CN102352428B - 带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽 - Google Patents

Abstract

一种金属材料热处理技术领域的带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽，包括：外槽、支架、至少一个内槽及其底板以及至少一个搅拌机构，外槽和内槽为可相对分离组合式结构，内槽、底板和支架依次由上而下设置于外槽的内部，搅拌机构设置于底板上的对应进水口中，在搅拌机构的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中并向下回流到外槽底部。本发明通过采用带有底插式螺旋桨内槽的组合式淬火槽，可以获得较强的搅拌能力，均匀定向的流场以及良好的冷却能力。同时组合式的淬火槽结构不仅可根据工件的尺寸灵活组合还有利于设备的安装、维修和清理。

Description

带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料热处理技术领域的装置，具体是一种带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽。

背景技术

淬火是将经过加热的工件进行快速冷却的常用热处理工艺。将工件浸入液体介质例如水、水溶液、油或熔盐中进行淬火称为浸液式淬火。用于浸液式淬火的冷却设备称为淬火槽，例如，淬火水槽、淬火油槽。通常，在淬火槽中设置搅拌装置。搅拌可以提高淬火介质的从工件表面带走热量的能力和冷却的均匀性。由于螺旋桨搅拌器的流量可以比同功率的泵的流量大10倍左右，所以螺旋桨搅拌器装置在淬火槽中应用甚广。早期带有螺旋桨搅拌器的淬火槽是将其直接安放在淬火槽内，而未安装相应的导流装置如导流板、导流筒或导流通道等，因而槽内液体流动非常混乱，无法形成均匀的定向流动。

现有的侧插搅拌器的形式搅拌周期淬火槽以及公开文献技术对上述情况做了相应改进，具体如：文献[1]：《热处理手册》中国机械工程学会热处理学会编，第三卷P539～544机械工业出版社2008年第4版中介绍了几种带有螺旋桨搅拌器的淬火槽结构，包括侧插式搅拌器的长轴件深井式圆形淬火槽；文献[1]中P.540图9-16P.541图9-18图9-19图9-21 P.544图9-25图9-27所公开的顶插螺旋桨搅拌器与导流筒相结合的闭式搅拌淬火槽。

中国专利文献号CN101514385A，公开日2009年8月26日，记载了一种“大中型锻件的淬火槽”，该淬火槽包括槽体1和潜水搅拌机2，在槽体1的内壁四周和底部分别安装有潜水搅拌机2。所述潜水搅拌机2在每边内壁的高度方向上处于中间位置，在每边内壁的长度方向上处于该边内壁三等分分布的中间两个点位置处；在所述槽体1的底部安装有13个潜水搅拌机2并呈规则的五行和五列阵形分布。所述槽体1内的每个潜水搅拌机2通过线路与变频控制器4相连接，通过变频控制器4控制每个潜水搅拌机2的转速便可在槽体1内的淬火液8里面形成一个温度均匀区7。

中国专利文献号CN2571768Y，公告日2003年9月10日，记载了一种“辊底式复合运动热油淬火槽”，其包括壳体，油的搅拌系统，油的加热系统，油的冷却系统，油位显示器，淬火升降平台，淬火升降平台的升降系统，位于淬火升降平台左侧的淬火槽密封室，淬火槽密封室内充满保护气氛，在该淬火槽密封室的右侧下部制有深入淬火油的隔板，该隔板将升降平台上的辊轴分为左右两个方阵。

综合上述现有的淬火槽结构，本领域继续解决的技术问题包括：

1.螺旋桨的旋转轴和轴承座固定在淬火槽的槽体上，安装、维修的难度大。不能根据具体工件灵活改变螺旋桨的布置。

2.清除沉积在淬火槽底部的氧化皮很困难。

3.侧插螺旋桨开式淬火槽内介质流动方向混乱，淬火区域内流速不均匀。

4.顶插螺旋桨闭式搅拌淬火槽只用于深度较浅的淬火槽。因为槽内液体的压力与距离液面的高度成正比。液体在螺旋桨的驱动下从顶部沿导流筒向下流动，再从淬火槽底部折返向上。流动的阻力将随着淬火槽的深度增加而增大，使搅拌的效率降低。

5.现有技术中的闭式搅拌淬火槽虽然有利于使介质在淬火区趋向于定向的流动，但存在着淬火区横截面上流速不均匀的问题。从文献[1]P.541图9-20可以看出，即便配置了均流片，流场的不均匀性依然比较明显。淬火槽的直径愈大，现有技术的这种缺点就愈突出。

6.在淬火槽中安装均流片，易在其上沉积从淬火工件上脱落下的氧化皮，不易清除。氧化皮的沉积则会增加淬火介质流动的阻力，并造成流场不均匀。

7.CN101514385A所采用的潜水式搅拌机没有配备合理的导流筒，实质上是回归到了早期将搅拌器直接置于淬火槽内而没有设置合理的导流装置的状况，液体循环流动的方向混乱，不可能形成定向流动。

8.CN2571768Y虽然为潜水式搅拌机配备了导流筒，可以引导液体向上对准需冷却的零件，但是，由于该种淬火槽结构特点所致，工件不可能放在导流筒内而只能置于导流筒的上方。离开导流筒越远，介质的定向流动性越差，最后趋于混乱。因此，这种结构只能在高度方向尺寸不大的小零件的外侧能保持均匀向上流动的效果。对高度尺寸较大的零件，这种结构就不能保证液体沿整个零件外侧均匀流动。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽，解决现有技术中存在的搅拌效率低、流场不均匀、冷却能力不足，设备安装、维修以及清理难度大等问题。通过采用带有底插式螺旋桨内槽的组合式淬火槽，可以获得较强的搅拌能力，均匀定向的流场以及良好的冷却能力。同时组合式的淬火槽结构不仅可根据工件的尺寸灵活组合还有利于设备的安装、维修和清理，大大改善了现有技术中存在的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：外槽、支架、至少一个内槽及其底板以及至少一个搅拌机构，其中：外槽和内槽为可相对分离组合式结构，内槽、底板和支架依次由上而下设置于外槽的内部，搅拌机构设置于底板上的对应进水口中，在搅拌机构的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中并向下回流到外槽底部。

所述的搅拌机构、内槽、底板和支架之间均采用可拆卸式固定连接结构。

所述的内槽的上口的高度低于外槽内的淬火液的液面，且液面的高度低于外槽的上口。

所述的内槽内部设有淬火区。

所述的搅拌机构为由潜水式密封电机驱动的底插搅拌螺旋桨，潜水式密封电机的电机座与支架连接或固定设置于底板下方。

所述的搅拌机构也可以采用设置于外槽上的普通电机带动传动轴和链轮轴驱动螺旋桨的结构，具体包括：驱动设备、传动轴、上轴承、下轴承、下主动链轮、下从动链轮、下传动链条、螺旋桨轴承、螺旋桨，其中：驱动设备与传动轴相连，传动轴由上轴承和下轴承支撑，上轴承的轴承座与下轴承的轴承座都设置于内槽体的外侧，下主动链轮装在传动轴的下部，通过下方链条带动下从动链轮，下从动链轮设置于螺旋桨旋转轴的下部，螺旋桨的旋转轴由螺旋桨轴承支撑，螺旋桨轴承的轴承座与底板固定连接。

所述的驱动设备采用带有托架的立式电动机或外置式电动机套件，其中：外置式电动机套件包括：电动机和传动机构，该传动机构可采用上主动链轮、上从动链轮和上传动链条的组合或者是主动皮带轮、从动皮带轮和皮带的组合，以前者为例：电动机设置于外槽上口的外侧，上主动链轮设置于电动机上，上从动链轮与传动轴连接，上传动链条与上主动链轮及上从动链轮连接。

所述的立式电动机采用倒置的方式装在托架上，托架装在内槽的上方，该立式电动机直接与所述传动轴相连，并且立式电动机、传动轴、下主动链轮、下从动链轮、螺旋桨等可以与内槽一起吊到淬火槽之外，便于维修和更换。

所述的搅拌机构的个数大于一个时，采用中心对称或镜像对称的方式设置于外槽内部。

所述的搅拌机构的个数大于一个时，对应的内槽及其底板为一个或多个，其中：所有搅拌机构均设置于一个内槽的底板上，或每个搅拌机构设置于一个与其对应的内槽的底板上。

本装置在进行淬火时，在底插式搅拌螺旋桨的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中。并向下回流到外槽底部。当需要按照淬火工件的形状和尺寸更换其他规格内槽或对搅拌器进行维修时，可将内槽连同搅拌器、底板及支架一并吊出。

由于本发明采用了组合式结构，内槽可以从外槽中吊出，还可以根据不同形状的工件更换与之相匹配的内槽。

在需要使淬火槽内液体与外部储液槽的液体循环流动的情况下，可以在采用带有溢流槽和溢流管的外槽。与一般淬火槽的溢流槽及溢流管的设计相同。本发明循环液的进液管是从顶部伸入到外槽与内槽之间，并用法兰与来自循环泵的管道连接。

本发明的有益效果包括：

1.本发明采用的底插式螺旋桨搅拌器克服了侧插式螺旋开式搅拌淬火区域内流场混乱以及顶插式螺旋桨闭式搅拌所存在的介质流动阻力和功率损耗大、不适合于深度大的淬火槽等缺点。具有流动阻力小、功耗低、淬火区内介质定向流动并改善淬火区域内流动均匀性。与现有技术相比，在达到相同流速的情况下，本发明可大幅降低螺旋桨搅拌的功率。以实施例2为例，为达到0.45m/s的平均流速，本发明驱动电机的总功率仅为225Kw。若按现有技术的顶插式螺旋桨或侧插式螺旋桨计算，达到同样平均流速电动机的总功率需要1555Kw。

2.本发明采用在底板上安装底插式螺旋桨方案，使淬火介质在内槽中定向向上流动，当内槽面积较大时，则采用多个螺旋桨在底板上均布的结构，可以使内槽内流速沿内槽横截面的分布趋于均匀，特别适合于大型淬火槽。而现有技术所采用的顶插式和侧插式螺旋桨淬火介质都是从侧面进入，会造成淬火槽内的流速不均匀。

3.本发明采用内槽和外槽可分离的组合式结构，有可能根据淬火工件的形状和尺寸更换不同尺寸的内槽，使不同的零件都能获得良好的淬火冷却效果。由于可以将内槽和底插式螺旋桨及驱动系统一起吊到外槽之外，便于安装和维修以及易于清除淬火槽内沉积的氧化皮。

综上所述，本发明克服了现有技术的缺点，故有实质性的技术进步。

附图说明

图1带底插式螺旋桨内槽的基本结构示意图；

图2底插式螺旋桨由潜水式电动机驱动的基本原理图；

图3底插式螺旋桨由链轮结构驱动的基本原理图；

图4底插式螺旋桨由直立式电动机驱动的基本原理图；

图5大型淬火槽内布置多个螺旋桨搅拌器的基本原理图；

图6大型圆形淬火槽内布置多个带底插式螺旋桨内槽的布置原理图；

图7大型方形淬火槽内布置多个带底插式螺旋桨内槽的布置原理图；

图8带底插式螺旋桨搅拌器淬火槽配有进液管道和溢流管道的结构原理图；

图9实施例三所述的淬火槽内布置一个Φ5.5×5m底板上开有6个Φ800的底部进水孔内槽的俯视图；

图10实施例三所述的淬火槽内布置4个带底插式螺旋桨搅拌器内槽的俯视图；

图11实施例二所述的淬火槽内布置31个底插式螺旋桨搅拌器的正视图与俯视图；

图12实施例一所述的淬火槽内配置一个由链轮机构驱动的底插式螺旋桨搅拌器正视图；

图中：1外槽、2内槽、3底板、4支架、5底插式螺旋桨、6液面线、7密封电动机机座、8潜水式密封电动机、9下传动链条、10下主动链轮、11下轴承座、12上轴承座、13上从动链轮、14上传动链条、15上主动链轮、16电动机、17密封电动机机座、18下从动链轮、19传动轴、20立式电动机机座、21立式电动机、22溢流管道、23溢流槽、24进液管、25进液管法兰。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，本实施例包括：外槽1、内槽筒体2、底板3、支架4、底插搅拌螺旋桨5，其中：

支架4位于外槽1的底部，内槽筒体2位于支架4上，内槽2上口的高度低于液面6，液面的高度低于外槽上口，底板3位于内槽筒体2的底部，底插搅拌螺旋桨5设置于底板3上的进水口中。在搅拌螺旋桨的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中。并向下回流到外槽底部。

当有必要按照淬火工件的形状和尺寸更换其他规格内槽或对搅拌器进行维修时，可将内槽2连同搅拌器5、底板3及支架4一并吊出。搅拌器、内槽、底板和支架四者之间采用可拆卸式结构，用螺栓将四者连接。

螺旋桨5可以直接由潜水式密封电机8驱动。密封电机座7可以与支架4连接，也可以固定在底板3下方。如图2所示。这种驱动机构结构紧凑，密封电机可以与内槽一起吊到淬火槽外进行维修。

考虑到成本问题，也可采用由置于淬火槽之上的普通电机带动传动轴和链轮轴驱动螺旋桨的机构，如图3所示。该机构包括：电动机16、上主动链轮15、上从动链轮13、上传动链条14、传动轴19、上轴承12、下轴承11、下主动链轮10、下从动链轮18、下传动链条9、螺旋桨轴承17、螺旋桨5，其中：各部件的连接方式如下：电动机16设置于外槽上口的外侧，上主动链轮15设置于电动机16上，上从动链轮13与传动轴19连接，上传动链条14与上主动链轮15及上从动链轮13连接，传动轴19由上轴承12和下轴承11支撑，上轴承12的轴承座与下轴承11的轴承座都设置于内槽体的外侧，下主动链轮10装在传动轴19的下部，通过下方链条9带动下从动链轮18，下从动链轮18设置于螺旋桨旋转轴的下部，螺旋桨的旋转轴由螺旋桨轴承9支撑，螺旋桨轴承的轴承座17与底板3固定连接。在这种驱动机构中，上主动链轮15、上从动链轮13和上传动链条14，可以分别用主动皮带轮、从动皮带轮和皮带替代。

同时，可以用一个立式电动机21替代上述传动机构中的电动机、上主动链轮、上从动链轮和上传动链条。如图4所示。立式电动机21用倒置的方式装在托架20上。托架装在内槽2的上方。立式电动机的轴直接与传动轴19连接。立式电动机21、传动轴19、下主动链轮10、下从动链轮18、螺旋桨5等可以与内槽2一起吊到淬火槽之外，便于维修和更换。

对于大型淬火槽，这种结构有利于提高大截面工件淬火冷却的均匀性。为提高内槽流场的均匀性，可以在底板上安装多个搅拌器，如图5所示。该结构包括：外槽1、内槽2、底板3、支架4及数个底插式螺旋桨5，其中：螺旋桨的驱动采用如图2所示的潜水式电动机驱动结构。也可以采用在一个大的外槽中放置多个内槽的方案，如图6和附图7所示。该结构包括：外槽1、内槽2和底插螺旋桨5，其中：螺旋桨的驱动可采用如图2所示的潜水式电动机驱动结构，也可采用如图3所示的链轮机构驱动。这种结构适用于多个零件在同一淬火槽内淬火的场合。由于本实施例采用了组合式结构，内槽可以从外槽中吊出，还可以根据不同形状的工件更换与之相匹配的内槽。

在需要使淬火槽内液体与外部储液槽的液体循环流动的情况下，可以在采用带有溢流槽23和溢流管22的外槽。与一般淬火槽的溢流槽及溢流管的设计相同。本实施例循环液的进液管24是从顶部伸入到外槽与内槽之间，并用法兰25与来自循环泵的管道连接。如图8所示。

根据上述结构设计的底插螺旋桨式组合淬火槽，淬火槽容积100m³，淬火槽的结构如图12所示。外槽的直径为Φ2.5m高度20m，内槽的直径Φ800高17m。内槽位于支架上，支架放置于外槽底部，在底板的中心开有一个Φ600的孔，安装一个直径为Φ508底插式搅拌螺旋桨，流量为1100m³/h，电机驱动的功率为5.25Kw。设置于外槽上口的外侧，传动的方式为电动机→上主动链轮→上传动链条→传动轴→下主动链轮→下传动链条→下从动链轮→搅拌器螺旋桨。螺旋桨驱动下使淬火介质液体在内桶中向上流动，流速可达0.6m/s。能应用于2件最大重量10吨最大直径Φ500最大长度14米的淬火要求。

实施例二底插螺旋桨式结合式淬火槽

淬火槽容积1000m³，淬火槽的结构如图11所示。外槽的直径为Φ12m高度10m内槽的直径Φ9.5m高7.5m。内槽位于支架上，支架放置于外槽底部，在底板上开有31个Φ800的孔，每个孔中安装一个直径为Φ660搅拌螺旋桨，共31个螺旋桨。分别由31台15Kw潜水式密封电机驱动。按照每台螺旋桨搅拌器提供3300m³/h流量计算，可以使内槽中的平均流速达0.45m/s。驱动电机总功率465Kw。外槽上部带有直径为13.6m的溢流槽，溢流管路通向外部储水池，通过4台4000m³/h抽水泵从外部储水槽抽回，从进水管输送到淬火槽内。进水管从顶部伸入到外槽与内槽之间。4条进水管沿圆周方向均布。进水管与循环泵的管路用法兰连接。内槽可以和所有螺旋桨及搅拌电机一起整体从外槽中吊出。

实施例三底插螺旋桨组合式淬火槽

外槽尺寸为7×7×8H米。配备二套可更换的内槽，其中一套，如图9所，示为一个Φ5.5×5m，底板上开有6个Φ800的底部进水孔。每个孔中装有一个Φ660的螺旋搅拌器，由一个15Kw的潜水式密封电机驱动，总功率105Kw。每个螺旋桨的流量3300m³/h。内槽横截面的流速约0.27m/s。另一套内槽为4个各自独立的内槽如图10所示，每个内槽直径为Φ2.5m，高5m。在每一个底板上开有一个Φ600的底部入水孔，孔中装有一个Φ508的搅拌螺旋桨，流量为1100m³/h。螺旋桨由顶置立式电动机驱动，功率为5.25Kw。立式电动机的电机座设置于每个内槽的顶部，如图4所示。传动方式为立式电动机→传动轴→下主动链轮→下传动链条→下从动链轮→螺旋桨更换内槽孔可适应不同工件淬火的需要。例如某厂的热处理车间有一台炉膛尺寸为Φ5.5m×6m的井式炉，用于加热的工件最大直径为Φ4.5m最大高度为5.5m。另有一台台车式加热炉，炉膛尺寸为2.5宽×10长×4.5宽，可同时加热4个最大截面为Φ2m、高度4m的工件。当配合井式炉进行淬火操作时，将Φ5.5×6m的内槽位于外槽内，如图9所示。当配合2.5×10×4.5m台车炉进行淬火操作时，将内桶更换为4个Φ2.5×6m的内槽，如图10所示。

Claims (3)

1. 一种带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽，其特征在于，包括：外槽、支架、至少一个内槽及其底板以及至少一个搅拌机构，其中：外槽和内槽为可相对分离组合式结构，内槽、底板和支架依次由上而下设置于外槽的内部，搅拌机构设置于底板上的对应进水口中，搅拌机构、内槽、底板和支架之间均采用可拆卸式固定连接，根据淬火工件的形状和尺寸更换不同尺寸内槽或根据不同形状的工件更换与之相匹配的内槽，使不同零件都获得良好的淬火冷却效果；在搅拌机构的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中并向下回流到外槽底部；

所述的搅拌机构是普通电机带动传动轴和链轮轴驱动螺旋桨的结构，具体包括：驱动设备、传动轴、上轴承、下轴承、下主动链轮、下从动链轮、下传动链条、螺旋桨轴承、螺旋桨，其中：驱动设备与传动轴相连，传动轴由上轴承和下轴承支撑，上轴承的轴承座与下轴承的轴承座都设置于内槽体的外侧，下主动链轮装在传动轴的下部，通过下方链条带动下从动链轮，下从动链轮设置于螺旋桨旋转轴的下部，螺旋桨的旋转轴由螺旋桨轴承支撑，螺旋桨轴承的轴承座与底板固定连接；所述的驱动设备采用带有托架的立式电动机或外置式电动机套件，其中：外置式电动机套件包括：电动机和传动机构；

所述的传动机构采用上主动链轮、上从动链轮和上传动链条的组合或者是主动皮带轮、从动皮带轮和皮带的组合；

所述的立式电动机采用倒置的方式装在托架上，托架装在内槽的上方，该立式电动机直接与所述传动轴相连，并且搅拌机构与内槽一起吊到淬火槽之外，便于维修和更换；

本装置在进行淬火时，在底插式搅拌螺旋桨的驱动下，将外槽底部的液体输送到内槽中，使液体在内槽中自下向上运动，从内槽的上口溢到外槽与内槽之间的间隙中，并向下回流到外槽底部；当需要按照淬火工件的形状和尺寸更换其他规格内槽或对搅拌器进行维修时，则将内槽连同搅拌器、底板及支架一并吊出。

2.根据权利要求1所述的带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽，其特征是，所述的内槽的上口的高度低于外槽内的淬火液的液面，且液面的高度低于外槽的上口。

3.根据上述任一权利要求所述的带有底插螺旋桨内槽的组合式淬火槽，其特征是，所述的搅拌机构的个数大于一个时，采用中心对称或镜像对称的方式设置于外槽内部；并且对应的内槽及其底板为一个或多个，其中：所有搅拌机构均设置于一个内槽的底板上，或每个搅拌机构设置于一个与其对应的内槽的底板上。

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