CN103397153B - 一种等温空气循环热处理电炉 - Google Patents

Abstract

本实公开了一种等温空气循环热处理电炉其主要包括炉体、炉膛、吊篮、牵引系统以及控制系统、加热元件，加热元件设置在炉膛内侧壁上，炉膛的顶部设置有鼓风机，在炉膛内设置有炉胆，其特征是：在炉胆与炉膛内壁的加热元件之间一周设置耐热均温隔板，通过控制加热元件发热，使均温隔板与炉胆之间两者之间形成等温热风通道，鼓风机的叶片位于炉膛顶部的温热风通道内。本发明通过控制加热元件的发热量、设置不锈钢均温隔板等温热风通道等措施，有效的降低了加热元件的表面温度，降低了加热元件表面和不锈钢均温隔板之间的温度梯度，同时，也降低了不锈钢均温隔板和不锈钢炉胆之间的温度梯度，从而提高了炉膛的温度均匀性。

Description

一种等温空气循环热处理电炉

技术领域

本发明属于空气循环热处理电炉，主要涉及一种等温空气循环热处理电炉。

背景技术

金属热处理空气循环炉的加热方法主要有燃气加热和电阻加热，此外，还有感应加热、微波加热及空气动力加热等。燃气加热的特点是节能降耗突出（可节能50%左右），但温度不易控制，适合对炉温均匀性要求不高（≥±5℃）的热处理加工。电阻加热的特点是温度易于控制，适用于炉温均匀性要求较高（≤±5℃）的热处理加工，缺点是能耗较大。

现有的金属热处理空气循环电阻炉的加热原理是利用发热体（电阻丝、电阻带或陶瓷等）加热，辅以热风循环对流，将工件进行均匀加热。但由于发热体的布局、空气的循环速度与导流方式以及炉膛的密封性等因素影响，使得炉温的均匀性很难达到标准要求。特别是对大型或特大型空气循环炉而言，若想把炉温温差控制在比较小的范围内则愈加困难。

随着航空航天等工业的迅速发展以及新材料的不断开发，大型工件的热处理对热处理工艺和质量的要求越来越高，其中，在热处理时，对炉膛的温度、均匀度及精度等的控制成为热处理炉质量的重要指标。例如，中国热处理航空标准（HB5354-94）对一等炉炉温均匀度的要求是±3℃（控温精度是±1℃），而美国波音公司是±2.8℃。目前，国内外比较好的空气循环炉炉温的均匀度一般是＞±3℃到＜±5℃。显然，在设计和制造热处理空气循环炉过程中，如何控制炉温的均匀度是相关科技人员所面对的主要挑战之一。

目前，我国航天工业使用的空气循环热处理电炉，主要依赖进口设备。国内进口的空气循环淬火炉和国内生产的空气循环淬火炉主要采取列方法来提高炉膛温度的均匀性，加热和热风循环系统其主体结构主要由炉体、吊篮、吊架、牵引机以及炉膛、控制系统等，炉膛四周侧壁上设置有加热元件，炉膛内四周设置有炉胆，炉膛顶部设置有循环风机。其获得较高温度均匀性的原理主要是靠循环风机循环搅动炉膛内的空气而获得的，但是，这种加热方式仍不能满足相关标准的要求，这种热处理炉的根本缺陷在于：炉膛内的保温主要依靠四周炉胆（炉膛的不锈钢内壁）的传热获得热量和炉顶的循环热风获得的热量，循环热风的温度是依靠加热元件发热使炉膛内胆与发热元件之间的空气温度升高获得的，为了保持炉膛的温度不变，就必须不断提高加热元件的表面温度，才能保持炉膛的温度；由于大型空气循环淬火炉的容积有几十个立方米，炉顶和炉底的面积都较大，炉顶和炉底的热损失也就较大，保持炉内温度不变需要的热量就越大，由于其没有设置温度补偿机构，这就要求单位发热元件表面的温度提高，加热元件的表面温度越高，加热元件与炉膛内胆之间的温差就越大，循环热风的温度均匀性就越大，循环热风的均匀性直接影响炉温的均匀性，也影响了淬火等热处理质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种等温空气循环热处理炉，其多温区分布设置加热元件，同时形成的均温热风通道可以有效地提高炉膛的温度均匀性，提高淬火等热处理质量。

本发明的目的可采用如下技术方案来实现：其主要包括炉体、炉膛、吊篮、升降系统以及控制器、加热元件，加热元件设置在炉膛内侧壁上，炉膛的顶部设置有鼓风机，在炉膛内设置有炉胆，在炉胆与炉膛内壁的加热元件之间一周设置耐热均温隔板，通过控制加热元件发热，使均温隔板与炉胆之间两者之间形成等温热风通道，鼓风机的叶片位于炉膛顶部的等温热风通道内，把等温的热风送进炉膛内。

在等温热风通道的拐角处为圆弧形通道。

所述的耐热均温隔板为不锈钢。

在炉膛顶部和炉膛底部分别设置有用于补偿热风能量损耗的加热元件。

在炉膛的顶部设置有一个或一个以上的鼓风机，鼓风机的叶片位于等温热风通道内的出口处，出口处还设置有热风导流隔板。

所述的在炉膛内壁不同温区的加热元件之间设置和耐火材料相连的隔段，有利于形成不同的炉膛，有利于分区独立控制单个炉膛的温度，也就有利于形成不锈钢均温隔板本身的温度均匀性。

所述的升降系统包括电动机、导轨、对重、牵引机、牵引钢丝、导向轮和电磁制动器，电动机设置在炉体顶部，其通过连轴器、减速箱和牵引机连接，牵引钢丝位于导向轮中，牵引钢丝的两端分别连吊篮和对重，依靠钢丝绳和牵引轮之间的摩擦来驱动吊兰升降。

本发明由于在炉胆与炉膛内壁的加热元件之间一周设置不锈钢耐热均温隔板，发热元件产生的热量传给不锈钢均温隔板后，由于不锈钢均温隔板具有传热快的特点，不锈钢均温隔板会很快的把不同温度的热量均匀的分散在整个不锈钢均温隔板上，不锈钢均温隔板会很快达到均温，不锈钢均温隔板与不锈钢炉胆之间形成等温热风通道内的热风温度比较均匀（≦2.8℃），均匀的热风有利于炉膛的温度均匀性的提高。整个炉膛内的热风和炉膛外的等温热风通道内的热风温度均匀性≦2.8℃，无阻碍的不停循环，同时，受炉膛四周设置加热元件发热的温度补偿后，炉内和炉外等温热风通道的温度均匀性都≦2.8℃。上述等温热风通道内热风均匀性的形成主要是通过控制加热元件的发热量、设置不锈钢均温隔板等温热风通道等措施，有效的降低了加热元件的表面温度，降低了加热元件表面和不锈钢均温隔板之间的温度梯度，同时，也降低了不锈钢均温隔板和不锈钢炉胆之间的温度梯度，同时，也降低了不锈钢炉胆内壁和炉膛中心的温度梯度，从而提高了炉膛的温度均匀性。

由于炉膛炉顶和炉底分别设置用于补偿热风能量损耗的加热元件，用于补偿等温热风通过炉顶或者炉底时的能量损耗，通过控制加热元件定量加热补偿热量损失，使经过炉顶和炉底的热风与炉膛的热风、炉膛两侧的均温热风通道的热风温度一致，热风经过上下前后左右设置的均温热风通道经过热风能量损耗加热补偿后，均温热风通道的热风与炉膛的热风均匀一致，炉膛的均匀性大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明炉膛内的等温热风循环结构示意图。

图3是加热元件分布示意图。

图4是本发明的升降系统结构示意图。

图中：1、加热元件，2、陶瓷纤维隔断，3、不锈钢均温隔板，4、等温热风通道，5、陶瓷纤维保温材料，6、不锈钢炉胆，7、循环鼓风机，8、热风导流挡板，9、圆弧拐角，10、炉体，11、吊篮，12、吊篮架，13、控制器，14、对开炉门，15、循环风机叶片，16、电动机，17、升降钢丝绳，18、限速器，19、限速器钢丝绳，20、限速涨紧装置，21、安全钳，22、对重。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施例。

如附图1—4所示：本发明主要包括炉体10、炉膛、吊篮11、升降系统以及控制器13、加热元件1等，加热元件1设置在炉膛内侧壁上，炉膛的顶部设置有循环鼓风机7，在炉膛内设置有不锈钢炉胆6，在炉胆与炉膛内壁的加热元件之间一周设置耐热均温隔板，本实施例为不锈钢耐热均温隔板3，通过控制加热元件发热，使均温隔板与炉胆之间两者之间形成等温热风通道4，循环风机叶片15位于炉膛顶部的温热风通道内。在等温热风通道的拐角处为圆弧拐角9。在炉膛顶部和炉膛底部分别设置有用于补偿热风能量损耗的加热元件。在炉膛的顶部设置有一个或一个以上的鼓风机，本 实施例为一个。鼓风机7位于等温热风通道内的出口处设置有热风导流隔板。可以使炉内的热风顺利进入两侧均温热风通道内，尽量的少形成局部风压。

如图2所示：根据炉膛的大小不同，可在炉膛炉顶的不同方位均匀设置多个鼓风机，在鼓风机的出口设置热风导流隔板，鼓风机可以使热风通道内的热风均匀的通过热风导流隔板，在热风通道的拐角为圆弧拐角9，可以使等温热风通道内的热风沿着炉顶的平面均匀进入炉内，尽量的少形成局部风压。这与热风自然向上风力形成搅拌效应，使炉内的温度趋于均匀一致。

如图3所示，所述在炉膛内壁不同温区的加热元件之间设置和耐火材料相连的隔段，有利于形成不同的炉膛，有利于分区独立控制单个炉膛的温度，也就有利于形成不锈钢均温隔板本身的温度均匀性。

如图4所示：升降系统利用电梯原理来运送物品。升降系统主要由电动机16、导轨、对重22、牵引机、安全装置(如限速器18、安全钳21和缓冲器等) 、限速器钢丝绳19，限速涨紧装置20等组成。牵引绳两端分别连着吊篮和对重22，缠绕在牵引轮和导向轮上，牵引电动机通过减速器变速后带动牵引轮转动，靠牵引绳与牵引轮摩擦产生的牵引力，实现吊篮和对重的升降运动，达到快速升降目的。固定在吊篮上的导靴可以沿着安装在炉体升降井道立柱上的固定导轨往复升降运动，防止吊篮在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使升降系统运转，在失电情况下制动，使吊篮停止升降。吊篮11是运载热处理物品的部件，对重用来平衡吊篮载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使牵引电动机负载稳定，吊篮得以准确停靠。电气系统实现对升降运动的控制，同时完成不同的淬火转移时间要求。安全装置保证吊篮的运行安全。

升降系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行，和对开炉门配合。主要由牵引机，牵引钢丝绳17，导向轮和反绳轮组成。牵引机为吊篮的运行提供动力，由电动机，牵引机，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。牵引钢丝的两端分别连吊篮11和对重，依靠钢丝绳和牵引轮之间的摩擦来驱动吊兰升降。导向轮的作用是分开吊篮和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。

导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制吊篮和对重的活动自由度，使得吊篮和对重只能沿着导轨做升降运动。

对开炉门系统有对开炉门，门导轨架，液压部件，密封圈等组成，开启炉门时，液压系统先让炉门向下移动到规定位置（离开密封圈一点距离），在水平开启炉门。

重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡吊篮自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿吊篮、吊兰架和被热处理物品与对重侧牵引钢丝绳长度变化对吊篮的平衡设计影响的装置。

电力拖动系统由牵引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对升降系统进行速度控制。牵引电机是升降系统的动力源，根据升降系统的重量配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供升降系统运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对牵引电机进行速度控制。

升降系统的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据升降系统的运行逻辑功能要求，控制吊篮的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由操作台的按钮操纵升降系统的运行的。

安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护升降系统安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在升降系统的各个运行环节中都有体现。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (1)

1.一种等温空气循环热处理电炉，其主要包括炉体、炉膛、吊篮、升降系统以及控制系统、加热元件，加热元件设置在炉膛内侧壁上，炉膛的顶部设置有鼓风机，在炉膛内设置有炉胆，其特征是：在炉胆与炉膛内壁的加热元件之间一周设置耐热均温隔板，通过控制加热元件发热，使均温隔板与炉胆两者之间形成等温热风通道，等温热风通道的拐角处为圆弧拐角，在炉膛的顶部设置有一个或一个以上的鼓风机，所述的鼓风机的叶片位于炉膛顶部的等温热风通道内，鼓风机位于等温热风通道内的出口处设置有热风导流隔板，在炉膛内壁不同温区的加热元件之间设置和耐火材料相连的隔段，在炉膛顶部和炉膛底部分别设置有用于补偿热风能量损耗的加热元件，升降系统包括电动机、导轨、对重、牵引机、牵引钢丝、导向轮和电磁制动器，电动机设置在炉体顶部，其通过连轴器、减速箱和牵引机连接，牵引钢丝位于导向轮中，牵引钢丝的两端分别连吊篮和对重，依靠钢丝绳和牵引轮之间的摩擦来驱动吊篮升降，升降系统的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置和位置显示装置组成，其中控制装置根据升降系统的运行逻辑功能要求，控制吊篮的运行，设置在机房中的控制柜上，操纵装置由操作台的按钮操纵升降系统的运行，在炉体下部设置有对开炉门。