CN102051457A - 具有过热温度的室式炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对用于热成型加工的构件(13、13a)进行加热的方法，其中，所述构件(13、13a)在炉(1、1a)内被加热到额定温度(Y)，其特征在于，炉(1、1a)构造为室式炉且所述炉(1、1a)的内部温度(X)在加热的任何时刻高于构件(13、13a)的额定温度(Y)，其中，构件(13、13a)在达到额定温度(Y)之后被从炉(1、1a)中取出，而不必具有炉(1、1a)的过热温度。

Description

具有过热温度的室式炉

技术领域

本发明涉及一种对用于热成型加工的构件进行加热的方法以及用于该方法的设备。

背景技术

钢构件的机械强度能够以如下方式得以提高，即：材料通过加热并且紧接着快速冷却而变硬。碳原子由此而产生的在金属晶格中的位置改变从到达奥氏体化温度开始，其中，接下来的冷却导致形成一种马氏体的硬金属组织且由此构件的强度显著提高。

在使用薄壁的钢构件时(例如板材)，与此相关地，成本有利的成型-或者挤压硬化设立作为用于热成型加工板的方法。在此，板材在加热后被放入进行成型的模具中，在所述模具中，对该板材进行成型加工并且通过冷却而硬化。

特别是在汽车工业中，出于生态和经济的考虑，产生了对于如此制造的高强度的车身构件的越来越多的需求，所述车身构件具有非常有利的强度重量比。

为了给冲压模具连续地提供已加热的钢板，使用长形的或者圆形的连续式炉

例如转底炉或者辊底炉，其位于成型和硬化过程之前。在连续式炉中放入的钢板借助输送单元通过连续式炉并且在此在炉内气氛中被加热并且保持在该温度上。所述构件在过程出口处被取出之前已经达到其奥氏体化的额定温度。

DE10 2005 057 742B3描述了一种用于加热钢构件的方法和装置。通过使用多个输送装置除了将构件位置精确地输送通过炉之外也降低了往常由于使用常规的产品载体装置而产生的热量损失。所述输送装置连同放置的构件一起通过以及离开所述炉。所述输送装置由于接下来在炉外面返回过程入口的输送过程而不可避免地冷却并且在紧接的炉过程中重又被加热。取消在外部的返回输送在能量方面是有利的，因为所述炉因此需要连续地进行较小程度的加热。同样通过输送系统部件在炉外面的可能的布置降低通常处于炉内的系统的易受干扰性。

原则上连续式炉由于其结构类型需要较大空间。在此所使用的输送系统与其结构无关地经受增加的磨损，因为所述输送系统以持续工作方式运行并且至少部分连续地与热的炉内气氛相接触。设备结构由于其尺寸而整体上被看作是静止的并且对于其改装以及移置被看作是不灵活的以及费事的。由于尺寸的原因，这种设备需要高的投资，另外，所述设备还占用较大的安放面积并且仅能非常困难地集成到现有结构中。

为了进行维护工作，相应大的加热的物体须经过较长的时间冷却并且接着又必须重新被完全加热。所述炉的由特征的内部输送而造成而大的内部空间(其必须被加热且保持至所需的温度)导致较高的能量消耗。基于前述内容，待加热的构件经历在炉内气氛中的较长的通过时间并且在此不可避免地易于增强地形成氧化皮以及表面脱碳。

发明内容

由现有技术出发，本发明的目的因此在于，以如下方式对接下来进行热成型加工的构件进行加热的方法改进，即：减少在炉内的长的加热时间并且显著减小炉设备的安放面积。此外本发明的目的在于，提供用于加热构件的方法的设备，所述设备在设备的移置和改装方面具有高的灵活性并且需要显著降低的能量投入。

该目的的解决方案按本发明在于根据权利要求1的措施的用于加热构件的方法以及根据权利要求10的用于实施该方法的设备。

有利的改进实施方式是从属权利要求2至9的主题。

本发明涉及一种用于对接下来进行热成型加工的构件进行加热的方法，其中，所述构件在炉中被加热到事先规定的额定温度。在此，构件接下来进行的热成型加工不应被看作强制性的，因为加热例如也可以是表面处理的结束步骤，或者可以用于钢构件的回火，以降低内部应力。

根据本发明，炉的内部温度在加热的任何时刻高于构件的事先规定的额定温度，其中，所述构件在到达额定温度时从炉中被取出并且不被加热到炉内温度。特别的优点在于构件的加快的加热速度和缩短的加热时间。

由于在炉温度和放入的构件温度之间的温差通常热量如此长时间地流入到所述构件中，直至上述两个温度的均衡。构件温度越接近炉内部温度，在此所述构件的加热速度下降越大。由此，解释了构件在连续式炉中的必需的长的停留时间，其中，内部温度明显更低并且与放入的构件的额定温度相应。通过炉的根据本发明的过温，因此加热速度关于额定温度变慢更晚，从而所述构件更快地达到其额定温度并且能在已显著变短的加热时间之后从炉内气氛中取出。

在本发明的范畴内，特别有利的是，炉的预先设定的温度至少高于构件的额定温度15％。通过该比例得出在炉的过温带来的能量耗费和构件的因此实现的缩短的加热速度之间的经济上的平衡。通过构件在炉内气氛中的必须的停留时间的显著缩短，除了降低的周期时间外也大大减少了氧化皮形成以及表面脱碳。

由构件的用于奥氏体化的从850℃至950℃的额定温度出发，炉的内部温度为1100℃至1200℃。

为了仅以较低的能量耗费实现炉内部的所需的过温，本发明的优选的构造方式设定为，炉不构造成连续式炉，而是构造成室式炉，在其炉室中，每个构件单独被加热。基于紧凑的尺寸得到炉表面积和炉体积相对于待加热的构件的极其有利的比例。与连续式炉相反，于是尽管过热温度仍实现了必需能量的显著降低。按照要求，也可以在室式炉中设置多个炉室和/或者并行运行多个室式炉。

该方法的另外的构造方式设定为，在炉室中设置包围待加热构件的保护气氛，以便能够在加热期间尽可能避免构件脱碳或者生成氧化皮。由于相对连续式炉的较小的炉容积，需要明显更经济的也就是量更小的保护气体。

为了能够在炉内部不设置用于输送构件的部件，有利的是，所述构件在加热期间位置固定地保持。构件的由此实现的位置精确的放置使得在加热期间以及特别是在加热后没有位置校准的必要性。由此正好在炉的自动加载和卸载方面产生控制更简单以及节省时间的大的优点。因为不需要与炉内气氛持久接触的输送装置的部件，加热仅仅集中在放入的构件上。因此不存在可动部件的不必要的加热并且保护这些部件免受增高的热磨损。

因为炉的内部温度作为过热温度高于构件的额定温度，另外的构造方式设定为，设有用于检测构件的温度的装置。在达到构件的额定温度以后，所述用于检测温度的装置引起炉的打开并且构件以低于炉内温度的额定温度被取出。由此，产生如此监测的加热过程的确定的可重复性，其具有对于接下来的成型和/或处理过程保持不变的特性。

与用于温度检测的装置相组合或者在放弃用于温度检测的装置的情况下，可以将所述炉在一个固定的预先设定的间隔之后按时间控制地打开并且将所述构件从炉室中取出。

虽然基本上所有可能的构件形状和材料(例如由塑料预成型的横截面)能够以这种方式加热，在本发明的范畴内被视为有利的是，所述构件具有薄壁形的横截面并且是钢板。为了能够提高构件的强度，所述方法设定为，钢板在炉内气氛中被加热到＞Ac3的硬化温度并且奥氏体化。

为了实现在炉室的待加热的内部空间和放入的待加热的构件之间的经济的比例，有利的是，对炉室的空间进行界定的内表面具有相对于放入的构件的最大30cm的间距。由此，避免对不被构件利用的内部空间进行不必要的加热，其中，为了炉室毫无困难地装料和卸载的安排，保留足够的间距。

所描述的方法以及所示出的设备相对于在连续式炉中的加热提供了一系列优点。除了明显减少了用于炉设备的所必需的安放面积外，根据相应的炉温还实现了加热时间减少约80％。因为所述构件更快地加热且因此在炉气氛中的停留时间明显缩短，同时也大大减少了氧化皮形成以及表面脱碳。缩短的加热时间减少了每个构件必需的周期时间并且因此增加了可能的周期序列。此外更小的且因此明显更轻便的室式炉的应用使得一种更为灵活的使用成为可能，其使得设备的快速的改装成为可能。

通过取消在炉室中的输送元件，炉设备的维护措施减到最少。同时不需要同时加热部件。加热时间的缩短和在内部带有仅较少部件的炉室的内部容积的明显减少的结合实现了整体上明显减少的能量消耗。通过构件的能随时取出的可能性在达到额定温度之后避免在炉气氛中的不必要的停留。

与用于检测温度的装置相结合，所述方法按各实际情况根据所达到的构件温度的形式来实施，而不必等待事先确定的输送过程的结束。于是，各自具有不同起始温度的构件能够毫无问题地集成到所述制造过程中。

因此，周期时间以及构件的热负荷整体上能够减少，并且因此伴随而来的氧化皮形成借助紧接的后处理而减到最小。

附图说明

下面借助在图中示意示出的实施例以及图表详细阐述本发明。其中：

图1以第一视图示出室式炉形式的根据本发明的炉；

图2示出根据图1视图的炉与设置在其旁边的机械手的组合；

图3示出根据图2的示图的炉和机械手与带有放入的构件的根据图1的示图的另一炉的组合，以及

图4示出经过连续式炉的滞后测量(Schleppmessung)的图表，连续式炉具有用于测试目的而调设的过热温度。

具体实施方式

图1示出作为室式炉的根据本发明的炉1。炉1主要包括箱形的壳体2，所述壳体在五个面上被封闭且在前面在纵向侧上具有作为装料处的开口3。开口3能够通过在这里未详细示出的翻盖封闭，从而形成全封闭的炉室4。

炉1的壳体2横向地位于由中空型材制成的机座5上并且与该机座固定连接。如炉1那样，机座5具有矩形的底面，其中，在每个角上，设置有调节脚6，通过所述调节脚，炉1能够放置在地面上并且通过调节各个单独的调节脚6能够被精确调平。在炉室4的内部空间中在下面的区域中具有存放架7，其中，在壳体2的相同的侧上在外侧在机座5的区域内设置有燃烧器8。在壳体2的与燃烧器8相对置的外侧上具有换热器9，因此，该换热器因此放置在炉1上且通过壳体2以及炉室4的内表面10与炉室4相连。开口3以及炉室4具有高度A以及在横向上具有宽度B。

图2示出与设置在其旁边的机械手11组合的根据图1的炉。机械手11在侧面位于炉1的开口3之前。在机械手11的末端上，接近机械手臂末端，所述机械手具有联接单元12，该联接单元用于接纳以及安放构件13。

图3示出已经在图2中示出的炉1和机械手11以及在所述机械手旁边设置的炉1a。这种构造在此相应于实际中的应用，其中，炉1和炉1a分别处于机械手11旁边的一侧。

图4示出通过连续式炉的阻尼测量的图表形绘制的测量结果。以曲线图的形式在水平轴上表示时间且在垂直轴上表示构件13的在三个不同的测量点上测得的温度。构件13的对于周期过程所必须的时间段大约是180秒。通过关于时间的图示示出三条性质上相似的曲线MP1、MP2和MP3，其中，测量点MP1位于一凹陷部(孔)处且MP2位于构件13的中部。

连续式炉的内部温度X预先设定为约1150℃且因此明显高于构件13的大约900℃的额定温度Y。构件13的温度在放入连续式炉时处在大约25℃的环境温度的大小。

从测量曲线MP1、MP2和MP3可以看出，构件13在炉内气氛中的加热速度从约25℃至约700℃接近线性地延伸并且为约平均每秒24℃且需要大约28秒。在进一步的进程中，加热速度连续下降，从而在总共50s以后构件13具有其900℃的额定温度并且进一步在70秒之后且因此总共在约120秒后炉的内部温度X才具有约1150℃大小。

在热成型加工之前，钢板形式的构件13放置在构造为室式炉的炉1的炉室4内的存放架7上。构件13的温度首先相当于约25℃的外部的环境温度。炉室4的高度A和宽度B相当于构件13的尺寸，所述构件相对于炉室4的每个内表面10具有30厘米的间距。

燃烧器8在此在炉室4中产生约1150℃的内部温度X，其中，换热器9用于对在炉室4中的保护气氛预先加热。通过在炉室4的内部温度X和构件13之间的较大的温度差产生了较高的且在开始接近于线性延伸的约每秒24℃的加热速度。

这里未详细示出的用于温度检测的装置在此对构件13的加热进行监测。

在构件13在约28秒后已经具有约700℃的温度后，加热速度减慢，从而在约50秒后构件13的额定温度Y达到900℃大小并且构件13奥氏体化。

随着达到额定温度Y，在此未详细示出的用于温度监测的装置引起炉1的开口3的打开。装备有联接单元12的机械手11借助该联接单元将加热到额定温度Y的构件13通过开口3从炉室4中从存放架7取出并且将所述构件输送至在这里未详细示出的成型设备上。

一旦机械手11将构件13放置在成型设备中，机械手从料库中取出下一个这里未详细示出的构件并且将该构件运送给现在空的炉1，用于加热。在旁边的炉1a中具有另外的已经加热的构件13a，该构件在达到额定温度Y后同样能够借助机械手11从炉室4a通过当时打开的开口3a从炉室4a中取出并且运送给未详细示出的成型设备。

通过每个单独的炉1、1a的装料和卸载之间的持续交替，实现已加热的构件13、13a向这里未详细示出的热成型设备的连续运送。

附图标记列表

1    炉

1a   炉

2    壳体

3    开口

3a   开口

4    炉室

4a   炉室

5    机座

6    调节脚

7    存放架

8    燃烧器

9    换热器

10   内表面

11   机械手

12   联接单元

13   构件

13a  构件

A    开口3、3a以及炉室4、4a的高度

B    开口3、3a以及炉室4、4a的宽度

X    内部温度

Y    额定温度

MP1  构件13、13a的测量点

MP2  构件13、13a的测量点

MP3  构件13、13a的测量点

Claims (10)

1.对用于热成型加工的构件(13、13a)进行加热的方法，其中，所述构件(13、13a)在炉(1、1a)内被加热到额定温度(Y)，其特征在于，所述炉(1、1a)的内部温度(X)在加热的任何时刻高于所述构件(13、13a)的额定温度(Y)，其中，所述构件(13、13a)在达到所述额定温度(Y)之后被从所述炉(1、1a)中取出。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部温度(X)高于所述额定温度(Y)至少15％。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部温度(X)为1100℃至1200℃，其中，所述构件(13、13a)的额定温度(Y)为850℃至950℃。

4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述炉(1、1a)构造为室式炉，在所述炉的炉室(4、4a)中，每个构件(13、13a)单独地被加热。

5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述炉室(4、4a)中设置有保护气氛。

6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述构件(13、13a)在加热期间位置固定地保持。

7.按权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，设有用于检测所述构件(13、13a)的温度的装置，其中，在达到所述额定温度(Y)之后，所述炉(1、1a)打开并且将所述构件(13、13a)取出。

8.按权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述炉(1、1a)按时间控制地打开并且将所述构件(13、13a)取出。

9.按权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述构件(13、13a)是钢板，所述钢板被加热到＞Ac3的温度。

10.用于实施按权利要求1至9之一所述方法的设备，其特征在于，对所述炉室(4、4a)的空间进行界定的内表面(10)具有相对于放入的所述构件(13、13a)最大30cm的间距。

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