CN104864721A - 工业窑炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业加热设备领域，公开了一种工业窑炉，包括：炉体、加热装置和工件承载装置，炉体的内部为炉膛，加热装置和工件承载装置设置在炉膛内。工件承载装置带动工件在温度场内至少一个空间维度上切割等温线；和/或，加热装置在炉膛内运动，形成至少在一个空间维度上整体转动的温度场，使得温度场中的等温线被工件所切割。本发明使用工件承载装置带动工件运动或者驱动加热装置运动，使工件均匀地切割温度场的等温线，使得工件在一个模糊的温度区域加热，工件受热均匀，热处理效果好，从而提高了工件的质量。

Description

工业窑炉

技术领域

本发明涉及工业加热设备领域，特别是涉及一种工业窑炉。

背景技术

一般的工业热处理过程中需要确定合金件的升温曲线、固熔时间这些参数，以使合金件获得一个均匀的力学性能。特别是在热处理中的晶体生长阶段，晶体的生长需要一个很平滑的生长曲线，这个平滑的生产曲线在一个不均匀的温度场是很难控制的，而晶体生长出来的质量跟这个温度场是否均匀有很大的关联。此外，还有钒钛磁铁矿分离、钒钛分离也需要一个稳定的温度场。

现有的工业热处理炉，炉温很难保持均匀与稳定，热处理炉炉温的均匀性是人们追求的目标，但是炉温控制精度每提高1度需要付出巨大的成本。国内市场上炉温控制的比较精确的工业热处理炉，炉温也只能控制在期望温度的正负3度内浮动，极难控制到精确的恒温状态。

现有的工业窑炉无法保证炉内每一处的温度是均匀的，炉温很难保持均匀与稳定，为了追求热处理炉炉温的均匀性，炉温控制精度每提高1度将付出巨大的成本。现有技术的炉温控制的比较精确的工业热处理炉，炉温也只能控制在期望温度的正负3度内浮动，极难控制在恒温。使得位于窑炉中的工件各部分的受热不均匀，工件热处理不均匀，力学效果差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种能够使工件均匀受热的工业窑炉。

(二)技术方案

在工业热处理操作中，一般要求工业热处理炉加热到一定温度之后，过一定时间才能将待处理的东西放进去。即用某个时间点的精确控温和时间组合，假定温度场(工作区间)是均匀的，达到了工作条件。但是，时间加上精确控温跟工业热处理炉内的温度场是否是均匀的之间并没有确切的关系。为了解决上述技术问题，一种工业窑炉，包括：炉体、加热装置和工件承载装置，所述炉体的内部为炉膛，所述加热装置和所述工件承载装置设置在所述炉膛内；

所述工件承载装置带动所述工件在所述温度场内至少一个空间维度上切割等温线；和/或，

所述加热装置在炉膛内运动，形成至少在一个空间维度上整体转动的温度场，使得温度场中的等温线被工件所切割。

其中，所述工件承载装置包括回转电机、回转盘、支承轴、翻转电机和翻转支架，所述回转电机与所述回转盘连接，用于驱动所述回转盘转动；所述支承轴竖直安装于所述回转盘的上表面，所述支承轴设有一个滑块，所述翻转支架可转动地安装于所述滑块，且与所述翻转电机连接，用于驱动所述翻转支架翻转。

其中，所述支承轴为丝杠，所述滑块和所述支承轴之间为丝杠螺母连接，所述支承轴连接一升降电机。

其中，所述翻转支架通过翻转驱动轴可转动地安装在所述滑块上，所述翻转电机与所述翻转驱动轴连接；

所述工件的重心不在翻转支架的翻转轴线上，所述翻转驱动轴上设有一个翻转飞轮，所述翻转飞轮的内圈固定套接在所述翻转驱动轴上；所述翻转支架与所述翻转飞轮的外圈相固定连接。

其中，所述工件承载装置为多个，多个所述工件承载装置均匀排列于所述炉膛中。

其中，所述加热装置设置在所述炉膛的中心，且绕所述炉膛的中心转动；或者

所述加热装置为多个，多个所述加热装置均匀分布在所述炉膛中，且每个所述加热装置绕自身的中心转动。

其中，所述加热装置设置在所述炉膛的中心，所述工件承载装置包括滑轨和滑车，所述滑轨环形设置在所述加热装置的周围，所述滑车用于承放工件，所述滑车可滑动地安装在所述滑轨上，沿所述滑轨移动。

其中，所述加热装置连接一加热旋转电机，带动所述加热装置绕所述炉膛的中心转动。

其中，所述滑车设有滑车驱动装置，驱动所述滑车沿所述滑轨移动；或者

所述炉膛的中心设有滑车动力电机，所述滑车动力电机通过回转杆与所述滑车连接，驱动所述滑车移动。

其中，所述工件承载装置由钢、硅陶瓷、氧化铝陶瓷或者锆陶瓷制成。

(三)有益效果

本发明提供的工业窑炉，工件在加热过程中不断均匀地切割等温线，使得工件在一个模糊的温度区域，获得精确的温度环境，工件受热均匀，热处理效果好，从而提高了工件的质量。摒弃了单独依靠精准温度控制取得精准的温度环境的方法，不仅提高了温度环境的准确度，并且降低了温度控制的成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的俯视剖视图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视图；

图3为本发明实施例1的工件承载装置的纵向剖视图；

图4为本发明实施例2的俯视剖视图；

图5为本发明实施例3的俯视剖视图；

图6为图5中沿B-B方向的剖视图；

图7为本发明实施例4的剖视图；

图8为本发明实施例5的剖视图。

图中，10：炉体；11：炉膛；12：保温层；20：加热装置；21：加热回转电机；30：温控装置；40、50：工件承载装置；41：回转电机；42：回转盘；43：支承轴；44：翻转电机；45：翻转支架：46：滑块；461：丝杠螺母；47：翻转枢轴；48：翻转驱动轴；481：翻转飞轮；49：升降电机；51：滑轨；52：滑车；53：滑车动力电机；54：回转杆；1：炉体；2：炉膛；3：加热装置；4：工件承载装置；5：保温层；6：工件；7：炉盖；8：导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的工业窑炉，包括：炉体、加热装置和工件承载装置，炉体的内部为炉膛，加热装置和工件承载装置设置在炉膛内。工件承载装置带动工件在温度场内至少一个空间维度上切割等温线；和/或，加热装置在炉膛内运动，形成至少在一个空间维度上整体转动的温度场，使得温度场中的等温线被工件所切割。

实施例1

参照图1至3所示，本发明的工业窑炉，包括：炉体10、加热装置20、温控装置30和工件承载装置40。炉体10设有一个炉膛11，炉体10包括底板101、侧围102和上板103，底板101和上板103间隔设置，侧围102连接在底板101和上板103之间，形成一个内部具有空腔的圆柱形结构，炉体10的内部空腔作为炉膛11。炉体10的内壁还设有保温层12，对窑炉起到保温作用，降低加热装置20的能耗，节约能源。加热装置20设置在炉膛11的中心，用于使炉膛11形成加热工件的温度场。温控装置30布置在炉膛11中，且与加热装置20连接，用于控制温度场的温度。工件承载装置40用于承托工件，且带动工件在温度场内运动。其中，工件承载装置40由钢、硅陶瓷、氧化铝陶瓷或者是锆陶瓷制成。

工件承载装置40包括回转电机41、回转盘42、支承轴43、翻转电机44和翻转支架45，回转电机41与回转盘42连接，用于驱动回转盘42转动。支承轴43为两根，两根支承轴43竖直安装于回转盘42的上表面，每根支承轴43设有一个滑块46，翻转支架45可转动地安装在两个滑块46之间，翻转电机44安装在任意一个滑块46上，且翻转电机44与翻转支架45连接，用于驱动翻转支架45翻转。

进一步的，支承轴43为丝杠，滑块46通过丝杠螺母461与支承轴43连接，支承轴43的底端连接一升降电机49，升降电机49带动支承轴43转动，从而使滑块46沿支承轴43上下移动。优选的，回转电机41、翻转电机44和升降电机49均优先采用直接驱动电机，直接驱动电机即DD马达(Direct Drive Motor)。

进一步的，本实施例的工件承载装置40为4个，但不限于4个，4个工件承载装置40均匀设置在炉膛11中。具体的，本实施例中，4个工件承载装置40沿加热装置20的周向均匀排列，且每个工件承载装置40与加热装置20之间的距离相等。

使用时，将工件通过夹持装置夹持安放在翻转支架45上，开启回转电机41和翻转电机44，回转电机41带动回转盘42转动，翻转电机44带动翻转支架45翻转，使得整个工件在加热场中切割各温度区域的等温线，使得铸件在一个模糊的温度区域，获得精确的温度环境，整个工件受热均匀。

进一步的，参照图1至3所示，翻转支架45通过同轴设置的翻转枢轴47和翻转驱动轴48可转动地安装在滑块46上。翻转电机44与翻转驱动轴48连接。工件的重心不在翻转支架的翻转轴线上，即工件的重心不在翻转驱动轴48的中心线上。本实施例中，翻转支架45为簸箕形结构，其横断面呈类“L”型结构，翻转枢轴47和翻转驱动轴48安装于翻转支架46的两侧，工件安装在翻转支架45时，位于簸箕形翻转支架46中，工件的重心与翻转驱动轴48的重心不同。翻转驱动轴48上设有一个翻转飞轮481，翻转飞轮481的内圈固定套接在翻转驱动轴48上；翻转支架45与所述翻转飞轮481的外圈相固定连接。通过设置翻转飞轮481，翻转电机44带动翻转支架45翻转分为两个过程，第一个过程由翻转电机44带动将工件带到最高点，第二个过程由工件本身的重力带动回到最低点。

进一步的，如图3所示，加热装置20的下端连接一个加热回转电机，加热回转电机21驱动加热装置20绕炉膛11的中心转动，形成一个沿中心整体转动的温度场，使得温度场中的等温线被工件所切割，提高工件的受热均匀性。

进一步的，温控装置30设有多个温度传感器31和一个控制器(图未示出)，本实施例中，温度传感器31为8个，多个温度传感器31均匀设置炉膛11中，参照图1所示，温度传感器31安装在保温层的内壁上，温度传感器31分别与控制器的输入端连接，控制器的输出端与加热装置20连接。温度传感器31检测到温度信号发送给控制器，控制器对温度信号进行处理计算，发送控制信号给加热装置20，加热装置20根据控制信号进行加热或者停止加热。

需要说明的是，上述描述过程中的支承轴43采用两根，实际上，支承轴43也可以采用一根，支承轴43上设有同样设有滑块46，翻转支架45通过翻转驱动轴48可转动地安装于滑块46上，且通过翻转电机44驱动翻转支架45转动。翻转电机44不限于安装在滑块46上。

实施例2

本实施例，与实施例1基本相同，所不同之处在于，参照图4所示，加热装置20为多个，本实施例采用4个，4个加热装置20均匀分布在炉膛11中。进一步的，每个加热装置20均连接一加热回转电机21，使加热装置21绕自身的中心转动。

实施例3

参照图5和6所示，本发明的工业窑炉，包括：炉体10、加热装置20、温控装置30和工件承载装置50。炉体10设有一个炉膛11，炉体10包括底板101、侧围102和上板103，底板101和上板103间隔设置，侧围102连接在底板101和上板103之间，形成一个内部具有空腔的圆柱形结构，其内部空腔作为炉膛11。加热装置20设置在炉膛11的中心，工件承载装置50包括滑轨51和滑车52，滑轨51环形设置在加热装置20的周围，滑车52用于承载工件，滑车52可滑动地安装在滑轨51上，滑车52沿滑轨51绕加热装置20环形移动。工件安装在滑车52上，通过滑车52带动工件沿着滑轨51移动，使得工件切割温度场的各等温线，使得工件受热均匀。优选的，滑轨51任意一点与加热装置20之间的距离相等，进一步提高工件受热的均匀性。滑车52也可以为多个，多个滑车52排列安装在滑轨51上。其中，工件承载装置50由钢、硅陶瓷、氧化铝陶瓷或者是锆陶瓷制成。

本实施例中驱动滑车52移动具有多种方式，本领域技术人员能够根据实际需要进行设置。其中，本实施例给出两种常见的实施方式，第一，滑车52上设有滑车驱动装置，驱动滑车沿滑轨移动；第二，如图6所示，在炉膛11的中心设有滑车动力电机53，滑车动力电机53通过回转杆54与滑车52连接，驱动滑车52移动。

进一步的，本实施例中的加热装置20也可以连接加热回转电机21，加热回转电机21带动加热装置沿中心线转动。

另外，需要说明的是，本实施例中的温控装置30的设置方式可以采用与实施例1相同，本实施例不再赘述。

本发明使用工件承载装置带动工件均匀运动和/或加热装置运动形成转动的温度场，使工件均匀地切割等温线，使得工件在一个模糊的温度区域，获得精确的温度环境，工件受热均匀，热处理效果好，从而提高了工件的质量。采用本发明的工业窑炉，摒弃了现有技术单独依靠精准温度控制取得精准的温度环境的方法，不仅提高了温度环境的准确度，并且降低了温度控制的成本。

本发明可以用于消除模铸造工艺中做的膜壳焙烧，还可以应用于晶体的生长，晶体生长需要一个很平滑的生长曲线，这个平滑的生产曲线在一个不均匀的温度场是很难控制的，而晶体生长出来的质量跟这个温度场是否均匀有很大的关联。

本申请中提供一种工业窑炉，该工业窑炉包括炉体、炉膛、加热装置和工件承载装置，其中，所述炉膛设置于炉体内部，所述工件承载装置用于承载或夹持需加工的工件，所述加热装置在该工业窑炉的炉膛内产生用于加工工件的温度场。与传统的被加工工件静止设置于所述工业窑炉中被加热的方式不同，本申请的工业窑炉可使得被加工工件在炉膛内转动，其具体实现方式如下：

所述工件承载装置至少通过一旋转轴支撑设置于所述炉膛内部，并且所述旋转轴能够带动所述工件承载装置转动，且所述旋转轴的设置方式满足工件承载装置上工件转动时至少在一个空间维度切割所述温度场中的等温线；和/或，在炉膛内产生温度场的加热装置或其载体以可旋转方式设置于所述工业窑炉上，所述温度场在加热装置或其载体的带动下至少在一个空间维度上整体转动，使得温度场中的等温线被所述工件承载装置上的工件所切割。

也就是说本申请中的工业窑炉，被加工工件可以在炉膛内的温度场中转动，实现方式可以是工件承载装置带动工件转动，也可以是加热装置转动使得温度场转动，或者两种方式兼而有之。通过让被加工工件在温度场以切割等温线的方式转动，可实现被加热工件不同部位在不同时间处于不同的温度场中，从而达到被使被加工工件均匀加热的目的。本身请的工业窑炉可以实现非均匀的热力场获得精确的温度控制。现有的工业窑炉为了使得被加热工件的温度均匀性提高，采取的方式一般是尽可能的提高炉内温度气氛的温度均匀性，为获得高的温度一致性，特别是要求被加工工件各个部分具有很小的温差或者被加工工件为大工件或超大工件时，不但需要投入很大的成本，而且也难以达到很高的温度一致性；本申请的方案跳出传统的追求炉内温度气氛一致性的惯性思维之外，以使得工件可在炉膛内转动的方式实现被加工工件的温度精确控制，本申请提供的即为实现所述被加工工件温度精确控制的工业窑炉。

下面结合附图对本申请的工业窑炉进行详细说明。需要说明的是，下面两组实施例以工件承载装置设置于炉膛底部的方式进行说明，但其并不局限于此，工件承载装置可以以任何可能的方式设置于炉膛内部，且工件承载装置不但可以实现对被加工工件的支撑，而且还可以通过加装夹具的方式实现对被加工工件的夹持。图7至图8示出了本发明提供的一种工业窑炉的实施例4和实施例5。

实施例4

从图7中可以看出，工业窑炉包括炉体1、炉膛2、加热装置3、工件承载装置4、保温层5、导流装置(未示出)。为方便说明，图中示出了需加工的工件6。

所述炉体1为该工业窑炉的主体，其内部中心位置设置炉膛2。

所述炉膛2为工作区域，为工件6提供加工所需的反应空间，通常为圆柱形空腔结构。在工作时，炉膛2是一般密闭。该炉膛2包括工件6放入或取出的进、出料口，可分别设置。本实施例中，该工业窑炉的所述炉体1顶部具有可拆卸的炉盖7，同时起到进、出料口的作用。

所述炉膛2内部设置有工件承载装置4，该工件承载装置4用于承载和夹持需加工的工件6，所述工件6固定放于所述工件承载装置4上。该工件承载装置4包括圆盘、旋转轴和第一驱动装置，该工件承载装置4可包括多根轴线方向不同的旋转轴，以满足所述圆盘对不同的旋转方向的要求。所述第一驱动装置可通过旋转轴驱动所述圆盘，从而使工件6相对旋转轴发生旋转。所述旋转轴的设置方式满足被加工工件6随工件承载装置4运动时该工件6至少在一个空间维度切割所述温度场中的等温线。

本实施例中，所述工件承载装置4仅包括一根旋转轴，且旋转轴轴线垂直于所述圆盘的延伸方向。

所述加热装置3产生用于加工工件6的温度场，该加热装置3设置于该工业窑炉的炉膛2内，既可以是活动方式也可为固定方式。

活动方式，即所述温度场在加热装置3的带动下至少在一个空间维度上使得温度场中的等温线被所述工件承载装置4上的被加工工件6所切割。

固定方式即所述加热装置3或其载体固定设置于所述工业窑炉上。但加热装置可包括相对工件承载装置4运动的温度场，以使所述工件承载装置4上的工件6可切割该温度场的等温线。

所述加热装置3可为燃料热源、电热源或者微波热源，或者是多种热源的组合。

本实施例中，为电热源，该加热装置3固定设置于炉膛2内。

为保证热量充分利用，在炉膛外周设置有保温层5，该保温层5可减少热量的浪费，提高能源利用率。

工件在受热反应可能会产生有害气体，对工件的质量产生严重影响。因此要在炉膛内设置导流装置(图中未示出)。所述导流装置包括风机、出气管、进气管，所述进气管和出气管分别与该炉膛内部相通，在风机的作用下可将完成炉膛内部气体和外界气体的交替。从而使工件在反应过程中产生的有害气体及时地排到炉膛外。

实施例5

图8示出了本发明提供的又一实施例，该工业窑炉包括炉体1、炉膛2、保温层5、加热装置3、工件承载装置4和导轨8。

所述炉体1、炉膛2和保温结构5与第一种实施例中相同。所述炉膛2内部工件承载装置4周围设置有导轨8。所述加热装置3在第二驱动装置的驱动下载该导轨上高速运动，从而使工件6各个位置受热均匀。

在本发明中，温度场和工件要有相对运动，即至少一方是要运动。当然，两者均运动也能满足工作要求。

上述的实施例中，仅仅示意性的说明了温度场相对于被加工工件的在一个空间维度上相对转动的情形，但本领域技术人员应当明白，任何在炉膛内部温度场中做切割等温线转动以达到被加工工件加热均匀性的结构均应该包含在被申请的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业窑炉，其特征在于，包括：炉体、加热装置和工件承载装置，所述炉体的内部为炉膛，所述加热装置和所述工件承载装置设置在所述炉膛内；

所述工件承载装置带动所述工件在所述温度场内至少一个空间维度上切割等温线；和/或，

所述加热装置在炉膛内运动，形成至少在一个空间维度上整体转动的温度场，使得温度场中的等温线被工件所切割。

2.如权利要求1所述的工业窑炉，其特征在于，所述工件承载装置包括回转电机、回转盘、支承轴、翻转电机和翻转支架，所述回转电机与所述回转盘连接，用于驱动所述回转盘转动；所述支承轴竖直安装于所述回转盘的上表面，所述支承轴设有一个滑块，所述翻转支架可转动地安装于所述滑块，且与所述翻转电机连接，用于驱动所述翻转支架翻转。

3.如权利要求2所述的工业窑炉，其特征在于，所述支承轴为丝杠，所述滑块和所述支承轴之间为丝杠螺母连接，所述支承轴连接一升降电机。

4.如权利要求2所述的工业窑炉，其特征在于，所述翻转支架通过翻转驱动轴可转动地安装在所述滑块上，所述翻转电机与所述翻转驱动轴连接；

所述工件的重心不在翻转支架的翻转轴线上，所述翻转驱动轴上设有一个翻转飞轮，所述翻转飞轮的内圈固定套接在所述翻转驱动轴上；所述翻转支架与所述翻转飞轮的外圈相固定连接。

5.如权利要求2所述的工业窑炉，其特征在于，所述工件承载装置为多个，多个所述工件承载装置均匀排列于所述炉膛中。

6.如权利要求1～5任一项所述的工业窑炉，其特征在于，所述加热装置设置在所述炉膛的中心，且绕所述炉膛的中心转动；或者

所述加热装置为多个，多个所述加热装置均匀分布在所述炉膛中，且每个所述加热装置绕自身的中心转动。

7.如权利要求1所述的工业窑炉，其特征在于，所述加热装置设置在所述炉膛的中心，所述工件承载装置包括滑轨和滑车，所述滑轨环形设置在所述加热装置的周围，所述滑车用于承放工件，所述滑车可滑动地安装在所述滑轨上，沿所述滑轨移动。

8.如权利要求7所述的工业窑炉，其特征在于，所述加热装置连接一加热旋转电机，带动所述加热装置绕所述炉膛的中心转动。

9.如权利要求7所述的工业窑炉，其特征在于，所述滑车设有滑车驱动装置，驱动所述滑车沿所述滑轨移动；或者

所述炉膛的中心设有滑车动力电机，所述滑车动力电机通过回转杆与所述滑车连接，驱动所述滑车移动。

10.如权利要求1所述的工业窑炉，其特征在于，所述工件承载装置由钢、硅陶瓷、氧化铝陶瓷或者锆陶瓷制成。