CN106835010B - 一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备及工艺，设备包括：非密闭通道式渗锌室，其具有一个通道，通道由若干节构成，各节的一端设有工件入口，另一端设有工件出口，其中的一节或几节作为渗锌节，其中具有渗锌空间；加热保温系统，用于对渗锌空间进行加热；保护气体施加装置，用于向渗锌空间中充填保护气体，使金属工件在气体保护氛围下进行渗锌处理；锌粉施加装置，用于向工件表面施加锌粉；机械助渗装置，用于向工件表面施加颗粒，通过颗粒对施加了锌粉的工件表面的撞击实现机械助渗；输送系统，其工件输送部输送金属工件的预定路线的一部分沿工件入口、通道和工件出口布置。借此，可以实现连续渗锌，相较现有的逐炉渗锌工艺效率高、节能环保。
Description
技术领域
本发明属于金属表面化学处理和金属材料扩散处理技术领域，具体地说，本发明涉及一种可连续进行的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备及工艺。
背景技术
渗锌是用热扩散方法在金属工件表面获得锌铁合金层的表面保护工艺，是将渗锌剂与金属工件等共置于渗锌炉中，在预定工艺温度下，锌原子由金属工件表面向内部渗透，同时铁原子则由内向外扩散，借此，在金属工件表层形成一层均匀的锌-铁化合物，即渗锌层，通过渗锌层对金属工件实现阴极保护。
目前，对金属工件表面的粉末渗锌处理，主要是在密闭的真空环境下进行的，具体有如下两种方式：
一是采用密封炉“静态”渗锌，即将金属工件、锌粉和各种助渗剂装入密封炉内，令金属工件埋于复合粉剂中，加热到预定工艺温度后，保温一定时间，实现“静态”下扩散式渗锌，渗锌结束之后，降温到预定温度后出炉。
该种渗锌方式，由于在渗锌前需要进行填炉密封操作，在处理后又需要开封出炉，因此，其处理工艺只能是逐炉处理的方式，加之每一炉均需要在处理前升温，并在处理后降温，每一炉的全程处理时间大约需要6～8小时，其渗锌处理无效时间花费过长，造成工艺处理效率低下，升温、降温过程浪费了大量的时间、能源和劳动力。
二是采用旋转式渗锌炉“动态”渗锌。旋转式渗锌炉主要由托轮、炉膛本体、加热元件、密封旋转式渗锌罐、滚筒电机组成；操作时，将金属工件、锌粉、各种助剂、惰性冲击介质一并装入密封旋转式渗锌罐中，然后将密闭的渗锌罐吊装放入炉膛本体内，并架设于两侧托轮上，由滚筒电机带动渗锌罐旋转，同时对渗锌罐进行加热，在预定温度下处理预定时间后，关闭加热元件，渗锌罐随炉冷却到预定温度，随后关闭滚筒电机并吊出渗锌罐，最后打开渗锌罐取出处理后的工件。当金属工件批量大时，也可将大量工件一次分装至几个渗锌罐内，将几个渗锌罐同时吊装至网带传输式渗锌炉内处理，并集中进行下罐取件。
该种渗锌方式，借助渗锌罐的滚动，使得锌粉颗粒与金属工件之间形成机械摩擦，以加快锌原子与金属工件表面原子的反应，达到机械助渗的效果，但是，受渗锌罐滚动转速所限制，获得的动能能量小，不能有效地激发锌原子的活化能，而且，由于在渗锌前需要进行填炉密封操作，在处理后又需要开封出炉，因此，其处理工艺仍然只能是逐炉处理，加之每一炉均需要在处理前升温，并在处理后降温，每一炉零件的全程处理时间仍需要5～6小时，其通过机械旋转助渗的方式以期提高渗锌效率效果依然有限，很难满足连续化、大规模生产的节拍要求。
另外，虽然旋转式渗锌炉通过将密封旋转式渗锌罐与炉膛分开的结构，可以借助渗锌罐的滚动提高渗锌效率，但是，由于密封旋转式渗锌罐的旋转运动使得其不能实现内部加热，而只能是通过设于炉膛与密封旋转式渗锌罐之间的加热元件，先对密封旋转式渗锌罐从外部加热，然后再由渗锌罐将热量传输给其内部的金属工件，这就导致，加热元件辐射的热量会被炉胆消耗一部分，不能快速有效地传导至金属工件，延长了加热金属工件所需的时间(同时也延长了降温时间)，降低了效率，使得每一罐的整体处理时间变长，同时，加热和冷却渗锌罐又因额外增加了热量的损耗而造成能源浪费，以及增加了对环境的热污染。
由此可知，现有渗锌技术，由于设备和工艺的局限性，其只能分炉处理，不能保证产品品质的均一性，通常每炉处理量大约为300～800Kg，而每一炉的处理时间又过长，生产效率十分低下，不能满足大规模生产的需要，同时，其金属工件装炉、出炉操作频繁，劳动力消耗大，而且，每一炉均需要升温、降温，不仅浪费了大量的能源，还可能会带来对环境的污染，不符合节能减排的环保趋势。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其不仅可以实现渗锌的连续处理，而且具有更佳的助渗效果，可以显著提高生产效率，同时能耗更低。
本发明还提供一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其不仅可以实现渗锌的连续处理，而且具有更佳的助渗效果，可以显著提高生产效率，同时能耗更低。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其包括：
非密闭通道式渗锌室，其具有一个通道，通道由若干节构成，其各节的一端设有工件入口，另一端设有工件出口，其中的一节或几节作为渗锌节，渗锌节中具有渗锌空间，供金属工件在其中进行渗锌处理，通道的一节或几节设置为预热节，预热节设于渗锌空间前；
预热保温系统，其加热元件设于预热节，用于对工件进行预热；
加热保温系统，其加热元件设于渗锌节，用于对渗锌空间进行加热；
保护气体施加装置，其保护气体输送口连通至渗锌空间，用于向渗锌空间中充填保护气体，使金属工件在气体保护氛围下进行渗锌处理；
锌粉施加装置，其锌粉输送口连通至渗锌空间，用于向工件表面施加锌粉；
机械助渗装置，其颗粒输出口连通渗锌空间，用于向工件表面施加颗粒，通过颗粒对施加了锌粉的工件表面的撞击实现机械助渗；
输送系统，其具有工件输送部，工件输送部沿预定路线输送金属工件，工件输送部的预定路线的一部分沿工件入口、通道和工件出口布置。
通过在渗锌空间中形成气体(例如惰性气体、氮气等在渗锌环境下不易与锌、铁发生化学反应的气体)保护氛围，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，使得渗锌工艺可以连续进行，可以省去每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，可以显著提高生产效率，又可以降低能耗，避免造成能源浪费。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道的一节或几节设置为保护气体填充节，保护气体填充节连通渗锌空间设置，保护气体施加装置的保护气体输送口接入保护气体填充节中，并借助保护气体填充节连通至渗锌空间，保护气体填充节包括设置于渗锌空间靠近工件入口侧的入口保护气体填充节和/或设置于渗锌空间靠近工件出口侧的出口保护气体填充节，用于分别由工件入口侧、工件出口侧向渗锌空间中充填保护气体。借助入口保护气体填充节和/或出口保护气体填充节由工件入口和/或工件出口侧向渗锌空间中充填保护气体，可以减少由工件入口和/或工件出口逸出的保护气体，有利于保持渗锌空间中的保护气体具有较高压力，并可以减少粉尘由工件入口和/或工件出口的逸出，避免造成污染，同时减少浪费。
较佳的，保护气体填充节的保护气体输送口朝向渗锌空间方向。借此提高保护气体向渗锌空间中的输送效率。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中，还可以通过保护气体施加装置直接向渗锌空间中输入保护气体，例如可以由渗锌节的工件入口与工件出口之间向渗锌空间中充填保护气体，较佳的，由渗锌空间中部位置直接输送。借此，可以更容易地将渗锌空间中的空气、氧气排净，进而形成较好的气体保护氛围，尤其是当渗锌空间较长时，如10米以上。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
预热节邻接入口保护气体填充节，用于对金属工件在进入渗锌空间前进行预热。借此，不仅可以在金属工件进入渗锌空间之前进行预热，减少在渗锌空间中的升温时间，减少工件在渗锌空间中的停留时间，提高效率，还可以使渗锌空间中向外散发的一部分热量得到再利用，减少热排放和加热能耗。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道的一节或几节设置为输出保温节，输出保温节邻接出口保护气体填充节，用于对金属工件由渗锌空间输出后进行自然降温。借此，既可以令处理后的工件缓慢降温，避免变形，还可以借助温度高于环境温度的输出保温节减少渗锌空间中的热量由其出口侧的流失。较佳的，输出保温节中不设置加热元件。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道中与入口保护气体填充节邻接的一节或几节设置为入口负压节，入口负压节中设置有负压抽气口，使得入口保护气体填充节借助入口负压节与抽吸装置的负压端连通，用于对入口保护气体填充节抽气。借此，通过对入口保护气体填充节的抽气，可以避免粉尘、气体溢出通道，保持生产环境的洁净、环保。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道中与出口保护气体填充节邻接的一节或几节设置为出口负压节，出口负压节中设置有负压抽气口，使得出口保护气体填充节借助出口负压节与抽吸装置的负压端连通，用于对出口保护气体填充节抽气。借此，通过对出口保护气体填充节的抽气，可以避免粉尘、气体溢出通道，保持生产环境的洁净、环保。
较佳的，负压抽气口朝向渗锌空间方向。借以提高负压抽气的有效利用率。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道中与入口负压节连接的一节或几节设置为入口通道。借此，可以减少由工件入口抽入外界空气导致无用功的可能性，提高抽真空设备的利用效率。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道中与出口负压节连接的一节或几节设置为出口通道。借此，可以减少由工件入口抽入外界空气导致无用功的可能性，提高抽真空设备的利用效率。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其通道由入口通道、入口负压节、入口保护气体填充节、预热节、渗锌节、输出保温节、出口保护气体填充节、出口负压节和出口通道依次首尾相连构成，其中，通道的若干节中的至少两个相邻节之间为可拆卸连接。借此，可以根据需要进行拆卸、组装，便于维修、更换。尤其是当通道长度较长时。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
通道的至少一个节的工件入口和/或工件出口为狭长形开口，例如高宽比大于2:1，优选为(10±3)：1。渗锌空间的工件入口和/或工件出口设置有挡尘帘，以减少粉尘溢出。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
加热装置的加热元件设于渗锌室的内壁，能够对渗锌空间及其中的金属工件直接热辐射。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
加热装置还包括温控系统，温控系统包括温度传感器和控制柜，温度传感器中的三个以上设于渗锌节，包括设于其工件入口处的至少一个、设于工件出口处的至少一个和设于渗锌空间中部位置(并非指一个点，而是一个区域)的至少一个，控制柜与各温度传感器和加热元件连接，用于控制渗锌空间处于预定温度。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：
机械助渗装置包括若干抛丸器，抛丸器的各颗粒抛投出口交错地设于渗锌节。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：锌粉施加装置包括锌粉喷洒器，锌粉喷洒器的本体设于渗锌节外，其喷射出口设于渗锌空间。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中：锌粉施加装置的锌粉输送口与机械助渗装置的颗粒输出口为同一个输出口，锌粉施加装置向工件表面施加的锌粉同时作为机械助渗装置向工件表面施加的颗粒，或者机械助渗装置向工件表面施加的颗粒同时作为锌粉施加装置向工件表面施加的锌粉。
一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其包括如下步骤：
S1、在开放式渗锌通道中形成气体保护氛围；
S2、将开放式渗锌通道加热至预定温度；
S3、向开放式渗锌通道中连续地提供待处理的金属工件，其中，金属工件连续地输送至渗锌空间时，先在预热节中进行预热；
S4、在气体保护氛围下对金属工件进行渗锌处理，包括步骤：
S41、在金属工件表面施加锌粉，
S42、在施加了锌粉的金属工件表面抛丸助渗；
S5、从渗锌通道中连续地输出渗锌处理后的金属工件。
通过在渗锌空间中形成气体保护氛围，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，使得渗锌工艺可以连续进行，既可以省去每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，可以显著提高生产效率，又可以降低能耗，避免造成能源浪费。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其还包括步骤S6、对由开放式渗锌通道中溢出的粉尘和保护气体进行抽取。借此，可以减少甚至避免保护气体、粉尘的外逸。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备和工艺，通过在渗锌空间中形成气体保护氛围，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，使得渗锌工艺可以连续进行，既可以省去每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，可以显著提高生产效率，又可以降低能耗，避免造成能源浪费。
附图说明
图1为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的框架结构示意图；
图2为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的整体结构立体示意图；
图3为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的整体结构俯视示意图；
图4为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的整体结构主视示意图；
图5为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的整体结构左视示意图；
图6为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备的整体结构右视示意图；
图7为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备中的一个单节的渗锌空间的主视示意图；
图8为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备中的一个单节的渗锌空间的右侧剖视示意图；
图9为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备中的预热节的结构示意图；
图10为本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺的流程示意图；
图11为本发明另一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺的流程示意图。
【附图标记说明】
1：入口通道；
2：入口负压节；
3：入口保护气体填充节；
4：预热节；
5：渗锌节；
S：渗锌空间；S1：容置空间；
51：抛丸器；510：抛投出口；
52：锌粉喷洒器；520：锌粉输出口；
53：工件入口；
54：工件出口；
55：分离回收装置；
56：外壳层；
57：内衬层；
58：保温层；
59：加热元件；
6：输出保温节；
7：出口保护气体填充节；
8：出口负压节；
9：出口通道；
C：转盘；L：传输链。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参见图1，本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其包括：
非密闭通道式渗锌室，其具有一个通道，通道由若干节(本实施例中为1节，即渗锌节5)构成，其左侧设有工件入口53，右侧设有工件出口54(其中，左侧和右侧既可以是直通道相对的两端，也可以是弯通道相对的两端，例如，U形通道、L形通道、弧形通道等)，中部为渗锌空间S，供金属工件在其中进行渗锌处理；
加热系统，其加热元件59设于渗锌节5，用于对渗锌空间S进行加热；
保护气体施加装置，其保护气体输送口连通至渗锌空间S，用于向渗锌空间S中充填保护气体，使金属工件在气体保护氛围下进行渗锌处理；
锌粉施加装置，其锌粉输送口520连通至渗锌空间S，用于向工件表面施加锌粉；
机械助渗装置，其颗粒输出口连通渗锌空间S，用于向工件表面施加颗粒，通过颗粒对施加了锌粉的工件表面的撞击实现机械助渗；
输送系统，其具有工件输送部，工件输送部沿预定路线L输送金属工件，工件输送部的预定路线L的一部分沿工件入口53、通道和工件出口54布置。
借助上述结构的设置，可以气体保护氛围代替现有的真空环境，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，从而令渗锌工艺可以连续进行，省去了每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，显著提高了生产效率，又降低了能耗，避免了能源的浪费。
上述实施例中的渗锌节5还可以是由多节构成的，例如，采用多节串联形成一个渗锌空间S，使得渗锌空间S得以通过串接延长。
各节之间可以设置为可拆卸连接，使得既可以依需组装，还便于生产、运输、维修。例如可以预制成几米长的节，之后在生产现场再组装成几十米长的渗锌空间S，当部分节出现损坏时，只需更换损坏的节即可。
其中，渗锌节5的工件入口和/或工件出口为狭长形开口，例如高宽比大于2:1，优选为(10±3)：1。
较佳的，由于渗锌空间S的工件入口53和工件出口54为常开状态，可以在渗锌空间S的工件入口53和/或工件出口54设置有挡尘帘。借以减少粉尘的逸出。
其中，渗锌节5的室壁包括外壳层56、保温层58和内衬层57，其中，内衬层57固定于外壳层56内侧，保温层58填充于二者之间(参见图8)。
具体的，外壳层56与内衬层57形成封闭腔体，保温层58填充于其中。
例如，外壳层56可以为加固钢板焊接的箱形焊接体结构，通过型钢焊接的钢结构架与地面G连接，内衬层57可以采用不锈钢薄板，可以通过固定连接件将二者连接。
较佳的，保温层58充满封闭腔体。例如，可以将保温纤维通过焊接在外壳56上的碟型锚固件(如铆钉)固定在封闭腔体中。
其中，加热系统的加热元件59较佳的直接对渗锌空间S及其中的金属工件进行加热，以提高加热效率，节约能源，减少浪费。
例如，将加热元件59固定安装在渗锌室内衬层57的内侧，以能够直接对渗锌空间S及其中的金属工件进行加热，提高加热效率，减少热量损失，节约能源。
较佳的，所述加热元件59沿着周向布置于渗锌节5内衬层57的内侧。
其中，加热元件59可以为电辐射加热管，可以竖向固定于渗锌空间S内的顶面支架与底面支架之间(参见图8)。
较佳的，可在渗锌节5内的底面设置卡槽，电辐射加热管通过顶面支架和底面卡槽定位，以便于安装。
其中，为了检测渗锌空间S中的温度，还在渗锌节5中设置温度检测元件，较佳的，渗锌节5中至少安装三个温度传感器，工件入口处和工件出口处各布置一个，渗锌空间S中部布置一个。
其中，为了便于控制温度，还设置PLC控制器，PLC控制器与温度传感器和加热元件59电连接，根据渗锌空间S中的实时温度对加热元件59进行调控，以减少温度波动，实现精确控温。
其中，还可以在渗锌节5外部设置温度显示仪表。
其中，为了安全考虑，渗锌节5优选为还设置有泄爆口(泄爆压力不大于0.5MPa)，泄爆口安装泄爆装置，例如在侧面开设若干个泄爆口。
其中，渗锌节5中还设置有氧气浓度检测计，用于检测渗锌空间S中的氧气浓度，以避免发生爆炸。
其中，保护气体施加装置的保护气体输送口可以直接和/或间接连通至渗锌空间S。
为了更彻底地排出渗锌空间S中的空气，尤其是氧气，可以由渗锌空间S的工件入口53与工件出口54之间向渗锌空间S中充填保护气体，较佳的，由渗锌空间S中部位置直接输送。借此，可以更容易地将渗锌空间S中的空气、氧气排净，进而形成较好的气体保护氛围，尤其是当渗锌空间S较长时，如10米以上，几十上百米，甚至更长时。
较佳的，当渗锌空间S较长时，可以在渗锌空间S的工件入口53与工件出口54之间的多个位置沿其长度方向设置多个或多组保护气体输送口。较佳的，每个位置可以沿其周向设置多个。例如，可以上下左右各布置一个或两个，或者在左右两侧各设置3～9个或更多个。
为了形成并维持更好的气体保护氛围，较佳的，通道的一节或几节设置为保护气体填充节，保护气体填充节连通渗锌空间S设置，保护气体施加装置的保护气体输送口接入保护气体填充节中，并借助保护气体填充节连通至渗锌空间S。
例如，保护气体填充节包括设置于渗锌空间S靠近工件入口53侧的入口保护气体填充节3和/或设置于渗锌空间S靠近工件出口54侧的出口保护气体填充节7。借助入口保护气体填充节3和/或出口保护气体填充节7由工件入口53和/或工件出口54侧向渗锌空间S中充填保护气体，可以减少由工件入口53和/或工件出口54逸出的保护气体，有利于保持渗锌空间S中的保护气体具有较高压力，并可以减少粉尘由工件入口53和/或工件出口54的逸出，避免造成污染，同时减少浪费。
其中，可以在入口保护气体填充节3和/或出口保护气体填充节7的侧壁周向布置6个或8个或18个气体入口。
较佳的，保护气体填充节的保护气体输送口朝向渗锌空间S方向。借此提高保护气体向渗锌空间S中的输送效率。
较佳的，入口保护气体填充节3具有扩张段，保护气体输送口设于扩张段中，便于设置保护气体输送口的开口方向，同时，由于扩张段的内径尺寸较大，使得靠近渗锌空间S侧的保护气体具有较大的体积，有利于维持渗锌空间S中气体保护氛围的稳定。
较佳的，扩张段延伸至其工件出口54位置，较佳的，其内径尺寸大于工件出口54的开口尺寸。较佳的，不设置单独的保护气体出口，而是令保护气体通过工件入口53、工件出口54溢出，如此，既可以保持保护气体的稳定性，又可以适当提高保护气体的压力，同时，还可以减少保护气体带走的热量，减少能源消耗。
本发明的一个实施例中，通道中渗锌空间S前的一节或几节被设置为预热节4，例如，预热节4邻接入口保护气体填充节3。借此，不仅可以在金属工件进入渗锌空间S之前进行预热，减少在渗锌空间S中的升温时间，减少工件在渗锌空间S中的停留时间，提高效率，还可以使渗锌空间S中向外散发的一部分热量得到再利用，减少热排放和加热能耗。
其中，如图3所示，可以将预热节4的尺寸设置为足够大，并在其中设置加热元件59，使得可以将金属工件预热到较高的温度，减少在渗锌空间S中的加热时间。较佳的，预热节4的外壁设置有保温层58，以减少热量损失。较佳的，如图9所示，预热节4的入口侧与出口侧之间具有台阶状过渡，使得较小的入口与入口保护气体填充节3相适应，较大的出口与渗锌节5的工件入口53相适应。
例如，所述非密闭通道式连续渗锌设备还包括预热保温系统，其加热元件设置于预热节4内。
较佳的，通道的一节或几节设置为输出保温节6，输出保温节6邻接出口保护气体填充节7。借此，可以减少渗锌空间S中的热量由其出口侧的流失。较佳的，输出保温节6的外壁不设置保温层，输出保温节6中不设置加热元件(如图2所示，其外部尺寸相较预热节4较小)，或者设置强制冷却元件。
较佳的，非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备还包括抽吸装置：
抽吸装置的负压抽气口直接或间接连通入口保护气体填充节3远离预热节4的一侧，和/或抽吸装置的负压抽气口直接或间接连通出口保护气体填充节7远离输出保温节6的一侧。借助对入口保护气体填充节3和/或出口保护气体填充节7的抽气，可以减少保护气体和粉尘的外逸，降低成本，减少污染。
较佳的，通道的一节或几节设置为入口负压节2，入口负压节2邻接入口保护气体填充节3，抽吸装置的负压抽气口设于入口负压节2，并借助入口负压节2连通至入口保护气体填充节3。借此，通过对入口保护气体填充节3的抽气，可以避免粉尘、气体溢出通道，保持生产环境的洁净、环保。
较佳的，通道的一节或几节设置为出口负压节8，出口负压节8邻接出口保护气体填充节7，抽吸装置的负压抽气口设于出口负压节8，并借助出口负压节8连通至出口保护气体填充节7。借此，通过对出口保护气体填充节7的抽气，可以避免粉尘、气体溢出通道，保持生产环境的洁净、环保。
较佳的，负压抽气口朝向渗锌空间S方向。借以提高负压抽气的有效利用率。
其中，负压抽气口的数量为多个，均匀分布于入口负压节2和/或出口负压节8的外壁。其中，多个负压抽气口通过管路21(81)连接负压源系统(参见图5和图6)。
较佳的，通道中的一节或几节设置为入口通道1，入口通道1与入口负压节2邻接。借此，可以减少由工件入口抽入外界空气导致无用功的可能性，提高抽真空设备的利用效率。
较佳的，通道中的一节或几节设置为出口通道9，出口通道9与出口负压节8邻接。借此，可以减少由工件入口抽入外界空气导致无用功的可能性，提高抽真空设备的利用效率。
如图4所示的实施例中，通道由9个功能节组构成，即由左至右的入口通道1、入口负压节2、入口保护气体填充节3、预热节4、渗锌节5、输出保温节6、出口保护气体填充节7、出口负压节8、出口通道9。
较佳的，通道的若干节中的至少两个相邻节之间为可拆卸连接。借此，可以根据需要进行拆卸、组装，便于维修、更换。尤其是当通道长度较长时。
其中，对于由多个节组成的功能节组(如渗锌节5、保护气体填充节3和7、负压节2和8、预热节4等)，功能节组中的各个节之间也可以是可拆卸的。
较佳的，其余节的工件入口和/或工件出口与渗锌节5相适应的亦为狭长形开口。
进一步的，为了便于连续化生产，锌粉施加装置包括锌粉喷洒器52，锌粉喷洒器52的喷射出口设于渗锌空间S，将锌粉持续均匀地喷洒至金属工件表面(参见图7)。
其中，锌粉施加装置安装在渗锌节5外部，喷射出口延伸至渗锌空间S中。例如可以通过侧壁、顶壁和/或底壁伸入渗锌节5中。可以横向或由上至下或由下至上喷洒。
较佳的，渗锌空间S的顶部设置有喷射出口。
其中，锌粉施加装置包括锌粉料斗、旋转式喷洒器。
锌粉施加装置的锌粉料斗可以为焊接结构，外形呈漏斗状，通过焊接型钢支架架设于渗锌节5外部顶面，漏斗下端开口与旋转式喷洒器相连，旋转式喷洒器下端伸入渗锌节5内部，工作时由此旋转式喷洒器均匀喷洒锌粉至金属工件表面。
其中，锌粉施加装置的喷射出口优选为多个。较佳的，渗锌空间S上方均匀分布有多个喷射出口。
其中，多个喷射出口可以对应一个或多个旋转式喷洒器。
其中，多个旋转式喷洒器可以对应一个或多个锌粉料斗。
其中，可以在渗锌室顶部于渗锌空间S上方设置容置空间S1，锌粉喷洒器52的锌粉料斗设置于其中，锌粉料斗的底部开口连接旋转式喷洒器。
其中，机械助渗装置可以采用抛丸器51。
其中，抛丸器51可以安装在渗锌节5外部，并且抛丸器51的抛投出口510与渗锌节5的室壁相通。
其中，抛丸器51可以为一个或多个。当采用多个时，优选为相邻抛丸器51呈交错布置，使得抛丸器51的各颗粒抛投出口510交错地设于渗锌节5的室壁。通常，同侧相邻抛丸器51间的水平方向间隔不小于250mm。
较佳的，相对侧的抛丸器51交错布置。
其中，抛投出口510可以设于渗锌节5的侧壁、顶壁和/或底壁。
其中，抛丸器51可以采用变频调速双圆盘机械式进丸抛丸器。
其中，抛丸器51的入料口连接有颗粒料斗，颗粒料斗设于渗锌节5顶部外侧，通过一个输料管向抛丸器51的入料口供料。
其中，机械助渗装置的颗粒料斗也可以设置于渗锌节5顶部的容置空间S1中，颗粒料斗通过输料管连接抛丸器51。
较佳的，还可以设置分离回收锌粉和颗粒的分离回收装置55。
分离回收装置55可以设置有：
振动筛，用于将来自渗锌空间S的锌粉和颗粒相分离；
锌粉回收机构，用于将分离后的锌粉提供给锌粉喷洒器52；和
颗粒回收机构，用于将分离后的颗粒提供给抛丸器51。
借此，可以将锌粉和颗粒进行回收再利用，避免浪费，还可以将回收的锌粉和颗粒再次使用，降低材料消耗，节约成本。
其中，振动筛的入料口可以设于渗锌节5的底部(在渗锌节5的底部设置出料口)，接收锌粉与颗粒的混合物，锌粉回收机构的入料口对应振动筛的锌粉输送口520，锌粉回收机构的出料口对应锌粉喷洒器52的入料口或锌粉料斗，锌粉回收机构的入料口与出料口通过耐温锌粉提升机构连接。
进一步的，耐温锌粉提升机构穿过渗锌节5设置，以使回收的锌粉保温，节能减排。
更进一步的，颗粒回收机构的入料口对应振动筛的颗粒出口，颗粒回收机构的出料口对应抛丸器51的入料口，颗粒回收机构的入料口与出料口通过穿过渗锌节5的耐温颗粒提升机构连接，以使回收的颗粒保温，节能减排。
其中，颗粒回收机构可以将回收的颗粒输送至抛丸器51入料口的颗粒料斗中。
通过锌粉和颗粒的分离回收，不仅可以节约资源，还有助于实现连续工业化生产。
其中，输送系统包括转盘C和传输链L，金属工件通过挂具搭载于传输链L上，随着转盘C的转动，传输链L携带挂具上的金属工件前进，进入通道中进行处理，控制输送速度，使得金属工件在渗锌空间S中进行渗锌处理之后，再随传输链L输出。
其中，转盘C可以设置一个主动转盘和一个从动转盘，传动链在二者间形成一个闭环。
其中，挂具在传输链L上可以设置为可转动的，以便令金属工件在渗锌空间S中得到更均匀的渗锌处理。
其中，通道顶部内侧还可以设置凸檐，形成一个供容置传输链L的空间，将渗锌空间S与之分开，使得传输链L可以在其中运行。
参见图10，上述各实施例中的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，可以按如下工艺执行，具体包括如下步骤：
S1、在开放式渗锌空间中形成气体保护氛围；
S2、将开放式渗锌空间加热至预定温度；
S3、向开放式渗锌空间中连续地提供待处理的金属工件，其中，金属工件连续地输送至渗锌空间时，先在预热节中进行预热；
S4、在气体保护氛围下对金属工件进行渗锌处理，包括步骤：
S41、在金属工件表面施加锌粉，
S42、在施加了锌粉的金属工件表面抛丸助渗；
S5、从渗锌空间中连续地输出渗锌处理后的金属工件。
通过在渗锌空间中形成气体保护氛围，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，使得渗锌工艺可以连续进行，既可以省去每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，可以显著提高生产效率，又可以降低能耗，避免造成能源浪费。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其步骤S1中，先利用直接连通至渗锌空间的保护气体输送口向渗锌空间中输入保护气体，将渗锌空间中的空气排出，再通过持续输入保护气体形成稳定的动态气体保护氛围。借此，可以更完全地排出渗锌空间中的空气，尤其是能将氧气浓度降到更低，减少对锌粉活性的破坏，并可以降低因氧气浓度过高导致爆炸的危险。
本发明一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其还包括步骤S6、对由开放式渗锌通道中溢出的粉尘和保护气体进行抽取。借此，可以减少甚至避免保护气体、粉尘的外逸。
综上所述，本发明的渗锌设备和工艺，通过在渗锌空间中形成气体保护氛围，使得可以在开放式的通道中进行渗锌，使得渗锌工艺可以连续进行，既可以省去每炉升温、降温所占用的大量时间，同时，借助机械助渗装置能够提高渗锌反应的效率，不需要过高的工艺温度，且可以缩短全程处理时间，因此，可以显著提高生产效率，又可以降低能耗，避免造成能源浪费。
上述任一个实施例的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其中的锌粉施加装置和机械助渗装置还可以按如下方式设置：
省去机械助渗装置，以锌粉施加装置抛洒的锌粉来提供机械助渗功能；或者省去锌粉施加装置，以机械助渗装置抛投的颗粒对金属工件表面施加活性锌。由于锌粉具有较大的密度，可以令锌粉本身具有一定的动能，当锌粉施加到金属工件表面时，即可以实现利用锌粉的撞击作用实现机械助渗的功能。只是，由于锌粉的质量越大时，其比表面积可能就会越小，有可能会降低锌粉对金属工件表面的覆盖效果和降低锌粉与金属工件表面相接触的活性表面积，因此，其虽然简化了渗锌设备的结构和操作，但是，其渗锌效率相较二者单独施加可能会有所降低，而为了消减这种负面影响，可能需要对锌粉的细部结构(如表面状态)进行进一步的附加处理或者提高抛射速度，例如令颗粒表面全部或部分的覆盖锌层，或抛投锌粒，还可以将所抛投的颗粒的成分、几何尺寸、重量、密度、表面状态和/或抛投速度设定为预定数值。
相对应的，其渗锌工艺与前述实施例的区别在于：步骤S4中，在气体保护氛围下对金属工件进行渗锌处理时，以抛投的锌粉/颗粒对金属工件表面进行撞击，来达到活性锌的施加和机械能助渗的同时进行(参见图11)。
Claims (13)
1.一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于，其包括：
非密闭通道式渗锌室，其具有一个通道，通道由若干节构成，其各节的一端设有工件入口，另一端设有工件出口，其中的一节或几节作为渗锌节，渗锌节中具有渗锌空间，供金属工件在其中进行渗锌处理，通道的一节或几节设置为预热节，预热节设于渗锌空间前；
预热保温系统，其加热元件设于预热节；加热保温系统，其加热元件设于渗锌节，用于对渗锌空间进行加热；
保护气体施加装置，其保护气体输送口连通至渗锌空间，用于向渗锌空间中充填保护气体，使金属工件在气体保护氛围下进行渗锌处理；
锌粉施加装置，其锌粉输送口连通至渗锌空间，用于向工件表面施加锌粉；
机械助渗装置，其颗粒输出口连通渗锌空间，用于向工件表面施加颗粒，通过颗粒对施加了锌粉的工件表面的撞击实现机械助渗；以及
输送系统，其具有工件输送部，工件输送部沿预定路线输送金属工件，工件输送部的预定路线的一部分沿工件入口、通道和工件出口布置。
2.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
通道的一节或几节设置为保护气体填充节，保护气体填充节连通渗锌空间设置，保护气体施加装置的保护气体输送口接入保护气体填充节中，并借助保护气体填充节连通至渗锌空间，保护气体填充节包括设置于渗锌空间靠近工件入口侧的入口保护气体填充节和/或设置于渗锌空间靠近工件出口侧的出口保护气体填充节。
3.如权利要求2所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
预热节邻接入口保护气体填充节；和/或
通道的一节或几节设置为输出保温节，输出保温节邻接出口保护气体填充节。
4.如权利要求3所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
通道中与入口保护气体填充节邻接的一节或几节设置为入口负压节，入口负压节中设置有负压抽气口，使得入口保护气体填充节借助入口负压节与抽吸装置的负压端连通；和/或
通道中与出口保护气体填充节邻接的一节或几节设置为出口负压节，出口负压节中设置有负压抽气口，使得出口保护气体填充节借助出口负压节与抽吸装置的负压端连通。
5.如权利要求4所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
通道中与入口负压节连接的一节或几节设置为入口通道；和/或
通道中与出口负压节连接的一节或几节设置为出口通道。
6.如权利要求5所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
通道由入口通道、入口负压节、入口保护气体填充节、预热节、渗锌节、输出保温节、出口保护气体填充节、出口负压节和出口通道依次首尾相连构成，其中，通道的若干节中的至少两个相邻节之间为可拆卸连接。
7.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
通道的至少一个节的工件入口和/或工件出口为狭长形开口，渗锌空间的工件入口和/或工件出口设置有挡尘帘。
8.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
加热装置的加热元件设于渗锌室的内壁，能够对渗锌空间及其中的金属工件直接热辐射。
9.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
加热装置还包括温控系统，温控系统包括温度传感器和控制柜，温度传感器中的三个以上设于渗锌节，包括设于其工件入口处的至少一个、设于工件出口处的至少一个和设于渗锌空间中部位置的至少一个，控制柜与各温度传感器和加热元件连接，用于控制渗锌空间处于预定温度。
10.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：
机械助渗装置包括若干抛丸器，抛丸器的各颗粒抛投出口交错地设于渗锌节。
11.如权利要求1所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备，其特征在于：锌粉施加装置包括锌粉喷洒器，锌粉喷洒器的本体设于渗锌节外，其喷射出口设于渗锌空间。
12.一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、在开放式渗锌空间中形成气体保护氛围；
S2、将开放式渗锌空间加热至预定温度；
S3、向开放式渗锌空间中连续地提供待处理的金属工件，其中，金属工件连续地输送至渗锌空间时，先在预热节中进行预热；
S4、在气体保护氛围下对金属工件进行渗锌处理，包括步骤：
S41、在金属工件表面施加锌粉，
S42、在施加了锌粉的金属工件表面抛丸助渗；
S5、从渗锌空间中连续地输出渗锌处理后的金属工件。
13.如权利要求12所述的非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌工艺，其特征在于，还包括如下步骤：
S6、对由开放式渗锌通道中溢出的粉尘和保护气体进行抽取。
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| CN1320717A (zh) * | 2001-02-28 | 2001-11-07 | 山东大学 | 机械能助渗金属表面改性新技术 |
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| WO2011021964A1 (ru) * | 2009-08-17 | 2011-02-24 | Kubantsev Viktor Ivanovich | Способ нанесения цинкового покрытия и установка для его осуществления |
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| CN206692710U (zh) * | 2017-03-07 | 2017-12-01 | 中国铁道科学研究院 | 一种非密闭通道式机械能辅助粉末渗锌设备 |
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2017
- 2017-03-07 CN CN201710130987.2A patent/CN106835010B/zh active Active
Patent Citations (5)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "机械能助渗锌及其海洋环境防腐蚀效果";马青华 等;《中国表面工程》;20091231;第22卷(第6期);第61-63、67页 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN106835010A (zh) | 2017-06-13 |
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