CN104540605A - 热处理方法、热处理炉以及热处理系统 - Google Patents

Abstract

工件在热处理炉内接受热处理。首先，将工件放进热处理炉中。热处理炉中的工件浸入在热源溶剂中。在热处理炉中，形成过热蒸汽气氛。工件在热处理炉中暴露在过热蒸汽气氛下。随后，将工件从热处理炉中取出。

Description

热处理方法、热处理炉以及热处理系统

技术领域

本发明涉及热处理方法、热处理炉以及热处理系统。

背景技术

传统地，已经存在多种对工件进行热处理的方法以及热处理装置的方案。例如，在公开号为62-186775 (JP62-186775 A) 的日本专利申请中，出于加工/消毒食物或者其他类似物的目的，公开了一种热水加热装置，引导热水从热水罐到处理罐，以对物体进行均匀地热处理。

此外，在公开号为08-41554 (JP08-41554 A)的日本专利申请中，公开了一种废弃电池的处理方法。在该处理方法中，将废弃电池放进密闭的热处理炉中。然后，在加热的同时，该热处理炉中空气被抽空并且耗尽。从而，使得该废弃电池处于非氧化状态。之后，非氧化性气体通过增压进入该热处理炉，以快速且均匀地加热该废弃电池，使其达到预定温度。

在公开号为2004-143486 (JP2004- 143486 A)的日本专利申请中，公开了一种通过使用液体金属Na快速加热和快速冷却有色金属合金的方法。还有，在公开号为2005-201479 (JP2005-201479 A)的日本专利申请中，还公开了将含有铬氧化物的金属块浸入温水中以去除六价铬的方法。

此外，在公开号为2009-273996 (JP2009-273996 A)的日本专利申请中，公开了一种通过形成加压还原气氛以分解电路板（PCB）以及各种类型的二恶英的方法。在该方法中，加热留有污染物以及水汽的密闭容器，从而令容器内部充满过热蒸汽，形成加压还原气氛。

此外，在公开号为2011-111511 (JP2011-111511 A)的日本专利申请中，公开了一种再生处理系统，用过热蒸汽替换热处理炉中的空气，并且将含碳化合物的原料和催化剂同过热蒸汽一起放置在热处理炉中，对该碳化合物进行再生处理。

时下，能够减轻环境负担的热处理技术的发展成为需求，因而作为减轻环境负担的方法，实现处理效率的提高就显得非常重要。

发明内容

本发明提供了一种热处理方法、热处理炉以及热处理系统。具体地，本发明提供了在过热蒸汽气氛下对工件进行热处理的热处理方法、热处理炉以及热处理系统。

根据本发明的第一个方面的热处理方法，是用于使工件在热处理炉中接受热处理的热处理方法。该热处理方法包括：将所述工件放入所述热处理炉中，将所述热处理炉中的所述工件浸入热源溶剂中，在所述热处理炉中形成过热蒸汽气氛，使所述热处理炉中的所述工件暴露在所述过热蒸汽气氛下，以及将所述工件从所述热处理炉中取出。

根据本发明第二个方面的热处理炉，是用于使工件接受热处理的热处理炉。该热处理炉包括壳体、加热单元、排气口和溶剂控制单元。所述壳体被配置为容纳所述工件，并配备有空间，所述空间被配置为对气体进行密封。加热单元被配置为在所述空间中形成过热蒸汽气氛。排气口被配置为将所述空间中的气体从所述壳体中排放出去。溶剂控制单元被配置为将所述工件浸入热源溶剂中，并当所述空间为所述过热蒸汽气氛时，使所述工件从所述热源溶剂中暴露出来。

根据本发明第三个方面的热处理系统包括热处理炉、炉外罐和溶剂供给装置。热处理炉包括壳体、溶剂储罐和蒸汽发生加热器。所述壳体被配置为容纳一工件。所述溶剂储罐被配置为存储含水的热源溶剂。所述蒸汽发生加热器被配置为对存储在所述溶剂储罐中的所述热源溶剂进行加热，以在所述壳体中生成蒸汽。炉外罐设置在所述热处理炉的外部，并通过流通道连接至所述溶剂储罐。溶剂供给装置被配置为使所述热源溶剂通过所述流通道在所述炉外罐与所述溶剂储罐之间移动，以将所述工件浸入所述热源溶剂中，或使所述工件从所述热源溶剂中暴露出来。储罐储罐储罐储罐储罐

根据本发明的上述几个方面，提供了一种热处理方法，一种热处理炉，以及一种热处理系统，以提高处理效率并减少环境负担。

附图说明

以下将结合附图，描述本发明的示范性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，图中相似的附图标记代表相似部件，其中：

图1 为根据本发明一个实施例的热处理方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的热处理系统的结构示意图；

图3为通过使用根据本发明一个实施例的热处理系统，对锂离子二次电池进行热处理时，绘制相对于热处理时间的温度和电压所得的曲线图；

图4为通过使用根据本发明一个实施例的热处理系统，对锂离子二次电池进行热处理时，绘制相对于热处理时间的温度所得的曲线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

根据本发明实施例的热处理方法，涉及一种使工件在热处理炉中接受热处理的方法，其至少由以下步骤S1至S5构成。也就是说，根据本发明实施例的热处理方法包括放入过程（步骤S1）、浸入式加热过程（步骤S2）、过热蒸汽化步骤（步骤S3）、热处理过程（步骤S4）以及取出过程（步骤S5）。在放入过程中，将工件作为待处理对象放入热处理炉中。在浸入式加热过程中，将热处理炉中的工件浸入热源溶剂中。在过热蒸汽化过程中，在热处理炉内形成过热蒸汽气氛。在热处理过程中，将工件暴露在过热蒸汽气氛下进行热处理。在取出过程中，将工件从加热炉中取出。

根据本发明的实施例的热处理方法一般可以用于这样的目的：预期使工件在过热蒸汽气氛下接受热处理而无需接受燃烧处理。具体地，由于热处理处于缺氧状态，本发明的实施例适用于包含可燃物质的非燃烧型热处理。例如，本发明的实施例可应用于各类电池和电子元件的脱毒或者其他类似处理。

对步骤S1中的将工件放入热处理炉的过程没有特别限制，并且不限于使用已知的方法。例如，可以是由机械臂或类似工具自动将工件放入热处理炉的方法。替代性地，可以是将工件放置在专属容器中，例如网状容器或其他类似容器，然后通过自动控制将该网状容器放入热处理炉的方法。

对步骤S2中浸入和加热工件过程也没有特别限制，并不限于使用已知的方法。在步骤S2中，将热处理炉中的工件浸入热源溶剂中。只要不背离本发明的内涵，对该热源溶剂的类型没有特别限制。然而，该热源溶剂优选地是水，或为含水溶剂。如果使用这些溶剂，则在步骤S3中，它们还能够用作蒸汽生成源，从而能够缩减装置的尺寸，提高效率。所述热源溶剂还可以是添加了盐或其他类似物质的溶液或者分散液。顺便说一下，此处“热源溶剂”是指在等于或低于其沸点的温度下可以足够快速地加热工件的溶剂（溶液）。例如，在使用水作为溶剂的情况下，该温度等于或高于例如80°C。更从有效地快速加热工件的角度，该温度优选为等于或高于90°C，更优的为等于或高于95°C。

在步骤S2中，将工件浸入热源溶剂中。因此，相比于在室温下工件和溶剂同时加热，将工件浸入热源溶剂中，工件能够更快升温。此外，相比于省略了处理中的步骤S2、直接将工件放置在步骤S3的蒸汽气氛中的情形，将工件浸入热源溶剂使得工件能够更加有效地升温。也就是说，通过利用溶剂加热工件，工件能够更有效地升温，同时热传导效率提高了。顺便说一下，步骤S1和步骤S2可以交换。也就是说，在将适量加热溶剂注入热处理炉中之后，可以将工件放入热处理炉中，以浸入所述溶剂中。

当工件浸入热源溶剂中后，在步骤S3时在热处理炉中形成过热蒸汽气氛。具体地，在热处理炉密闭时，其内充满了过热蒸汽。并且，热处理炉中的气体被抽出并释放，以使该热处理炉的内部充满过热蒸汽。于是，在热处理炉内形成缺氧状态。该热源溶剂优选地用作蒸汽源。也就是说，优选地，使用水或含水溶剂作为热源溶剂，并进一步加热所述热源溶剂，以生成蒸汽。通过使用加热的热源溶剂，有效地生成蒸汽。当然，使用非水系的热源溶剂，并单独提供蒸汽源也是可行的。替代性地，也可以采用这样的配置：其中，水或含水溶剂用作热源溶剂，还提供单独的蒸汽源。顺便说一下，步骤S2和步骤S3可以同时执行。也就是说，在将工件浸入要加热的热源溶剂中的同时，在热处理炉中形成过热蒸汽气氛。

接着在步骤S4中，将所述工件从所述热源溶剂中暴露出来，并在过热蒸汽气氛中接受热处理。根据需求，将工件生成的气体或其他类似物质从排气口排出。顺便说一下，热处理炉中优选地为常压。然而，在热处理炉中也可以形成正压或负压。

在步骤S5中，将工件从热处理炉中取出。对取出工件的方法不作特别限制，可以不限于使用已知的方法。在步骤S5之前可以加上冷却工件的过程。优选地，将工件浸入步骤S2中使用的热源溶剂中，给工件降温，然后取出工件。

作为使工件接受热处理、同时避免烧坏工件的方法，已知的有通过惰性气体、如氩气或其他类似气体形成缺氧气氛的方法。在使用惰性气体的方法中，需要提供惰性气体置换装置，因此会导致装置体积增大，运营费用增加。另外，在同时加热工件和水的方法中，升温需要很长时间。根据本发明的实施例，在工件放进热处理炉中之后，将工件浸入具有高热导率的热源溶剂中，以快速升温。因此，该工件有效地升温。在这之后，通过形成过热蒸汽气氛，建立了缺氧状态，使工件暴露，以在过热蒸汽气氛中接受热处理。从而，所述工件在短时间内升温，并且有效地接受热处理。此外，在使用浸泡工件的热源溶剂作为蒸汽发生源的情况下，有一个优点是更加有效地形成蒸汽气氛。

根据本发明的实施例的热处理方法，可以用于能实现前述步骤的热处理炉以及热处理系统中，对此没有特别限制。以下将阐述适用于根据本发明实施例的热处理方法的热处理炉和热处理系统的例子。根据本发明实施例的热处理炉和热处理系统不限于以下的例子，而是可以在不偏离本发明内涵的情况下以各种方式作出改进。

图2是根据本发明一个例子的热处理系统100的结构示意图。热处理系统100包括热处理炉1、溶剂供给装置2、罐3、气体检测器4以及控制单元6。该罐3可以视为本发明的炉外罐。

热处理炉1包括壳体11、加热装置13、排气口14、溶剂控制装置15等。壳体11设有用于容纳要加热的工件W的空间12。加热装置13为用于加热热处理炉1的内部的加热源，并形成过热蒸汽气氛。空间12中的气体通过排气口14排出。溶剂控制装置15被配置为将工件W浸入热源溶剂中，并被配置为使工件W从热源溶剂中暴露出来。

溶剂供给装置2根据控制单元6的命令，控制罐3和热处理炉1中的溶剂的量。适当地，罐3具有可容纳一定量的溶剂、以浸泡工件W的容量。可单独设置罐3，如图2所示，或可以设置多个罐3。罐3的材料没有特别限制。所述罐3可具有隔热材料，以维持加热溶剂的温度。此外，罐3也可以设有加热装置。在图2所示的实施例中，罐3为聚丙烯罐。气体检测器4配备有传感器，该传感器设置在热处理炉1中，以监控热处理炉1中的氧气浓度、工件W产生的气体等。热处理系统100包括控制单元6，从而可以通过自动化处理进行控制。

对热处理炉1的壳体11没有具体限制，其可以由金属材料、陶瓷材料或其他类似材料制成。从实现紧凑主体的角度来说，优选地，将加热装置13的至少一部分设置在壳体11的壁上。在图2中的热处理炉1中，加热器21安装在壳体11的外壁上，远红外线辐射器22安装在该壳体11的内壁上。对加热器21没有特别限制，其例如是，在外壁部分上以固定间距安装多个加热器21。对壳体11、加热器21以及远红外线辐射器22都没有特别限制，可以不限于使用已知的技术。在图2的实施例中，远红外线辐射器22是通过对壳体11表面进行处理而形成的，其从日本工业标准制定的不锈钢SUS304通过陶瓷喷涂制成。另外，护套加热器可用作加热器21。

热处理炉1可设置工件承载部16，工件W作为加热对象安置在该工件承载部上。在最好固定工件W的情况下，该工件承载部16可以是工件固定装置。另外，在工件W较小且难以固定的情况下，该工件W可以放置在由金属网栅或其他类似材料制成的箱体中，该由金属网栅或其他类似材料制成的箱体可以稳固在该工件承载部16上。在图2所示的实施例中，设置有工件承载部16，并且工件W安装在该工件承载部16上。顺便说一下，在根据要求最好对工件W进行搅拌的情况下，可以在热处理炉1的底部提供搅拌装置或其他类似装置，而不是提供工件承载部。

热处理炉1设置有工件取出/放进部分（图中未示）。另外，热处理炉1被配置为能够密闭气体。具体地，空间12被配置为密闭气体。热处理炉1设置有用于从壳体11中排出空间12中的气体的排气孔14。此外，热处理炉1的内部配置为使得将热处理炉1中的气体很快被抽出、从而在步骤S3中形成过热蒸汽气氛的过程中建立缺氧状态。

通过连接着热处理炉1的气体检测器4，可以监控热处理炉1中的气体中的氧气浓度。另外，在步骤4的热处理过程中，从工件W上或其他类似物上气化的气体，也可以通过该气体检测器14监控。另外，可以安装有多个气体检测器4，或者根据需要在气体检测器上设置有不同种类的传感器。在只有过热蒸汽存在的情况下，可以通过排气口14排放至大气中。可选择地，热处理系统100可以配备有循环机制，这样可以使得从排气口14排出的过热蒸汽重新返还至罐3中。另外，在工件W生成的气体为金属气体、有害气体或其他类似气体的情况下，可将所述气体回收至预定容器内。

在图2所示的实施例中，溶剂储罐31设置在热处理炉1的下方，作为用于将热源溶剂注入热处理炉1中的溶剂控制装置15。溶剂储罐31与热处理炉1中的空间是连通的。在浸入工件W的情况下，溶剂储罐31中的热源溶剂也同样充满了该空间。此外，加热装置13设置在溶剂储罐31中，这样就可以直接加热热源溶剂。对溶剂控制装置15和溶剂控制装置15的加热装置的配置没有特别限制。在图2所示的实施例中，溶剂储罐31中设置有法兰加热器，作为蒸汽生成加热器23。

在图2所示的实施例中，溶剂储罐31通过流通道15与罐3连接。溶剂可由溶剂供给装置2根据控制单元6的命令驱动以可流动。另外，罐3连接至溶剂供给装置2。溶剂供给装置2是一个用于使溶剂移动的装置。例如，通过使空气压力为正压或负压，使得溶剂从罐3移至热处理炉1，或从热处理炉1移至罐3。注入热处理炉1的空间12中的溶剂的量由控制单元6和溶剂供给装置2控制。另外，响应于对控制单元6的命令的接收，溶剂供给装置2将溶剂储罐31中的溶剂移至罐3。

以下将阐述通过使用图2中的热处理系统100进行热处理的示例性方法。在该例中，将描述水用作溶剂的情况。首先，驱动溶剂供给装置2，以使罐3中容纳的水送入热处理炉1。送出的水由热处理炉1中的加热器21、远红外线辐射器22以及蒸汽发生加热器23加热，从而转化成接近100°C的热水。

当水在热处理炉1中加热至接近100°C后，热水回流到罐3中。接着，将工件W放入热处理炉1中。将工件W安置在工件承载部16上。下面阐述的是工件W包含有多个锂离子二次电池的情况。

接着，通过使用溶剂供给装置2，回流到罐3中的热水再次注入热处理炉1。注入热处理炉1中的热水的量设定为使得工件W能够充分浸入热水中。从而，该工件可以快速地升温。这时，工件W由加热器21、远红外线辐射仪22以及蒸汽发生加热器23提供热能供给。由于这些热能供给，热处理炉1的内部是饱和的过热蒸汽。顺便说一下，使热水回流至罐3中的过程可以省略，并且作为工件W的锂离子二次电池可以放进已经装有热水的热处理炉1中。

在气体检测器4确定过热蒸汽气氛已经充分形成在热处理炉1中之后，该锂离子二次电池将暴露在该过热蒸汽气氛中。具体地，可以调整热水量，使得热处理炉1中容纳的热水的水位下降至溶剂储罐31的位置，该溶剂储罐31位于热处理炉1底面之下。于是，蒸汽生成加热器23在常压下供给过热蒸汽。该锂离子二次电池接受远红外线辐射仪22、加热器21以及蒸汽发生加热器23 的混合方式的热处理。然后，由该锂离子二次电池产生的电解溶液以及气化气体通过排气口14回收。

进行过热蒸汽处理后，热水再次从罐3注入热处理炉1的空间12中，且工件W被浸入热水中。这样，该工件W快速地降至接近100°C。顺便说一下，在这种情况下，温水或室温水可以替代热水，以实现有效地冷却工件W。另外，通过工件W的冷却而温热的热水还可以有效地用于工件W的后续处理。

图3是使用图2中热处理系统对锂离子二次电池进行热处理时，绘制每个锂离子二次电池的表面温度相对于热处理时间所得的曲线图。在图3中，温度历史和电压历史分别为实线和虚线。另外，图3展示了通过绘制其中一个锂离子二次电池的电压相对于热处理时间所得的曲线。明显地，如图3所示，通过浸入式热处理，锂离子二次电池的温度在短期内迅速升高。另外，很明显地，每个锂离子二次电池的表面的温度通过在常压下的过热蒸汽处理而升高了。此外，显然，在过热蒸汽处理随后的工件冷却处理过程中，通过浸入热水中并接受冷却处理，工件W能够在相当短的时间内冷却。而且，从图3中的电压历史中也可以发现，经过过热蒸汽处理，每个锂离子二次电池的电压都接近等于0V，并且每个锂离子二次电池都正在退化。

以下将描述通过使用图2的热处理系统，观察浸入式加热过程的效果所得到的结果。作为比较例，观察了在浸入式加热、加热器21、远红外线辐射仪22以及蒸汽发生加热器23中只排除了浸入式加热的情形中的表面温度。图4为展示在比较例和本发明的例子中，通过绘制每个锂离子二次电池的表面温度相对于热处理时间所得的曲线图。在本发明的实施例中，浸入式加热、加热器21、远红外线辐射仪22以及蒸汽生成加热器23都有使用到。从图4中明显可见，与没有进行浸入式加热的比较例相比，在进行了浸入式加热的本发明的例子中，温度能够在更短的时间内升高。

根据图2所示的热处理系统，通过使用高热导率的溶剂（水），使工件接受热处理，从而工件能够快速升温。另外，在设置有用于在热处理炉中形成过热蒸汽气氛的机构的情形中，如图2所示的例子，则无需单独提供用于形成缺氧气氛的特定的替代装置。也就是说，无需通过庞大的装置，例如锅炉或其他类似装置，过热蒸汽气氛便能够而形成。另外，由于通过加热热水形成了过热蒸汽气氛，则使得在很短时间内得到蒸汽气氛成为可能。顺便说一句，锅炉或其他类似装置也可以依照特定的目的而一起使用。

另外，根据图2所示的热处理系统，由于用于工件升温的热水被重新用于冷却工件，从而工件能够有效地冷却。相应地，也能在短时间内实现工件的热处理。此外，根据图2所示的例子，在混合方式中，远红外线加热可以一起进行。从而可以实现更加有效的高速热处理。

也就是说，根据图2所示的热处理系统，混合加热方法包括三种加热方法，即，(i) 通过溶剂（水）浸入式加热，(ii)通过常压下的过热蒸汽的热处理，以及(iii)远红外线加热。从而，能够对工件能够进行高速热处理。通过进行高速热处理，可以实现节约能源，以及降低环境负担，进而实现降低成本。此外，由于无需锅炉，可以实现体积的减小。例如，可以设计该热处理系统的容器尺寸为20ft(6.069m)，从而达到减小尺寸的目的。此外，还有一个优点，使用相同的介质使得进行浸入式加热和冷却，以及形成缺氧气氛成为可能。另外，工件的热处理也可以自动完成。

每个锂离子二次电池中含有可燃物质，例如树脂、电解溶液以及其他类似物质。然而，根据本发明实施例的热处理方法，该热处理是在缺氧状态下进行的。因此，这些可燃物质能够实现无燃烧处理。此外，还有一个优点，即作为电解液中的有毒物质的氟化氢可以溶解在水中。相应地，还有一个优点，通过水作为媒介可以方便地回收氟化氢。顺便说一句，该热源溶剂能够循环多次利用。当然，也可以根据污染物的状态，设置用于过滤的净化系统或其他类似系统。

Claims (14)

1.用于使工件在热处理炉中接受热处理的热处理方法，包括：

将所述工件放入所述热处理炉中；

将所述热处理炉中的所述工件浸入热源溶剂中；

在所述热处理炉中形成过热蒸汽气氛；

使所述热处理炉中的所述工件暴露在所述过热蒸汽气氛下；以及

将所述工件从所述热处理炉中取出。

2.根据权利要求1所述的热处理方法，其中

所述热源溶剂为水，或含水溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的热处理方法，其中

在将所述工件浸入所述热源溶剂中之后，使所述工件暴露在所述过热蒸汽气氛下。

4.根据权利要求2所述的热处理方法，其中

在将所述工件浸入所述热源溶剂中之后，通过进一步加热所述热源溶剂，由所述热源溶剂形成所述过热蒸汽气氛。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的热处理方法，其中

在将所述工件浸入所述热源溶剂中的同时，在所述热处理炉中形成所述过热蒸汽气氛。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的热处理方法，还包括

在将所述工件从所述热处理炉中取出之前、且在使所述工件暴露在所述过热蒸汽气氛下之后，将所述工件浸入所述热源溶剂中以使工件冷却。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的热处理方法，还包括

通过远红外线加热所述工件。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的热处理方法，其中

所述工件为锂离子二次电池。

9.用于使工件接受热处理的热处理炉，包括：

壳体，其被配置为容纳所述工件，并配备有空间，所述空间被配置为对气体进行密封；

加热单元，其被配置为在所述空间中形成过热蒸汽气氛；

排气口，其被配置为将所述空间中的气体从所述壳体中排放出去；以及，

溶剂控制单元，其被配置为将所述工件浸入热源溶剂中，并当所述空间为所述过热蒸汽气氛时，使所述工件从所述热源溶剂中暴露出来。

10.根据权利要求9所述的热处理炉，其中

所述热源溶剂为水，或含水溶剂。

11.根据权利要求10所述的热处理炉，其中

所述加热单元包括蒸汽发生加热器，

所述溶剂控制单元包括溶剂储罐，该溶剂储罐被配置为存储所述热源溶剂，并且

所述蒸汽发生加热器对存储在所述溶剂储罐中的热源溶剂进行加热，以从所述热源溶剂生成蒸汽。

12.根据权利要求9到11中任一项所述的热处理炉，其中

所述加热单元还包括远红外线辐射单元。

13.根据权利要求9到12中任一项所述的热处理炉，其中

所述热处理炉连接至气体检测器，该气体检测器被配置为检测所述热处理炉的内部已形成过热蒸汽气氛。

14.一种热处理系统，包括：

热处理炉，其包括壳体、溶剂储罐和蒸汽发生加热器，其中所述壳体被配置为容纳一工件，所述溶剂储罐被配置为存储含水的热源溶剂，所述蒸汽发生加热器被配置为对存储在所述溶剂储罐中的所述热源溶剂进行加热，以在所述壳体中生成蒸汽；

炉外罐，该炉外罐设置在所述热处理炉的外部，并通过流通道连接至所述溶剂储罐；以及

溶剂供给装置，其被配置为使所述热源溶剂通过所述流通道在所述炉外罐与所述溶剂储罐之间移动，以将所述工件浸入所述热源溶剂中，或使所述工件从所述热源溶剂中暴露出来。