CN102212663B

CN102212663B - 一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置

Info

Publication number: CN102212663B
Application number: CN 201110153914
Authority: CN
Inventors: 李钒; 梁向峰; 杨帆; 姚传好; 徐梦迪
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: CN102212663A

Abstract

本发明公开了一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，属于冶金设备技术领域。在机箱内侧安装有竖直导轨，通过可以在竖直导轨滑动的导靴11安置在竖直导轨上的三组固定支撑板，由上至下在三组固定支撑板之间所形成的两个空腔分别固定了冷却室和与之相连接的炉体；在冷却室的上端与下端加上固定支架；相连在一起的炉体和水冷冷却室与引导其向上运动的安置在设备顶部的拽引机的拽引钢丝相连；在炉体的底部安装有磁铁A。在机箱底部与磁铁A同极相对安装有用于与磁铁A共同产生减缓炉体和冷却室自由落体下落的排斥力的磁铁B。本发明采用炉体与水冷冷却室的自然下落，永磁铁减震止动，投资少，易于实施，淬火速度高。

Description

一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置

技术领域

本发明涉及一种气氛控制淬火装置，其通过炉体与水冷冷却室的快速下落，样品的相对上升进入水冷冷却室达到淬火目的，并用永久磁铁达到止动效果，属于冶金设备技术领域。

背景技术

淬火过程是在材料、冶金等领域重要的研究方法。传统的淬火方式是通过剪断吊丝，达到样品下落脱离高温过程，一般下部有淬冷剂水或液氮。由于剪断吊丝过程和淬冷剂作用对于气氛敏感型的材料这样的研究方式不能满足要求。采用有气氛的淬火腔是解决这一问题的方法。多数设计都是样品运动法。但无论液压还是气动，投资都相对较大。尤其对快速淬火和对淬火过程振动敏感的样品，较难达到。对于淬火生成等轴晶结构的试验，淬火冷却速率慢，会导致样品从外到内存在温度梯度，样品中会观察到有树枝状晶合等轴晶共生，无法满足要求。而对于局域浓度不同的晶体表面生长机理研究，淬火过程的震动会引起结晶表面液相的流动，造成研究中的错误。本发明针对这一问题采用炉体与水冷冷却室的自然下落，利用同极永磁铁的磁库仑定律

随两个相向运动同极磁铁距离越近即r越小，k为比例系数，两个永磁铁确定则q_m1q_m2为常数，其相互作用的推斥力越大。逐步抵消重力作用和加速运动，达到减震止动的效果，投资少易于实施，淬火速率高。

发明内容

本发明在于克服传统的淬火方式不能在控制的气氛中淬火，现有气氛的淬火为样品运动淬火法，投资都相对较大。尤其对快速淬火和对淬火过程振动敏感的样品，较难达到。本发明针对这一问题本发明提出了一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置。

本发明采用如下技术方案：

一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置：在机箱内侧安装有竖直导轨14，通过可以在竖直导轨14滑动的导靴11安置在竖直导轨4上的三组固定支撑板10，由上至下在三组固定支撑板10之间所形成的两个空腔分别固定了冷却室12和与之相连接的炉体18；在冷却室12的上端与下端加上固定支架13；相连在一起的炉体18和水冷冷却室12与引导其向上运动的安置在设备顶部的曳引机1的曳引钢丝6相连；在炉体18的底部安装有磁铁A22。

在机箱底部25与磁铁A22同极相对安装有用于与磁铁A22共同产生减缓炉体18和冷却室12自由落体下落的排斥力的磁铁B24。

用于装载样品17的坩埚16位于吊篮15中。吊篮15与穿过冷却室12的中空管8相连，中空管8固定在机箱顶部2，上述的坩埚16、吊篮15与中空管8均为固定部分；其中中空管8与运动的冷却室12的端面接触部分采用挤压O型环动态密封9；中空管8的上端安装有用于导入样品17的加样器7。

本装置具有两个工作状态分别对应附图1和附图2。附图1工作状态，动态密封部件9与中空管8外套管相遇的极限位置。此时用于装载样品17的坩埚16正处在炉管14中的等温带中(术语：高温管式炉中，炉管中温度分布均匀，温度差很小的部分称为等温带，多在炉管的中部，炉管两端因为散热存在温度降)。附图2工作状态，磁铁A22以及与之同极相对的磁铁B24相距最近，同时也是曳引钢丝6伸长的极限位置。此时用于装载样品17的坩埚16正处在冷冷却室12中。

所述磁铁A22以及与之同极相对的磁铁B24相互作用产生的推斥力制动，要求磁铁产生的磁场为600～4600奥斯特。

所述的冷却室12为水冷冷却室。

炉体18的内部插入炉管14，炉管14采用缠绕在炉管外侧的电阻加热，炉体18外层为耐火材料；，炉管14的内部为反应部分，炉管14的外部为缠绕的加热部件；在炉体的等温带中插入高温的控制和测量的热电偶23；为了保护热电偶和炉子底部温度不会影响到磁铁工作，在炉管14内和热电偶(23)外侧套有防热辐射的氧化铝质的隔热套管19，隔热套管19放置在炉管19底部的封口上。

为了适用于不同的反应气氛，在炉子底部有进气口20，和针阀与气路三通，通过接真空口21接到真空泵(通常是机械真空泵，图中未标出)，以达到系统真空换气，在中空管8顶部有出气口5，出气口5安有协助封闭抽真空针阀。另在出气口5一侧装有加样器7。

所述的加样器7为一螺纹封闭的空腔，装有推动活塞；在控制气氛前装入样品，推动活塞样品进入中空管8，并落入吊篮15的坩埚16中。

所述的冷却室12由在样品17和坩埚16换取时可拆卸的三部分组成，各部分之间的接触面上开有圆形凹槽；在凹槽中有用于密封的密封O型环；三部分之间通过卡钳连接。

在冷却室17与炉体18的相互接触面上开有圆形凹槽，凹槽中有用于密封的密封O型环；与炉体18接触的冷却室12部分为螺栓固定链接。

本装置在使用时，炉体18和水冷冷却室12一体的向上运动有安置在设备顶部的曳引机1通过曳引钢丝6来拽动完成；而向下运动则通过炉体18和水冷冷却室12的自重自由落体完成。炉体18和水冷冷却室12的下落止动则是通过安装在炉体18底部的磁铁A22以及与之同极相对的磁铁B24接近而相互作用产生的推斥力完成，而曳引钢丝6拉紧作为保护。

炉体18和水冷冷却室12的运动，造成在反应气氛中的淬火效果。

本发明可以获得如下有益效果：首先是一种在可以控制气氛下的淬火装置，其采用炉体与水冷冷却室的自然下落，永磁铁减震止动，投资少易于实施，淬火速度高。因所研究样品处于相对静止状态，能够减低外来震动对样品结构的影响。因为有加样器，可以用于研究样品的高温原位反应机理。

附图说明：

图1为磁力缓冲炉体下落淬火装置样品保温状态剖面图；

图2为磁力缓冲炉体下落淬火装置样品淬火状态剖面图。

图中：1、曳引机，2、机箱顶部，3、机箱外墙，4、导轨，5、出气口，6、曳引钢丝，7、加样器，8、中空管，9、动态密封，10、固定支撑板，11、导靴，12、冷却室，13、固定支架，14、炉管，15、吊篮，16、坩埚，17、样品，18、炉体，19、隔热套管，20、进气口，21、接真空，22、永磁铁A，23、热电偶，24、永磁铁B，25、机箱底部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对于本发明作进一步的说明：

实施例1

本发明提供一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其包括通过导靴11安置在竖直导轨4上的三组固定支撑板10，而在在三组固定支撑板10之间分别固定了炉体18和与之相连接的冷却室12。而为了使冷却室和炉体在轨道上上下运动的相对位置固定和密封连接，特意在冷却室12的上下端加上固定支架13。炉体18和水冷冷却室12可以上下运动，其一体的向上运动有安置在机箱顶部2的曳引机1通过曳引钢丝6来拽动完成。由于曳引机1所需承载的重量较大，因此承载机箱顶部2的机箱外墙3需要一定的结构强度。而向下运动则通过炉体18和水冷冷却室12的自重自由落体完成。炉体18和水冷冷却室12的下落止动则是通过安装在炉体18底部的磁铁A22以及与之同极相对的磁铁B24要求磁铁产生的磁场为600～4600奥斯特，两磁铁接近而相互作用产生的推斥力完成，而曳引钢丝6拉紧作为保护。

作为研究主体的样品17，则放置在承载坩埚16的吊篮15中。吊篮15与中空管8相连，中空管8固定在机箱顶部2，因此上述的部件为固定部分。其中中空管8与运动部分的冷却室12有接触，接触部分采用挤压O型环动态密封9。

由于炉体18和水冷冷却室12的运动，而样品17静止。造成样品17会停止在两个极限位置。其一，炉体18和水冷冷却室12的最高位置，样品17正好停止在高温炉体18的等温带中，参见附图1所示位置；其二，炉体18和水冷冷却室12的最低位置，样品17正好停止在水冷冷却室12中。有第一状态带第二状态是接近自由落体的加速运动，正好满足快速淬火的要求，参见附图2所示位置2。

炉体18为电阻加热，外部为耐火材料达到保温效果。内部以炉管14将加热部件和反应部分分割。高温的控制和测量由底部插入等温带的热电偶23完成。为了保护热电偶和炉子底部温度不会影响到磁铁工作，在炉管内加入防热辐射的氧化铝质的隔热套管19。

为了适用于不同的反应气氛，在炉子底部有进气口20，和针阀与气路三通，接到真空21与真空泵相接，以达到系统真空换气，在中空管顶部有出气口5，出气口5也按有针阀以协助封闭抽真空。另在出气口5一侧装有加样器7。加样器7，为一螺纹封闭的空腔，装有活塞推动。在控制气氛前装入样品，推动活塞样品进入中空管8，并落入吊篮15的坩埚16中。

样品17和坩埚16的换取，是通过将冷却室12拆分成三部分完成的。在冷却室17与炉体18的相互接触面上开有圆形凹槽，拆分后冷却室17之间的接触面上也开有圆形凹槽。三个密封O型环在槽中。与炉体18接触的冷却室12部分为螺栓固定链接，而其他的各个冷却室12之间用多个卡钳固定，以达到密封效果。

下面结合铬元素在渣与金属铜中的分配平衡测定对于发明的应用作进一步说明。

首先将炉体18和水冷冷却室12降低到最低的位置如附图2所示的位置。将三段冷却室12打开。装入在金属Mo吊篮15的Mo试验坩埚16和随炉升温的样品高纯金属铜片和按渣比例混合压片的含铬氧化物17。然后安装好冷却室12。启动曳引机1，使炉体18和水冷冷却室12升到最高位置如附图1所示。这样吊篮15、坩埚16和随炉升温的样品17正好处在炉体18的等温带中。

分别关闭进气口20和出气口5的针阀，打开接真空21的阀门，抽炉管内和冷却室12的空气达到真空，关闭接真空21阀门，打开进气口20，将气体置换为经过净化的Ar气。抽真空换气的操作要反复至少3到5次。待炉管内和冷却室12的气压到一个大气压，保持进气口20和出气口5打开，Ar气经过炉管内和冷却室12。一直通气，到反应终止。出气口20接一个氧浓差电池，根据电池电动势检测Ar气中的氧含量。

炉体18程序升到研究温度，并保温，由炉子下部的热电偶23连接控温装置。严格控制升温速率和保温时间。此平衡试验无需中间加样。

到达淬火时间，打开曳引机1锁，由于重力作用，炉体18和水冷冷却室12加速下落，到达接近机箱底部25时，安装在炉体18底部的磁铁A22以及与之同极相对的磁铁B24要求磁铁产生的磁场为600～4600奥斯特，两磁铁接近而相互作用产生的推斥力，推斥力随着两块磁铁接近骤然增大，达到止动效果，且曳引钢丝6逐步达到长度极限辅助止动，两措施共同达到平稳止动效果。止动后炉体18和水冷冷却室12正好处在附图2所示位置。吊篮15、坩埚16和、样品17都处于冷却室12中，达到淬火效果。

炉体18程序降温至室温后，分别关闭进气口20和出气口5的针阀，打开接真空21的阀门，抽炉管内和冷却室12的真空，关闭接真空21阀门，打开进气口20，将气体置换为未经净化的Ar气。抽真空换气的操作要反复至少3到5次。待炉管内和冷却室12的气压到一个大气压，此时可以打开冷却室12取出反应淬火后的试验的坩埚16和样品17。试验结束。

实施例2

下面结合钒元素在渣与金属铜中的分配平衡测定对于发明的应用作进一步说明。

首先将炉体18和水冷冷却室12降低到最低的位置如附图2所示的位置。将三段冷却室12打开。装入在金属Mo吊篮15的Mo试验坩埚16和随炉升温的样品高纯金属铜片和按渣比例混合压片的含氧化物17。然后安装好冷却室12。将需要高温加料的钒氧化物压制成片装入加样器7。启动曳引机1，使炉体18和水冷冷却室12升到最高位置如附图1所示。这样吊篮15、坩埚16和随炉升温的样品17正好处在炉体18的等温带中。

炉体18程序升到研究温度，推动加样器7的活塞，预先装入的钒氧化物样品进入中空管8，并落入吊篮15的坩埚16中。进入保温状态，由炉子下部的热电偶23连接控温装置。严格控制升温速率和保温时间。

Claims

1.一种磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置：其特征在于：在机箱内侧安装有竖直导轨（4），通过可以在竖直导轨（4）滑动的导靴（11）安置在竖直导轨（4）上的三组固定支撑板（10），由上至下在三组固定支撑板（10）之间所形成的两个空腔分别固定了冷却室（12）和与之相连接的炉体（18）；在冷却室（12）的上端与下端加上固定支架（13）；相连在一起的炉体（18）和冷却室（12）与引导其向上运动的安置在设备顶部的曳引机（1）的曳引钢丝（6）相连；在炉体(18)的底部安装有磁铁A（22）；

在机箱底部（25）与磁铁A(22)同极相对安装有用于与磁铁A（22）共同产生减缓炉体（18）和冷却室（12）自由落体下落的排斥力的磁铁B（24）；

用于装载样品（17）的坩埚（16）位于吊篮（15）中；吊篮（15）与穿过冷却室（12）的中空管（8）相连，中空管（8）固定在机箱顶部（2），上述的坩埚（16）、吊篮（15）与中空管(8)均为固定部分；其中中空管（8）与运动的冷却室（12）的端面接触部分采用挤压O型环动态密封（9）；中空管（8）的上端安装有用于导入样品（17）的加样器（7）；

本装置具有两个工作状态；第1种工作状态：挤压O型环动态密封（9）与中空管（8）外套管相遇；此时用于装载样品（17）的坩埚（16）正处在炉管（14）中的等温带中；高温管式炉中，炉管中温度分布均匀，温度差很小的部分称为等温带，多在炉管的中部，炉管两端因为散热存在温度降；第2种工作状态，磁铁A（22）以及与之同极相对的磁铁B（24）相距最近，同时也是曳引钢丝（6）伸长的极限位置；此时用于装载样品（17）的坩埚（16）正处在冷却室（12）中。

2.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：所述磁铁A（22）以及与之同极相对的磁铁B（24）相互作用产生的推斥力制动，要求磁铁产生的磁场为600～4600奥斯特。

3.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：所述的冷却室（12）为水冷冷却室。

4.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：炉体（18）的内部插入炉管（14），炉管（14）采用缠绕在炉管外侧的电阻加热，炉体（18）外层为耐火材料；炉管（14）的内部为反应部分，炉管（14）的外部为缠绕的加热部件；在炉体的等温带中插入高温的控制和测量的热电偶（23）；为了保护热电偶和炉子底部温度不会影响到磁铁工作，在炉管（14）内和热电偶(23)外侧套有防热辐射的氧化铝质的隔热套管（19），隔热套管（19）放置在炉管（14）底部的封口上。

5.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：为了适用于不同的反应气氛，在炉子底部有进气口（20），和针阀与气路三通，通过接真空口（21）接到真空泵，以达到系统真空换气，在中空管（8）顶部有出气口（5），出气口（5）安有协助封闭抽真空针阀；另在出气口（5）一侧装有加样器（7）。

6.根据权利要求5所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：所述的加样器（7）为一螺纹封闭的空腔，装有推动活塞；在控制气氛前装入样品，推动活塞样品进入中空管（8），并落入吊篮（15）的坩埚（16）中。

7.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：所述的冷却室（12）由在样品（17）和坩埚（16）换取时可拆卸的三部分组成，各部分之间的接触面上开有圆形凹槽；在凹槽中有用于密封的密封O型环；三部分之间通过卡钳连接。

8.根据权利要求1所述的磁力缓冲炉体下落的气氛控制淬火装置，其特征在于：在冷却室（17）与炉体（18）的相互接触面上开有圆形凹槽，凹槽中有用于密封的密封O型环；与炉体（18）接触的冷却室（12）部分为螺栓固定链接。