CN106610222A - 一种热处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热处理设备，以循环流动的高温气体为热能载体加热物料，提高物料受热均匀性和速率的同时，降低物料更换的热能损耗；所述的热处理设备主要由加热器、物料受热器、储气罐、控制器组成；储气罐将气体不断通入加热器内受热，再回流至储气罐气内，直至气体达到并保持在目标温度；储气罐内加热好的高温气体按照需要速率和压力通入物料受热容器，回流至储气罐内；高温气体在物料受热器和储气罐之间循环流动，实现物料加热；物料更换过程中只需更换物料受热容器，不需将加热器停止或降温，也不需要将储气罐内的气体降温，新批次的物料可快速开始加热。

Description

一种热处理设备

技术领域

本发明涉及一种对物料进行加热处理的设备，更具体地说，本发明涉及一种利用循环高温热气对物料进行温度控制的设备，属于机械设备领域。

背景技术

目前在材料固相合成、退火、煅烧、干燥等热处理过程中所用到的热处理主要包括电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉、燃料加热炉等，这些设备用于物料热处理时都是将物料置于炉体内，加热源对物料或物料周围的空气进行加热，这些加热设备在热处理物理过程中存在两个方面的不足：温度场不一致导致无法实现物料各处受热一致；物料批次更换时需要将整个炉体降温导致热能损耗。物料受热不一致主要是由于炉体内各处无法达到精确一致的温度场，尤其是用于大量制造粉体材料的加热炉，在尺寸超过一定程度(例如体积大于1立方)情况下炉膛内要实现10℃温差以内的温度场都较难；另外物料本身从外到内的传热过程也使得物料内部各处无法受热均匀。物料置于炉体内，热处理一批物料，更换下一批时，通常将炉体降温，更换一批物料后再升温，这一过程将损耗大量热能，即使是隧道窑炉等形式的物料连续流动的加热炉，在物料出炉时，炉体内气体所带走的热量也带来了不小的热能损耗。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，提供一种气体循环加热设备，提高物料受热均匀性的同时，降低物料更换的热能损耗。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种气体循环加热设备，所述的加热设备如附图1所示，主要由加热器、物料受热器、储气罐、控制器组成；所述的加热器是将气体加热到预定温度的部件，加热方式包括但不限于电加热、燃料加热、辐射加热、电磁波加热等，加热的气体包括但不限于空气、氮气、氩气、氢气、水蒸汽、二氧化碳、混合气等；所述的物料受热器是放置受热物料的容器，包括但不限于金属罐、陶瓷罐、耐温塑料罐等；所述的储气罐是用于存储气体的部件，通过气体管路与加热器、物料受热器连接，集中存储加热器加热后的热气，通过气体压缩组件将热气压缩至目标压力并通入到物料受热器，收集从物料受热器排出的气体；所述的控制器是设备的控制部件，实现加热器加热和降温控制，储气罐收集气体、加压、给气控制，各部件之间连接阀门通断控制等；所述的气体循环加热设备工作原理如下：

A、加热器有进气口与出气口，进气口和出气口通过管路与储气罐连接，由储气罐通入加热器的气体在加热器内受热，再回流至储气罐气体压缩组件的低压端，加压后流入储内，气体在加热器和储气罐两个部件之间不断循环，储气罐内气体不断升高温度，直至达到目标温度；

B、物料受热器在装载物料后，储气罐内热气按照需要速率和压力通入物料受热器，带动物料流动同时加热物料，热气再回流至储气罐或加热器，热气在物料受热器和储气罐或加热器之间循环流动，实现物料加热；

C、物料达到目标温度和受热时间后，关闭物料受热器和储气罐或加热器之间气体流通的阀门，排出物料或将物料受热器整体卸载，转移至降温控制设备，完成一批次物料的热处理；

D、受热器内装载新物料重复B、C步骤即可实现新批次物料的热处理，物料更换过程中不需将加热器、储气罐停止或降温；

E、控制器根据设定的气体目标温度和气压，控制加热器和储气罐气体压缩组件的启停，实现对储气罐内气体温度和压力的控制；通过对通入物料受热器的热气压力和流速的控制，实现物料加热速度和目标温度的控制。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明提供一种物料高温热处理的设备，本设备利用加热器加热后的热气循环通入到物料受热容器，优选的物料受热容器内布置热气均匀分布的管路或多孔零件，容器内的物料各处均匀受热，通过控制热气温度和通入的速率可快速、均匀加热物料；相对于电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉、燃料加热炉等将物料放置于炉膛内，使物料从外围至内部受热的方式，本发明能够提高物料受热的均匀性和加热速度。

2、本发明尤其适合于粉体材料固相合成和浆料干燥。常规固相合成粉体过程中，将粉体置于坩埚，通过电阻炉、窑炉等设备加热，适合规模化制造，但粉体受热难均匀，加热时间长；本发明利用高温热气在粉体内均匀流动，能够提高粉体受热均匀性，热交换效率高，缩短加热时间，提高制造效率。用于粉体固相合成时，优选的物料受热器在气体出口端布置粉体过滤装置。浆料干燥通常采用烘烤工艺，将浆料装载在容器中，放入烘箱，通过加热和烘箱内气流使浆料中的溶剂从表面逐渐挥发；本发明利用加热后的热气在浆料内均匀流动，能够提高浆料受热均匀性，热交换效率高，缩短加热时间，提高制造效率，且能够避免粉料团聚结块等问题。用于浆料干燥时，优选的物料受热器在气体出口端布置溶剂冷凝和收集的装置。

3、本发明由于将加热器、热气储罐和物料受热容器单独设计成通过管路连接的部件，优选的各部件都有保温层包覆，在一批物料达到目标温度和受热时间后可以在单独分离出来进行物料降温和重新装载程序，不需将加热器停止，也不需要将热气储罐内的气体降温，更换至新的物料时可以快速加热，既能提高物料更换的效率，又能够节约能源。

附图说明

图1为本发明热处理设备的结构示意图。

图2为实施例1和实施例2结构示意图。

附图标记：

1为加热器、2为热气储罐、3为物料受热器、4为控制器、5为气体管路；

11为加热器外部保温层、12为加热器内部加热体、13为加热器气体出口、14为加热器气体入口；

21为储气罐罐体、22为储气罐外部保温层、23为储气罐气体入口(低压端)、24为储气罐气体出口(高压端)；

31为物料受热器内部放置物料的容器、32为气体受热器外壳或外部保温层、33为物料受热器内热气分流器、34为物料受热器气体出口、35为物料受热器气体入口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

一种加热设备，用于室温至800℃氩气气氛下粉体固相合成。如附图2所示，所述的加热器1是最高工作温度为1000℃的电阻加热炉，内部加热组件是电阻丝，外部保温层是硅酸铝纤维板或莫来石砖；所述的热气储罐2内存储氩气，储气罐体21是耐压0.8MPa铸铁罐，外部保温层22是由底层氧化铝纤维和外层聚氨酯发泡缠绕组成的复合保温材料；所述储气罐2在气体入口有气体压缩装置，将加热器1或物料受热器3流回的气体继续加压后注入至储气罐体21；所述的物料受热器3内部是放置物料的陶瓷材质容器31，外部是氧化铝纤维底层和聚氨酯发泡外层组成的复合保温层32；所述的陶瓷材质容器31内有热气分流器33，热气分流器33是外表面均匀分布气体出口的陶瓷空心管。本实施例所述加热设备在800℃氩气气氛下固相反应合成粉体的步骤如下：

A、加热器1进气口和出气口通过管路与储气罐2连接，由储气罐2通入加热器1的氩气在加热器1内受热，再回流至储气罐气体压缩组件的低压端，加压后流入储气罐罐体21内，氩气在加热器(1)和储气罐(2)两个部件之间不断循环，直至氩气达到800-900℃；

B、陶瓷容器31内部装载粉料后，储气罐2内加热好的氩气按照需要速率和压力通入陶瓷容器31，并通过气体分流器33均匀流出，加热物料；由陶瓷容器排出的氩气通过储气罐2的加压组件压缩后回流至储气罐罐体21内；氩气在物料受热器3和储气罐2之间循环流动，实现物料加热；储气罐2内氩气的温度低于目标温度时，控制器4通过控制加热器1的启停，按照上述步骤A工作，实现储气罐2内氩气温度的恒定；

C、粉料达到目标温度和受热时间后，关闭物料受热器3和储气罐2之间气体流通的阀门，将陶瓷容器31整体卸载，转移至降温控制设备，完成一批次粉料的固相反应合成；

D、陶瓷容器31内装载新粉体原料，重复B、C步骤实现新批次粉体材料的固相反应合成，粉料更换过程中不需将加热器1停止或降温，也不需要将储气罐2内的氩气降温，新批次的粉料可快速开始加热。

实施例2

一种加热设备，用于室温至400℃氮气气氛下浆料干燥。如附图2所示，所述的加热器1是最高工作温度为600℃的电阻加热炉，内部加热组件是电阻丝，外部保温层是保温棉或硅酸铝纤维板；所述的热气储罐2内存储氮气，储气罐体21是耐压0.8MPa铸铁罐，外部保温层22是由保温棉组成；所述储气罐2在气体入口有气体压缩装置，将加热器1或物料受热器3流回的气体继续加压后注入至储气罐体21；所述的物料受热器3内部是放置物料的不锈钢材质容器31，外部是氧化铝纤维、硅酸铝纤维或保温棉等材质保温层32；所述的不锈钢容器31内有热气分流器33，热气分流器33是外表面均匀分布气体出口的不锈钢空心管。本实施例所述加热设备在400℃氮气气氛下干燥浆料的步骤如下：

A、加热器1进气口和出气口通过管路与储气罐2连接，由储气罐2通入加热器1的氮气在加热器1内受热，再回流至储气罐气体压缩组件的低压端，加压后流入储气罐罐体21内，氮气在加热器1和储气罐2两个部件之间不断循环，直至氮气达到400-500℃；

B、不锈钢容器31内部装载浆料后，储气罐2内加热好的氮气按照需要速率和压力通入不锈钢容器31，并通过气体分流器33均匀流出，加热干燥浆料；由陶瓷容器排出的氮气通过储气罐2的加压组件压缩后回流至储气罐罐体21内；氮气在物料受热器3和储气罐2之间循环流动，实现浆料加热和干燥；储气罐2内氮气的温度低于目标温度时，控制器4通过控制加热器1的启停，按照上述步骤A工作，实现储气罐2内氮气温度的恒定；

C、浆料达到目标温度和受热时间后，关闭物料受热器3和储气罐2之间气体流通的阀门，将不锈钢容器31整体卸载，转移至降温控制设备，完成一批次浆料的加热干燥；

D、不锈钢容器31内装载新浆料，重复B、C步骤实现新批次浆料的改造处理，浆料更换过程中不需将加热器1停止或降温，也不需要将储气罐2内的氮气降温，新批次的浆料可快速开始加热干燥。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (9)

1.一种热处理设备，其特征在于，所述的热处理设备以循环流动的高温气体为热能载体加热物料，提高物料受热均匀性和速率的同时，降低物料更换的热能损耗；所述的热处理设备主要由加热器(1)、物料受热器(3)、储气罐(2)、控制器(4)组成，加热器(1)与储气罐(2)通过气体管路(5)连接，物料受热器(3)与储气罐(2)通过气体管路(5)连接，加热器(1)、储气罐(2)、物料受热器(3)同时与控制器(4)连接，并由控制器(4)协调工作。

2.根据权利要求1所述的一种热处理设备，其特征在于，加热器(1)是将气体加热到预定温度的部件，加热方式包括但不限于电加热、燃料加热、辐射加热、电磁波加热，加热的气体包括但不限于空气、氮气、氩气、氢气、水蒸汽、二氧化碳、混合气。

3.根据权利要求1所述的一种热处理设备，其特征在于，所述的物料受热器(3)是放置受热物料的容器，包括但不限于金属罐、陶瓷罐、耐温塑料罐。

4.根据权利要求1所述的一种热处理设备，其特征在于，所述的储气罐(2)是用于存储气体的部件，通过气体管路与加热器(1)、物料受热器(3)连接，集中存储加热器(1)加热后的热气，通过气体压缩组件将热气压缩至目标压力并通入到物料受热器(3)，收集从物料受热器(3)排出的气体。

5.根据权利要求1所述的一种热处理设备，其特征在于，所述的控制器(4)是设备的控制部件，实现加热器(1)加热、保温和降温控制，储气罐(2)收集气体、加压、给气控制。

6.根据权利要求1、2或4所述的一种热处理设备，其特征在于，储气罐(2)将气体不断通入加热器(1)内受热，再回流至储气罐气内，直至气体达到并保持在目标温度。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种热处理设备，其特征在于，储气罐(2)内加热好的高温气体按照需要速率和压力通入物料受热容器(3)，回流至储气罐(2)内；高温气体在物料受热器(3)和储气罐(2)之间循环流动，实现物料加热。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种热处理设备，其特征在于，物料更换过程中只需更换物料受热容器，不需将加热器(1)停止或降温，也不需要将储气罐(2)内的气体降温，新批次的物料可快速开始加热。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种热处理设备，其特征在于，所述的热处理设备的组成可以简化或添加辅助组件，包括但不限于以下形式：取消储气罐，热气在加热器(1)和物料受热器(3)之间循环；在气体管路上添加净化装置；在物料受热器(3)内添加组件控制气体流动方式。