加热工位之间垂直移动的升降机构。 

本发明结合卧式、内热式双室真空水淬炉和外热式单室真空水淬炉的特点，提出了解决前者工件转移时间长和后者加热温度和有效加热区尺寸有局限等技术问题的整体技术方案。 

附图说明

图1立式真空水淬炉结构示意图(加热状态) 

1、淬火机构，2、淬火机构室，3、隔离抽气筒，4、料钩，5、加热工位，6、加热室，7、装卸料工位，8、水面，9、淬火工位，10、淬火水槽，11、上隔热门，12、隔热层，13、加热元件，14、下隔热门，15、下密封门，16、炉门，17、炉体支架，18、升降机构 

图2立式真空水淬炉结构示意图(淬火状态) 

1、淬火机构，2、淬火机构室，3、隔离抽气筒，4、料钩，6、加热室，7、装卸料工位，8、水面，9、淬火工位，10、淬火水槽，11、上隔热门，12、隔热层，13、加热元件，14、下隔热门，15、下密封门，16、炉门，17、炉体支架，18、升降机构 

具体实施方法 

淬火机构室为钟罩式气密结构，底端配有法兰与加热室顶密封连接。淬火机构室内安装垂直动作的气缸，气缸推杆向下，气缸推杆底端装接可自动脱钩/挂钩的料钩，气缸推杆上托挂隔离抽气筒，气缸的垂直行程等于加热工位到装卸料 工位的垂直距离。气缸推杆从加热工位向下移动过程中带动料钩和隔离抽气筒同步向下移动，当隔离抽气筒落到下密封门口后，隔离抽气筒不再随气缸推杆向下移动，气缸推杆继续向下移动直至到达装卸料工位，推动自动脱钩/挂钩机构打开料钩，使炉料落入淬火水槽。气缸推杆从装卸料工位向上移动时提起自动脱钩/挂钩机构锁紧料钩，从而吊起炉料，气缸推杆继续向上移动过程中带动挡块提起隔离抽气筒直至返回加热工位。 

隔离抽气筒是本发明的核心，其作用在于：有效防止为缩短工件转移时间而不关炉门直接淬火时产生的水蒸气污染加热室。为此，隔离抽气筒可以做成一个上下通气、水平四周不通气的圆筒，当随淬火机构下落到下密封门口时，底端恰好落入下密封门口上的沟槽中(或接触面上)，达到密封下炉口的效果此时顶端伸于上炉口之上。淬火时产生的水蒸气可经隔离抽气筒和设在加热室上方的抽气口被真空泵抽走，不至接触加热室中的加热元件和隔热屏(或隔热层)等构件上隔热门、加热室、下隔热门和下密封门均可采用现有技术，具体结构和尺寸视应用范围确定。只是上隔热门应采用中分双开式隔热门，中门缝留吊具过孔。 

淬火水槽为筒形结构，上端一侧设密封炉门，作为装卸料的通道。装卸料工位炉料顶面应低于炉口上缘，炉口下缘低于装卸料工位炉料底面，水面低于炉口下缘。 

采用现有技术在淬火水槽中配置升降机构，用于将淬入水中的炉料从淬火工位升起到装卸料工位，处于淬火工位时可托住淬入水中的炉料并使炉料顶面没于水中，处于装卸料工位时可托住装入炉内的炉料。 

炉子的典型运行过程如下： 

设初始状态为各炉门关闭，淬火机构处于加热工位，升降机构处于装卸料工位。 

平衡淬火水槽与炉外压力后，打开炉门，将炉料装到升降机构上，关闭炉门： 

平衡淬火水槽与加热室及淬火机构室的压力后，打开上隔热门、下隔热门和下密封门，淬火机构到装卸料工位吊取炉料； 

淬火机构到将炉料吊至加热工位后，关闭上隔热门、下隔热门和下密门，升降机构降至淬火工位， 

执行工艺需要的抽真空和加热程序； 

加热程序结束后，平衡淬火水槽与加热室及淬火机构室的压力，打开上隔热门、下隔热门和下密封门； 

淬火机构带着炉料和隔离抽气筒快速向下运动，直至隔离抽气筒完全罩住下密封门口后，到装卸料工位放开炉料，使炉料落到水中处于淬火工位的升降机构上； 

淬火机构返回加热工位后，关闭上隔热门、下隔热门和下密封门； 

淬火冷却结束后，升降机构将炉料升至装卸料工位控水； 

平衡淬火水槽与炉外压力后，打开炉门，将炉料从升降机构上取出，关闭炉门； 

立式真空水淬炉的主要技术参数如下表所列： 

注：1.本发明的应用范围不限于上列炉型，有效加热区尺寸可根据实际需要选择。 

2.本发明的应用范围不受上列技术参数的限制，最高温度、炉温均匀性、极限真空度和压升率四个指标可根据实际需要选择。这些参数选择不同，炉子加热系统和真空系统的材料和组态可能不同，但是不限制本发明的应用。 

从上表所列的数据看，本发明的立式内热式真空水淬炉突破了外热式真空水淬炉加热温度和加热区尺寸的局限性，工件转移时间比卧式内热式真空水淬炉的短。由于内热式真空水淬炉无高温炉罐，淬火时高温炉胆固定不动、不暴露，完全消除了外热式真空水淬炉淬火时暴露高温炉罐对工作环境的散热。 

第二种实施方法 

作为本发明的另一种实施方法，可以将下隔热门和下密封门合并成一体，用一个下隔热密封门同时实现隔热和密封。 

第三种实施方法 

本发明中位于炉体上方的淬火机构同时挂载炉料和隔离抽气筒，作为本发明的第三种实施方法，可以分离这两个机械动作，位于炉体上方的机构只挂载隔离抽气筒，位于淬火水槽中的升降机构完成托举炉料进出加热室和淬火水槽的机械动作。这种情况下，下隔热门和下密封门不能合并成一体，下隔热门须采用中分双开式隔热门，中门缝留升降机构托架过孔，下隔热门上还要装备料台，以放置加热炉料。这种炉子的运行过程变为： 

平衡淬火水槽与炉外压力后，打开炉门，将炉料装到升降机构上，关闭炉门； 

平衡淬火水槽与加热室及淬火机构室的压力后，打开下隔热门和下密封门，升降机构将炉料升至加热工位上方后，关闭下隔热门； 

升降机构下降将炉料放到下隔热门上的料台后，升降机构继续下降至装卸料工位； 

关闭下密封门，执行工艺需要的抽真空和加热程序； 

加热程序结束后，平衡淬火水槽与加热室及淬火机构室的压力，打开下密封门； 

升降机构上升至加热工位将炉料托起后，打开下隔热门；打开上隔热门，淬火机构带着隔离抽气筒向下运动，直至隔离抽气筒完全罩住下密封门口；与此同时，升降机构下降将炉料淬入水槽。 

关闭下隔热门和下密封门； 

淬火机构返回加热工位后，关闭上隔热门； 

淬火冷却结束后，升降机构将炉料升至装卸料工位控水； 

平衡淬火水槽与炉外压力后，打开炉门，将炉料从升降机构上取出，关闭炉门； 

第四种实施方法 

上述前三种实施方法中，加热室与淬火水槽是固定一体的。在采用第三种实 施方法的基础上，加热室与淬火水槽可以是分体的，并可相对移动。作为本发明的第四种实施方法，加热室与淬火水槽是分体的，加热室是固定的，淬火水槽配备运载车可水平移动。加热室与淬火水槽之间装有密封对接装置。省去淬火水槽侧面的炉门，装卸料在淬火水槽移开时直接通过淬火水槽上方敞口进行。 

第五种实施方法 

作为本发明的第五种实施方法，在采用第三种实施方法的基础上，加热室与淬火水槽是分体的，淬火水槽是固定的，加热室配备运载车可水平移动。加热室与淬火水槽之间装有密封对接装置。省去淬火水槽侧面的炉门，装卸料在加热室移开时直接通过淬火水槽上方敞口进行。 

改进的实施方法 

作为本发明上述五种实施方法的改进实施方法，合并装卸料工位和淬火工位，即省去淬火工位，原装卸料工位同时作为装卸料工位和淬火工位，达到缩短升降机构行程和降低淬火水槽高度的目的，有利于进一步缩短工件转移时间。为此，配备储水槽或储水箱，以及储水槽与淬火水槽之间的抽水装置。装卸料时，将淬火水槽中的水抽至储水槽，使淬火水槽中的水面低于处于装卸料工位的炉料。淬火前将储水槽中的水抽至淬火水槽，使淬火水槽中的水面高于处于装卸料工位(即淬火工位)的炉料。也就是说，用抽水改变淬火水槽中水面高度代替炉料在装卸料工位与淬火工位之间的移动。 

简化的实施方法 

作为本发明的简化实施方法，省去隔离抽气筒及相应机构。简化实施方法适用于下列情况： 

可以不考虑淬火水蒸气对加热室和抽真空性能的影响；对于第三种、第四种和第五种实施方法来说，对工件转移时间的要求允许淬火时工件在装卸料工位等待关闭下密封门后再淬火。 

Claims (6)

1.一种立式真空水淬炉，其特征在于炉子是自上到下由淬火机构室、上隔热门、加热室、下隔热门、下密封门和淬火水槽组成的真空气密结构。

2.根据权利要求1所述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火机构室高度高于隔离抽气筒顶最高位，横截面的尺寸大于隔离抽气筒横截面的尺寸，尺寸以包容隔离抽气筒为下限。

3.根据权利要求1所述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火机构室内装有可以带动料钩和隔离抽气筒垂直移动的淬火机构，垂直行程等于加热工位到装卸料工位的垂直距离。

4.根据权利要求1所述的立式真空水淬炉，其特征在于隔离抽气筒高度大于下密封门口到加热室顶的高度，上下通气、水平四周不通气，下端横截面的尺寸大于下密封门口的尺寸，随淬火机构下降落到下密封门口后可以完全罩住下密封门口。

5.根据权利要求1所述的立式真空水淬炉，其特征在于上隔热门炉口尺寸大于隔离抽气筒横截面的尺寸。

6.根据权利要求1所述的立式真空水淬炉，其特征在于淬火水槽内装有可以托举炉料在淬火工位、装卸料工位和加热工位之间垂直移动的升降机构。

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