CN107532850A - 热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热处理的装置，包括至少一个设于长条形壳体中的处理室，所述处理室具有加热装置和用于连续输送待处理物穿过处理室的输送系统，其中所述输送系统具有两个平行并相互间隔一定距离的环式输送带，其包含数个跨过所述输送带的间距并支撑在输送带上的由石英玻璃构成的柱体，以供支承待处理物来进行热处理。在现有技术中，由石英玻璃构成的柱体实施为可动的辊筒，这会造成输送系统应用中的无粒子方面的缺陷。故本发明提出，所述柱体实施为双管，其由两个通过隔片相互隔开且分别具有一个纵轴的管状隔室构成，并且所述双管在其末端处与所述输送带抗旋转连接。

Description

热处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于热处理的装置，包括至少一个设于长条形壳体中的处理室，所述处理室具有加热装置和用于连续输送待处理物穿过处理室的输送系统，其中所述输送系统具有两个平行并相互间隔一定距离的环式输送带，其包含数个跨过输送带的间距并支撑在输送带上的由石英玻璃构成的柱体，以供支承待处理物来进行热处理。
所述装置特别是适于将待处理物加热至高于600℃的温度。
背景技术
在用于将待处理物加热至高于600℃的温度的工业电热炉中，通常将发射中波和/或长波红外线辐射的红外线辐射器用作加热元件。红外线辐射器被多重设置在处理室内并产生均匀的热曲线。
针对特殊要求，例如针对有高纯净度要求的过程，会使用由石英玻璃构成的炉衬，其中在此情形下配备有由石英玻璃构成的套管的红外线辐射器构成处理室的里衬的至少一部分。DE 10 2012 003 030 A1例如揭示过采用这种设计的用于热处理的处理室。但为连续输送待处理物穿过处理室，必须对待处理物进行手动导引。
由US 4 133 667已知一种用于对玻璃板进行热处理的连续炉。在该连续炉的一个处理室中，在待处理的玻璃板上方和下方设有充当加热元件的红外线辐射器。在另一处理室中，自上方以及自下方将空气吹向玻璃板，以实现冷却。这个连续炉的输送系统包括辊式输送机，其包含若干横向于输送方向布置的由石英玻璃构成的圆柱形辊筒，玻璃板在穿过炉子的输送过程中位于这些辊筒上。辊筒的设计方案的细节来源于US 3 994 711。据此，径向横截面呈浑圆形的辊筒在其末端处支撑在两个金属输送带上，其中借助与输送带的摩擦使辊筒旋转。在抵靠于输送带上的区段中，与辊筒的承载功能区域内的标称直径相比，辊筒的末端的直径有所减小。输送系统的设计如下：辊筒通过旋转运动输送位于其上的待处理物穿过炉子，其中辊筒自身仅沿输送方向小幅随动并且留在输送带的上层，即并非处于输送带上的封闭循环中。
由此产生的问题是，在输送带的速度差最小的情况下，辊筒并非均精确地具有相同的旋转速度，这使得辊筒的磨损程度不同，进而可能会对输送造成阻碍。此外，在制造各圆柱形辊筒时，就直径而言必须采用非常小的制造公差，这导致相应较高的制造成本。此外，视作为待处理物抵靠在这种辊式输送机上的材料而定，无法排除因与旋转辊筒的摩擦而造成的损伤。还存在因辊筒在金属输送带上的摩擦而引起的粒子进入待处理物和进入处理室的风险。另一缺陷在于，待处理物因运动的辊筒而承受振动，这可能会对处理过程造成干扰。
此外，由JP 4715019 B2已知一种包含石英玻璃辊筒的输送系统，其针对用于对薄玻璃板(显示器)作热处理的连续炉。石英玻璃辊筒支承在环绕式输送带上，并且通过驱动器以单独同步的方式使辊筒旋转。驱动技术较为复杂并且易受干扰。此外，在此情形下也存在因与旋转辊筒的摩擦而引起的振动以及待处理物受损的风险。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于热处理的装置，包含用于连续输送待处理物穿过处理室的输送系统，借助所述装置能够避免现有技术中的缺陷，并且在待处理物几何形状多样且视情况而定自重较大的情况下实现可靠的工作，且所述装置具有较长的寿命。
以具有本文开篇所述特征的热处理装置为基础，本发明用以达成上述目的的解决方案为，所述柱体实施为双管，其由两个管状的、通过隔片相互隔开且分别具有一个纵轴的隔室构成，并且所述双管在其末端处与所述输送带抗旋转连接。
与已知的配备具有由圆管或杆部构成的石英玻璃承载元件的输送系统的连续炉装置相比，本发明的改进方案的特征在于经大幅改进的石英玻璃承载元件，亦即，将在末端处与输送带抗旋转连接的双管用作承载元件。双管具有双管几何结构，其由两个平行并借助隔片隔开的管状隔室构成。所述隔室分别具有一个纵轴。所述双管的与隔室的平行纵轴垂直的径向横截面呈类似于“8”的形状。在这两个纵轴在径向横截面中位于一个水平面中，即呈横置的“8”形的情况下，这两个隔室的外部尺寸被给定为双管的宽度。
由材料所决定地，所述由石英玻璃构成的双管具有较高的断裂强度，且此断裂强度因双管这种特殊几何结构而大幅增强。与由石英玻璃构成的、具有相似的壁厚和外径的圆管相比，使用双管能够大幅增强面负荷能力。这样一来，自重较大的待处理物便能在采用双管的输送系统上可靠地穿过处理室，并且同时能够承受高温。
由于所述双管以抗旋转的方式支承在两个输送带上，振动被减小至最小程度；此外防止粒子形成，因为并不像现有技术那样采用可动的辊筒。故本发明的装置具有特别高的寿命。
根据本发明的装置的一优选改进方案，如此将所述双管安装在所述输送带上，使得所述隔室的纵轴位于同一水平面中。这样一来，待处理物便抵靠在双管的相对较宽的面上。双管的这个布局对微小的待处理物有利，特别是当双管以较小的相互距离固定在输送带上时。
但所述双管的这个将宽面作为承载面的布局也适用于具有长条形几何结构的待处理物，因为在此情形下可将双管之间的距离保持在较大的程度，且就加热装置在处理室中的布局而言，即便在输送系统下方，热量也能直接作用于待处理物的较大面积。
所述双管的布局的一替代性实施方式为，所述双管如此安装在输送带上，使得所述纵轴位于同一竖直面中。在这个布局中，待处理物与双管之间的接触面最小化，这对特别敏感的待处理物表面有利。此外，借助双管的这种安装方式，待处理物穿过处理室时处于的高度有所升高，而无需为此将整个输送系统升起。
优选将所述双管保持在分别与一个输送带连接的夹箍弹簧中。夹箍弹簧是一种针对双管的可靠且简单的固定方案。为与输送带或者与输送链建立连接，可额外采用角元件。作为夹箍弹簧的替代方案，也可以将止动弹簧用作针对双管的紧固件。
为在本发明的装置中对自重特别大的待处理物进行热处理，在平均壁厚处于1.5mm至2.5mm的范围内的情况下，所述双管具有较高的面负荷能力。
视连续炉的最大温度的调节方式而定，双管的长度的至多90％可用于支承待处理物。其中重要之处在于，为抗旋转地保持在输送带上，仅需要双管的较小的纵向区段，但该纵向区段必须以与处理室间隔相应距离的方式位于壳体的冷区中。可对输送系统的通过宽度或双管的使用长度进行优化，使得所述装置适于通过将待处理物平行铺放于较大的通过宽度上，以较高的通过量工作。
优选地，所述双管至少部分具有由不透明的高反射石英玻璃构成的涂层。这种涂层将加热装置的红外线辐射反射，进而有助于提高热处理效率。此外，所述涂层借助其与未经涂布之双管的极平滑表面相比的粗糙度防止待处理物的滑动。
在所述处理室的设计方案方面，所述处理室优选包括由红外线加热辐射器构成的里衬，所述加热辐射器具有由石英玻璃构成的、构建为双管的管套，所述管套具有朝向处理室的一侧和背离处理室的一侧，且其通过含SiO2的连接材料相连。
所述含SiO2的连接材料同时作用反射器和粘合剂，并且或是施覆至所述红外线加热辐射器的朝向处理室的一侧，或是施覆至背离处理室的一侧。
双管的制造成本较低。其具有两个形式为隔室的空腔，这些空腔有助于处理室的里衬的绝缘。通过借助含SiO2的连接材料将双管连接，获得所述处理室的大体由石英玻璃构成的里衬。这种里衬具有较高的耐温性。能够实现乃至1000℃的工作温度。
所述含SiO2的连接材料具有较高的温度稳定性和耐热冲击性。借助将所述含SiO2的连接材料施覆至加热辐射器的朝向处理室的一侧，实现对待处理物的高能效的热处理。其中既将能量损耗最小化，也减小对处理室的里衬的能量输入，使得由加热装置送入处理室的能量被更多地用于待处理物的热处理。
根据一替代性实施方式，所述含SiO2的连接材料被施覆至所述红外线加热辐射器的背离处理室的一侧。
施覆至背离处理室的一侧的含SiO2的连接材料也有助于减小能量损耗。借助将所述涂层施覆至红外线加热辐射器的背离处理室的一侧，该涂层充当针对辐射器自身的反射层。在此情形下，所述涂层承受较小的温度波动。这种涂层的寿命比施覆至朝向处理室的一侧的涂层更长。
具有前述特征的热处理装置被应用于制造具有金层，特别是金反射层的玻璃构件。这类玻璃构件例如为具有金反射层的红外线加热辐射器。数个这类红外线辐射器可以同时穿过所述装置，其中确保无污染的输送。也可以使用本发明的装置，在无源自输送系统的金属杂质粒子的侵入风险的情况下，以高通过量烧制金饰。
附图说明
下面结合实施例和图式对本发明作详细说明。其中：
图1为本发明的用于热处理的装置的纵截面图，
图2为本发明的用于热处理的装置在处理室区域内的横截面图，
图3a为所述双管的包含夹箍弹簧在内的保持件的详图，
图3b为双管的横截面几何结构的详图。
具体实施方式
图1示出本发明的热处理装置(总体用元件符号1表示)范围内的连续炉的纵截面。装置1由炉壳2和输送系统4构成，在所述炉壳中设有图2详细绘示的用于热处理的处理室3，所述输送系统用于连续输送待处理物5穿过处理室3。在此通过纵截面图仅部分示出的输送系统4包括两个平行并相互间隔一定距离的环式输送带4.1，其包含跨过输送带的间距并抗旋转地保持在输送带上的、形式为由石英玻璃构成的透明双管4.2的承载元件，以供支承待处理物5来进行热处理。
图3a为双管4.2的抗旋转保持件的详图。夹箍弹簧6包围双管4.2的末端，并将其固定在输送带中的一个上的抗旋转位置中(在此未绘示)。夹箍弹簧6与角钢连接，这些角钢又固定在输送带4.1中的一个上。
图3b为双管4.2的横截面几何结构的详图。双管具有由两个平行的管状隔室10、10'构成的双管几何结构，这些隔室借助隔片11隔开。径向横截面呈类似于“8”的形状。在两个纵轴在径向横截面中位于水平面H中，即如图3b所示呈横置的“8”形的情况下，双管的宽度由这两个隔室10、10'的外部尺寸给定。
各双管4.2的长度×宽度×高度(L×B×H)尺寸为1000mm×34mm×14mm；壁厚约为2mm。视待处理物5的重量和几何结构而定，双管4.2的间距不尽相同。在将本发明的装置1在灯具制造中用于烧制石英玻璃管上的金层的情况下，双承载管的间距通常为150mm。所采用的双管4.2适于承载自重较大的待处理物5，并且即便在较大的热影响下，也能够可靠地输送待处理物穿过连续炉。两个输送带4.1在经加热的区域外延伸，并且视需要而定，还借助气流将这些输送带冷却。所述壳体具有一个切口，其定义待处理5的通过高度和通过宽度。
图2为本发明的装置1的横截面图，其中示出处理室3。处理室3在顶部、侧部及底部区域内被单层热绝缘件7包围。绝缘件7由基于氧化铝及氧化硅的耐火高温垫构成；其厚度为25mm。在热绝缘件7内，借助形式为红外线加热辐射器8的加热元件，处理室3配设有里衬。处理室3的长度为2000mm，宽度为420mm，高度(自所述输送系统的双管4.2的平面起计算)为145mm。加热辐射器8具有由石英玻璃构成的、构建为双管的管套，所述管套具有朝向处理室3的一侧和背离处理室3的一侧，且其通过含SiO2的连接材料相连。所述加热辐射器在其背离处理室的一侧上具有由石英玻璃构成的不透明的高反射涂层，其由相同的SiO2连接材料构成，藉此也使加热辐射器8相连。所述涂层由非常多且微小的、直径约为10纳米至50微米的石英微球构成。所述经固相烧结且相应多孔的SiO2材料(其孔隙被空气填充)因这些微小的结构而具有巨大的表面积：每克材料约5m2。这个巨大的表面积有助于借助通过红外线辐射对石英玻璃的直接加热，实现对孔隙中的空气的快速间接加热。
这类经涂布且视情况而定亦相连的加热辐射器8位于处理室3的顶部3.1上。在所述加热装置的双管中的每一个中均嵌入有加热丝(线丝)。所述双管的末端借助陶瓷基座封闭。所述线丝的电功率如此设计，使得顶部3.1上的加热辐射器8的面积功率为100kW/m2。
加热辐射器8并排布置，并且交替地与无加热丝的双管相对，这些双管具有朝向处理室3的一侧和背离处理室的一侧。所述无加热丝的双管也具有由石英玻璃构成的反射层，但在此情形下位于朝向处理室的一侧上。这样一来，加热辐射器8分别与无加热丝的双管相对，所述双管通过位于朝向处理室3的一侧上的反射层将主辐射器8所发射的红外线辐射反射。这个布局实现处理室中的最优的、均匀的热曲线。
原则上，在侧壁3.2和底部3.3上也可以如顶部上那样设有加热辐射器。在此处示出的处理室3中，采用设于顶部3.1上的加热辐射器8便已足够，故在处理室3的侧壁3.2和底部3.3上，在输送系统4的承载元件下方设有无加热丝的双管。这些双管在其朝向处理室3的一侧配设有由石英玻璃构成的反射层，进而将加热辐射器8所发射的，以及待处理物5和/或输送系统4的双承载管4.2所反射的红外线辐射反射。这个布局有助于优化处理室中的均匀的热曲线。
本发明的装置1作为连续炉(持续电功率20kW)工作，并被应用于连续烧结过程。为烧制涂层，将顶侧涂布有金的构件，例如尺寸L×B×H＝1000×34×14mm的石英管铺放至输送系统4的双管4.2上，并使构件以200mm/min的速度穿过热处理室3。将10个管件并排铺放，使得通过量为每小时约100个管件。装置1的通过高度为100mm，通过宽度为420mm。
在穿过装置1后，管件上的涂层具有外观均匀的表面，且表面附着极佳。借助胶带剥离试验测定金在表面上的附着程度。这个试验包括：将市售的胶带，例如3M公司的Scotch胶带施覆至镀金的表面上，并且将其骤然重新揭离。若金的附着性不足，则金属残余会留在胶带的粘附面上。涂布有金属的表面完全不受因粒子或异物造成的负面影响，因为在本发明的装置1中，不采用可能因在待处理物5或其他面上的摩擦而释放粒子的可动承载元件。此外，处理室3大体具有由石英玻璃构成的表面，故在这个区域内也以无污染且不产生粒子的方式工作。
若在图1至3中使用相同的元件符号，则其表示与结合图1详细描述的内容等效或者结构相同的构件和组成部分。

Claims (11)

1.一种用于热处理的装置，包括至少一个设于长条形壳体(2)中的处理室(3)，所述处理室具有加热装置和用于连续输送待处理物(5)穿过处理室(3)的输送系统(4)，其中所述输送系统(4)具有两个平行并相互间隔一定距离的环式输送带(4.1)，其包含数个跨过所述输送带的间距并支撑在输送带上的由石英玻璃构成的柱体，以供支承所述待处理物(5)来进行热处理，其特征在于，所述柱体实施为双管(4.2)，其由两个通过隔片(11)相互隔开且分别具有一个纵轴的管状隔室(10；10')构成，并且所述双管在其末端处与所述输送带(4.1)抗旋转连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双管(4.2)如此安装在所述输送带(4.1)上，使得所述纵轴位于同一水平面(H)中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双管(4.2)如此安装在所述输送带(4.1)上，使得所述纵轴位于同一竖直面中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述双管(4.2)被保持在分别与一个输送带(4.1)连接的夹箍弹簧(6)中。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述双管(4.2)至少部分具有由不透明的高反射石英玻璃构成的涂层。
6.根据上述权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理室(3)包括由红外线加热辐射器(8)构成的里衬，所述红外线加热辐射器具有由石英玻璃构成的、构建为双管的管套，所述管套具有朝向处理室的一侧和背离处理室的一侧，且其通过含SiO2的连接材料相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述含SiO2的连接材料同时作用反射器和粘合剂。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述含SiO2的连接材料被施覆至所述红外线加热辐射器(8)的朝向处理室(3)的一侧。
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述含SiO2的连接材料被施覆至所述红外线加热辐射器(8)的背离处理室(3)的一侧。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述红外线加热辐射器(8)具有加热丝，其使得所述加热装置的总面积功率处于80kW/m2至120kW/m2的范围内。
11.一种如权利要求1至10中任一项所述的装置的应用，用于制造具有金层，特别是金反射层的玻璃构件。
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