CN104180671A - 一种循环式空气预热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环式空气预热装置及方法，包括炉体、用于装载工件的框架结构、与外置电机相连的送风机以及与送风机相对设置在环形气流通道内的吸风机，所述炉体内腔设有由隔板组成的方形的开口框架结构，炉体内壁分别与所述框架结构的四块隔板之间形成夹套式环形气流通道；送风机将环形气流通道内的热空气气流集中后通过隔板上均匀开设的气流进口进入框架结构内沿工件轴线方向流动，再通过吸风机将炉内的空气气流引入至环形通道内，在炉内快速实现热风循环。本发明炉内热利用率高且耗能低、气流流动平稳、温度场稳定，风机运行阻力小、更稳定，结构设计合理、适用范围广。

Description

一种循环式空气预热装置及方法

技术领域：

本发明涉及热处理技术领域，更具体的说是涉及一种循环式空气预热装置及方法。

背景技术：

日前，对于一些工件进行表面改性处理时，如渗氮、氮碳共渗或氧化等，要进行清洗、预热等步骤，对工件进行除杂、干燥等，初步提高工件性能为后续热处理工序作准备，而在热处理技术领域内，采用的预热设备大多是井式预热炉、箱式预热炉、小型卧式预热炉等，普遍存在炉腔内温度分布不均匀、操作复杂、加热效率低、耗能高且适用范围窄等不足，尤其是对于预热要求较高的工件，使用效果不佳。

中国实用新型专利申请号为99227158.4公开了一种卧式旋风预热炉，主要包括炉体、电热元件、炉门操纵机构、温控机构、风机和电机，炉体内腔设有风道，风道口处设有与外置电机相连的风机，风道内装有电热元件，且风道设有与炉内相通的出风口。该方案提供了一种循环式加热的思路，但存在如下不足之处：(1)电热元件设置在炉体两侧风道内，使风道内产生局部高温点，无法实现炉腔内温度场的均匀性；(2)风机设置在风道口处，空气气流经风道后侧时，大部分气流继续沿风道流动，只有一笑部分气流通过出风口进入炉内，炉内工件加热效率低、耗能高，使用范围有限。

中国发明专利申请号为201310560548.7公开了一种空气动力加热炉，其包括后防护板、炉体、叶轮、导流板、电机、导流板支架、炉门，在所述炉体的后壁板的中部有叶轮轴的安装孔；电机固定在炉体后壁板外表面；电机输出轴的与叶轮轴联接；叶轮位于炉体内；导流板通过导流板支架安装在炉体内，并固定在炉体后壁板内表面上。该加热炉省略电热管等加热元件，减少了局部高温点、炉体热容和炉体热桥，从而降低能量消耗，达到了节能效果，但该加热炉还存在以下问题：(1)电机安装于炉体上方的后防护板上，增加了炉体的加工工艺和炉体高度，不易拆卸和检修；(2)采用炉内加热和热风循环同时进行，虽然空气气流能够快速进入炉内使炉内温度在短时间内升高，但空气气流在炉内形成紊流使得炉内各处的温度不一致，温场稳定性差；(3)热风循环采用上下循环方式，以风机叶轮轴线为中心，左右形成独立的循环路径，使空气气流集中于炉内左右两侧，对于炉内水平放置的工件，同一工件各个部位的受热温度不均，影响工件的整体强度，尤其对于内部中空的管状工件，气流无法沿管状工件内壁流动，使得工件内外受热不均。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种循环式空气预热装置，在环形气流通道两侧对称设有循环风机，利用循环风机一侧鼓风另一侧吸风，空气气流沿工件轴线方向循环流动，使工件内壁的残渣和灰层吹扫干净，避免将残灰带进下一工艺步骤中，同时，炉内热循环效率高且耗能低、气流流动平稳、温度场稳定，解决了现有技术中炉内供热不集中且温度稳定性差，导致工件各部位受热不均等问题。

本发明解决所述技术问题的方案是：一种循环式空气预热装置，包括炉体、用于装载工件的料具和与外置电机相连的送风机，所述炉体内腔设有由隔板组成的方形的开口框架结构，炉体内壁分别与所述框架结构的四块隔板之间有间距，该间距形成夹套式环形气流通道，装载有工件的料具设置在所述框架结构内；所述送风机水平设置在炉体的一侧并置于环形气流通道内，其特征在于：还包括与送风机相对设置在环形气流通道内的吸风机，该吸风机的进风口与所述框架结构相通，其出风口与环形气流通道相通；所述送风机的进风口与环形气流通道相通，其出风口与所述框架结构相通。

作为改进，所述送风机的出风方向、吸风机的进风方向与工件的轴向方向相平行。

作为改进，所述送风机与所述框架结构之间设有导流板a，该导流板a与所述框架结构之间形成一进风腔；所述吸风机与所述框架结构之间设有导流板b，该导流板b与所述框架结构之间形成一出风腔。

作为改进，所述导流板a上开设有进风孔，所述导流板b上开设有出风孔。

作为改进，所述进风孔孔径大于所述送风机叶轮直径，出风孔孔径小于所述吸风机进风口内径且进风孔中心与出风孔中心位于同一水平线上。

作为改进，所述与送风机出风口相通的隔板上均布有若干气流进口，该若干气流进口的分布面积总和是所述进风孔圆周面积的1～1.5倍；所述与吸风机进风口相通的隔板上均布有若干气流出口，该若干气流出口的分布面积总和是所述出风孔圆周面积的1～1.5倍。

作为改进，所述框架结构与送风机或吸风机相邻的两隔板之间的间距以及导流板a、导流板b分别与炉体内壁之间的间距均为10～20cm。

本发明的另一个目的是提供一种循环式空气预热方法，以热空气作为传热介质，在环形气流通道和框架结构内快速实现循环传热，在循环风机的作用下，空气气流在框架结构内以层流方式沿工件轴线方向流动，有效对工件内壁除尘除杂，使得炉内各处温度一致，工件内外受热均匀，环形气流通道和框架结构内温度场稳定。

本发明解决所述技术问题的方案是：一种循环式空气预热方法，通过送风机将环形气流通道内的空气气流引入到框架结构内，其特征在于：所述空气气流在框架结构内的流动为层流方式，空气气流沿隔板内壁、工件之间的间隙及工件外壁流动，再通过吸风机引入至环形气流通道内，实现空气循环传热。

作为改进，所述由送风机吸入的空气气流沿其叶轮切向甩出经导流后汇集于进风腔内并通过均匀设置的气流进口瞬间进入框架结构内；经所述料具排出的温度为300℃～450℃的空气气流通过均匀设置的气流出口汇集于出风腔内再经导流后由吸风机进风口集中吸入再由其出风口排至环形气流通道内。

作为改进，所述工件为管状结构，空气气流在框架结构内的流动路径为：

第一路径：空气气流沿隔板内壁、工件之间的间隙及工件外壁流动；

第二路径：空气气流沿工件内壁流动。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明以循环的热空气作为传热介质，避免风道内出现局部高温受热不均，环形气流通道内对称设有循环风机，利用循环风机一侧鼓风另一侧吸风，使得热空气气流在环形气流通道和框架结构内实现热风循环，提高环形气流通道和框架结构内温度场的稳定性。

(2)送风机的出风方向、吸风机的进风方向与工件的轴向方向相平行，热空气气流在框架结构内以层流的流动方式沿隔板内壁、工件外壁流动，炉内不会出现紊流，使炉内各处温度一致，而且对于管状工件，热空气气流可沿工件内壁流动，使工件内壁的残渣和灰层吹扫干净，保证工件内外同时受热，以使工件预热更均匀，风机运行阻力小、更稳定、拆卸方便、便于检修。

(3)利用空气流动状态改变作为热源，由送风机吸入的空气气流通过导流板集中经隔板的气流进口瞬间进入框架结构内，使得其内部温度迅速上升，同时热空气气流经气流出口后通过导流板集中，通过吸风机进入环形气流通道内再次实现热循环，热循环效率高、耗能低、缩短加热时间。

本发明具有热利用率高、耗能低、时间短、结构设计合理、适用范围广等优点。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例1中的结构示意图；

图2为本发明实施例1中炉内气体流动方向示意图；

图3为本发明实施例2中的结构示意图；

图4为图3中的断面图；

图5为本发明实施例2中炉内气体流动方向示意图。

图中：1、炉体；11、料具；2、工件；3、框架结构；31、隔板；311、气流进口；312、气流出口；4、送风机；5、吸风机；6、环形气流通道；7、导流板a；71、进风孔；8、进风腔；9、导流板b；91、出风孔；10、出风腔。

具体实施方式：

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例1

参照附图1，一种循环式空气预热装置，包括炉体1、用于装载工件2的料具11、与外置电机41相连的送风机4以及与送风机4相对设置在环形气流通道内的吸风机5，所述炉体1为方形，长度和宽度均为14m，高为1m，其内腔设有由隔板31组成的方形的开口框架结构3，装载有工件2的料具11设置在所述框架结构3内，炉体1内壁分别与所述框架结构3的四块隔板31之间有10～20cm的间距，该间距形成夹套式环形气流通道6；所述吸风机5的进风口与所述框架结构3相通，其出风口与环形气流通道6相通；所述送风机4的进风口与环形气流通道6相通，其出风口与所述框架结构3相通；所述送风机4水平设置在炉体1的一侧并置于环形气流通道6内，送风机4的出风方向、吸风机5的进风方向与工件2的轴向方向相平行，在送风机4和吸风机5的共同作用下，空气气流在框架结构3内均沿工件2轴线方向流动，使工件内壁的残渣和灰层吹扫干净，避免将残灰带进下一工艺步骤中，同时利于工件2内外同时受热，预热更加均匀，而且风机运行阻力小，空气气流流动平稳，利于提高框架结构3内温度场的稳定性。

所述与送风机4出风口相通的隔板31上均布有若干气流进口311，所述与吸风机5进风口相通的隔板31上均布有若干气流出口312，环形气流通道6内的热空气气流通过送风机4吸入并沿其叶轮切向甩出，经隔板31上均布的若干气流进口311进入框架结构3内，使得其内部温度迅速上升，同时空气气流经均布的气流出口312由吸风机5进风口引入至环形气流通道6内再次实现热循环，通过送风机4与吸风机5的的作用，加快环形气流通道6内的空气气流引入至框架结构3内，延长空气气流在框架结构3内的停留时间，提高热利用率。

如图2所示，一种循环式空气预热方法，通过送风机4将环形气流通道6内的空气气流引入到框架结构3内，所述空气气流在框架结构3内的流动为层流方式，空气气流沿隔板31内壁、工件2之间的间隙及工件2外壁流动，再通过吸风机5引入至环形气流通道6内，实现空气循环传热。

由送风机4吸入的空气气流沿其叶轮切向甩出通过均布的气流进口311瞬间进入框架结构3内，框架结构3内不会出现紊流，各处温度一致，所述工件2为管状结构，空气气流在框架结构3内沿隔板31内壁、工件2之间的间隙、工件2外壁流动以及工件2内壁流动，送风机4与吸风机5的风向一致，有助于对工件2内壁进行除尘除杂，同时保证工件2内外同时受热，使工件2预热更均匀；经所述框架结构3排出的温度为300℃～450℃的空气气流通过均匀设置的气流出口312由吸风机5进风口集中吸入再由其出风口排至环形气流通道6内，由于环形气流通道6内为负压环境，空气气流再通过送风机4引入至框架结构3内，如此反复循环，炉内不断实现热循环，热利用率高、耗能低。

实施例2

如图3和图4所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例2与图1所示的实施例1的不同之处在于：所述送风机4与所述框架结构3之间沿纵向方向安装有导流板a7，该导流板a7底部与炉体1底部之间留有供空气气流通过的空隙，并与所述框架结构3之间形成一进风腔8且导流板a7上开设有进风孔71；所述吸风机5与所述框架结构3之间设有导流板b9，该导流板b9与所述框架结构3之间形成一出风腔10且导流板b9上开设有出风孔91；所述进风孔71中心与出风孔91中心位于同一水平线上，进风孔71孔径大于所述送风机4叶轮直径，出风孔91孔径小于所述吸风机5进风口内径，进风孔71和出风孔91的尺寸大小根据送风机4和吸风机5的风量大小设计；所述与送风机4出风口相通的隔板31上均布有若干气流进口311，该若干气流进口311的分布面积总和是所述进风孔71圆周面积的1～1.5倍；所述与吸风机5进风口相通的隔板31上均布有若干气流出口312，该若干气流出口312的分布面积总和是所述出风孔91圆周面积的1～1.5倍，环形气流通道6内的热空气气流通过送风机4吸入并沿其叶轮切向甩至导流板a7与隔板31之间形成的进风腔8内，空气气流瞬间集中并经隔板31上均布的若干气流进口311进入框架结构3内，使得其内部温度迅速上升，同时空气气流经均布的气流出口312进入导流板b9与隔板31之间的出风腔10内，并经导流板b9的导流由吸风机5进风口引入至环形气流通道6内再次实现热循环，增大环形气流通道6与框架结构3之间的压差，利于空气气流快速集中引入框架结构3内，延长空气气流在框架结构3内的停留时间，提高热利用率，缩短加热时间。

所述框架结构3与送风机4或吸风机5相邻的两隔板31之间的间距以及导流板a7及导流板b9分别与炉体1内壁之间的间距形成环形气流通道6，该环形气流通道6的宽度为10～20cm。

如图5所示，一种循环式空气预热方法，由送风机4吸入的空气气流沿其叶轮切向甩出经导流板a7导流后汇集于进风腔8内并通过均布的气流进口311瞬间进入框架结构3内，经所述框架结构3排出的温度为300℃～450℃的空气气流通过均匀设置的气流出口312汇集于出风腔10内再经导流板b9导流后由吸风机5进风口集中吸入再由其出风口排至环形气流通道6内，由于环形气流通道6内为负压环境，空气气流再通过送风机4引入至框架结构3内，如此反复循环，炉内不断实现热循环，热利用率高、耗能低。

Claims (10)

1.一种循环式空气预热装置，包括炉体、用于装载工件的料具和与外置电机相连的送风机，所述炉体内腔设有由隔板组成的方形的开口框架结构，炉体内壁分别与所述框架结构的四块隔板之间有间距，该间距形成夹套式环形气流通道，装载有工件的料具设置在所述框架结构内；所述送风机水平设置在炉体的一侧并置于环形气流通道内，其特征在于：还包括与送风机相对设置在环形气流通道内的吸风机，该吸风机的进风口与所述框架结构相通，其出风口与环形气流通道相通；所述送风机的进风口与环形气流通道相通，其出风口与所述框架结构相通。

2.如权利要求1所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述送风机的出风方向、吸风机的进风方向与工件的轴向方向相平行。

3.如权利要求1所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述送风机与所述框架结构之间设有导流板a，该导流板a与所述框架结构之间形成一进风腔；所述吸风机与所述框架结构之间设有导流板b，该导流板b与所述框架结构之间形成一出风腔。

4.如权利要求3所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述导流板a上开设有进风孔，所述导流板b上开设有出风孔。

5.如权利要求4所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述进风孔孔径大于所述送风机叶轮直径，出风孔孔径小于所述吸风机进风口内径且进风孔中心与出风孔中心位于同一水平线上。

6.如权利要求5所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述与送风机出风口相通的隔板上均布有若干气流进口，该若干气流进口的分布面积总和是所述进风孔圆周面积的1～1.5倍；所述与吸风机进风口相通的隔板上均布有若干气流出口，该若干气流出口的分布面积总和是所述出风孔圆周面积的1～1.5倍。

7.如权利要求3所述的一种循环式空气预热装置，其特征在于：所述框架结构与送风机或吸风机相邻的两隔板之间的间距以及导流板a、导流板b分别与炉体内壁之间的间距均为10～20cm。

8.一种循环式空气预热方法，通过送风机将环形气流通道内的空气气流引入到框架结构内，其特征在于：所述空气气流在框架结构内的流动为层流方式，空气气流沿隔板内壁、工件之间的间隙及工件外壁流动，再通过吸风机引入至环形气流通道内，实现空气循环传热。

9.如权利要求8所述的一种循环式空气预热方法，其特征在于：所述由送风机吸入的空气气流沿其叶轮切向甩出经导流后汇集于进风腔内并通过均匀设置的气流进口瞬间进入框架结构内；经所述料具排出的温度为300℃～450℃的空气气流通过均匀设置的气流出口汇集于出风腔内再经导流后由吸风机进风口集中吸入再由其出风口排至环形气流通道内。

10.如权利要求8所述的一种循环式空气预热方法，其特征在于：所述工件为管状结构，空气气流在框架结构内的流动路径为：

第一路径：空气气流沿隔板内壁、工件之间的间隙及工件外壁流动；

第二路径：空气气流沿工件内壁流动。