CN108118134A - 一种温度和湿度可控的退火炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温度和湿度可控的退火炉，属于玻璃材料等精密退火技术领域。本发明的退火炉，通过内部加热器、导流箱均热以及气体循环对炉内温度升降温曲线和均匀性进行控制，同时通过气体外循环汇合新风进气进入除水‑预热系统的设计，采用炉内气体置换来维持炉内湿度在设定范围内。通过进气的控制使得炉内压力处在微正压状态，防止炉门处的水蒸气渗入炉内高温环境，从而能更好的维持炉内湿度，进而实现退火过程中炉内气体温度和湿度的独立控制。本发明的退火炉可以满足特殊材料在退火过程中温度和湿度控制的要求。

Description

一种温度和湿度可控的退火炉

技术领域

本发明涉及一种温度和湿度可控的退火炉，属于玻璃材料等精密退火技术领域。

背景技术

高性能激光系统所需要的玻璃器件通常具有很大尺寸，同时对玻璃材料的应力及变形情况要求非常严格。因此在相关玻璃材料的制备过程中需要对大尺寸玻璃材料进行退火工艺来逐步释放玻璃内部应力，起到改善机械、光学等性能的作用。在玻璃材料的精退火过程中对炉内升降温曲线以及温度均匀性等均有很高的要求，高性能激光钕玻璃因具有较强的吸水性，因此在退火过程中还需要实现对炉内湿度的控制。由于退火过程中炉内温度较高，高温气体具有很强的吸湿性，因此在退火过程中炉内湿度会变得很难控制，特别是降温过程，而这种情况在我国南方地区等湿度较大的区域更为严重。

钕玻璃退火最佳温度在650℃左右，目前市场上针对该类玻璃材料的退火设备主要采用电热退火炉，因其具有温度可控性良好，温度均匀性良好以及退火过程中无污染等优点，但是目前市场在售产品均不能在退火过程中对炉内湿度进行有效控制。鉴于高能激光系统对我国军事、国防等领域的重要意义，具有温湿度控制的高精度退火炉变得十分必要。

发明内容

本发明的目的是提出一种温度和湿度可控的退火炉，以电加热炉为基础，通过设计引入内部气流循环和正压循环湿度控制回路对通用性电热退火炉进行改进，从而实现高温精密退火炉在退火过程中温度和湿度的独立控制，以满足钕玻璃等具有高吸湿性材料的精密退火需求。

本发明提出的温度和湿度可控的退火炉，包括炉壁、炉门、加热器、导流箱、轴流风机、新风风机、采样通路、采样风机、除水器、预热器、回气通路和温度湿度探测器；所述的炉门和炉壁构成退火炉炉体，炉门置于炉体左侧，炉门上设有内衬，炉体右侧的炉壁上安装有轴流风机；所述的导流箱置于退火炉炉体内，导流箱由上部面板、下部面板、前面板、后面板和右侧面板共五个面板组成，五个面板与炉门一起形成一个退火空腔，待退火材料置于退火空腔内，导流箱的上部面板、下部面板、前面板和后面板的左侧均布有导流孔，导流箱的右侧面板上与炉体右侧的炉壁上安装的轴流风机相对应的位置设有防护网；所述的加热器置于炉壁和导流箱之间，并位于炉体的上部、下部、前部和后部；所述的采样通路的一端从炉体外穿过炉壁伸入导流箱内，所述的温度湿度探测器安装在采样通路上，采样通路通过采样风机与回气通路相连，新风风机通过新风阀门和回气通路相连进而与采样通路汇合，回气通路上安装有除水器和预热器，回气通路的进气口穿过炉壁伸入炉体内。

本发明提出的温度和湿度可控的退火炉，其优点是：

本发明提出的温度和湿度可控的退火炉，解决了已有技术的电热退火炉无法控制退火过程中湿度的问题。采用导流箱均热和气流内部循环可提高退火炉内的温度均匀性，同时通过正压循环除水系统，可有效去除炉内气体的水蒸气，同时保持炉内为微正压状态，防止炉门出水蒸气重新渗入炉内，从而保持炉内高温气体湿度在较低水平内，满足了高能激光钕玻璃的退火需求，对我国国防军工具有重要意义。同时本发明针对高性能激光钕玻璃退火过程对已有通用电热退火炉结构的改进，亦可满足特殊材料在退火过程中对湿度控制的要求。

附图说明

图1为本发明提出的温湿度可控的退火炉的结构示意图。

图1中，1为炉壁，2为炉门，3为内衬，4为加热器，5为导流箱，6为上部导流孔，7为下部导流孔，8为侧向导流孔，9为轴流风机，10为防护网，11为待退火材料，12为采样通路，13为温度湿度探测器，14为采样风机，15为新风风机，16为新风阀门，17为除水器，18为预热器，19为回气通路。

具体实施方式

本发明提出的温度和湿度可控的退火炉，其结构如图1所示，包括炉壁1、炉门2、加热器4、导流箱5、轴流风机9、新风风机15、采样通路12、采样风机14、除水器17、预热器18、回气通路19和温度湿度探测器13。炉门2和炉壁1构成退火炉炉体，炉门1置于炉体左侧，炉门2上设有内衬3，炉体右侧的炉壁1上安装有轴流风机9。导流箱5置于退火炉炉体内，导流箱5由上部面板、下部面板、前面板、后面板和右侧面板共五个面板组成，五个面板与炉门2一起形成一个退火空腔，待退火材料置于退火空腔内。导流箱5的上部面板、下部面板、前面板和后面板的左侧均布有导流孔，如图1中所示，6为上部面板上的上部导流孔，7为下部面板上的下部导流孔，8为后面板上的侧向导流孔。导流箱5的右侧面板上与炉体右侧的炉壁上安装的轴流风机9相对应的位置设有防护网10。加热器4置于炉壁1和导流箱5之间，并位于炉体的上部、下部、前部和后部。采样通路12的一端从炉体外穿过炉壁伸入导流箱5内，温度湿度探测器13安装在采样通路12上，采样通路12通过采样风机14与回气通路19相连，新风风机15通过新风阀门16和回气通路19相连进而与采样通路12汇合，回气通路19上安装有除水器17和预热器18，回气通路19的进气口穿过炉壁伸入炉体内。

本发明提出的温湿度可控的退火炉中，温湿度测量控制系统由采样通路12、温度湿度探测器13、采样风机14、新风风机15、新风阀16、除水器17、预热器18、回气管路19以及具备PID集成控制算法的控制系统组成，主要负责炉内温湿度的测量以及控制。需要指出的是本发明中加热器4所采用的加热方式包括但不仅限于陶瓷管缠绕的电热丝，采用其他加热方式如射频加热、微波加热等给热方式所建成的退火炉也属于本发明保护范围内。同时，本发明的导流孔开设方式也不仅限于开在靠近炉门处，亦可通过在炉体中部附近开设不同大小的导流孔来对炉内气流进行控制，进而获得更有利于炉内温度均匀性的气流布局。

下面结合图1详细介绍本发明退火炉的工作过程：

炉体结构主要由炉壁1和炉门2构成，炉壁1和炉门2均采用不锈钢贴合保温材料结构，并将外层不锈钢一体焊接，同时炉门处还有密封炉门内衬3，这样可以保证炉体的气密性，防止水蒸气渗入炉内。炉体内设有导流箱5，其由上部面板、下部面板、前面板、后面板和右侧面板共五个面板组成，导流箱5与炉壁1形成气流通路，加热器4置于炉体上部、下部、前部和后部的气流通路中，对流经通路的气流进行加热。炉体右部设有循环轴流风机9，同时导流箱5靠近炉门方向开有导流孔6-8，共同形成炉内气流循环通路。炉内气流方向为从轴流风机向炉体上部、下部、前部和后部的气流通路流动，被加热后在炉门附近导流孔6-8处进入炉膛，经过炉膛待退火材料11空隙流向轴流循环风机9，从而实现炉内气体的循环流动，进而改善炉内温度均匀性。同时需要指出的是导流箱5位于加热器4和待退火材料11中间并呈箱体结构，具有均热效果，更有利于炉内温度的均匀性。

炉体后部设有采样通路12，通过温度湿度探测器13对炉内温度和湿度进行测量，并反馈给控制系统，对炉内温度和湿度进行控制。炉内温度控制主要依靠控制加热器4的功率来对炉内温度进行控制，而炉内湿度主要依靠炉体后部的湿度控制回路进行控制。气体湿度控制回路主要由采样风机14、新风风机15、新风阀门16、除水器17、预热器18和回风通道19组成。由于炉内高温气体吸湿性很强，因此对炉内湿度控制主要是控制炉内湿度在较低的水平内。当炉内湿度较高需要降低炉内湿度时，通过增加采样风机14的频率，将炉内气体通过采样通路与进气汇合后通过干燥器17除去水分后，再经预热器18进行预热后返回炉膛内，从而降低炉内水蒸气含量。同时在新风风机15的作用下，回风量比采样风机抽气量大，这使得炉内维持微正压，从而可以避免炉门处水蒸气的渗入。为了更好的维持新风进气压力的调节，新风风机也可改为带有空压机的储气罐，通过进气阀来对压力进行更为可靠的调节。同时需要指出的是，采用气体循环和外部进气共同控制的策略，是较为优化的控制策略，当然也可根据湿度控制需求，只采用气体循环湿度控制或者进气湿度控制中的一种。

由上面的分析可以看出，本发明所提出的温度湿度可控的退火炉，将温度控制和湿度控制相分离，从而能更好的对温湿度进行控制，这也是目前市场上现有产品所不具备的。在退火过程中退火炉的控制系统会根据所设定的退火升温和降温曲线以及温度湿度探测器13所采集的数据，对加热器4的功率进行调节，并在导流箱均热作用和气流循环系统的帮助下，使炉内温度按设定曲线进行变化。在退火过程中需要根据材料退火特性对不同退火阶段的湿度进行控制。由于高温气体具有较强的吸湿特性，因此本发明和主要考虑如何将退火炉内气体湿度控制在较低范围内。首先采样通路12和采样风机14会采集炉内气体，并由温度湿度探测器13获得所采集气体的湿度数据，并根据特定算法得到炉内高温气体的湿度数据。当炉内气体湿度高于需求湿度时，退火炉的控制系统会加大采样风机14的频率，增加采样通路12的循环气流量，同时增加新风风机15的流量，两路气流汇合后进入除水器17将气流冷却并将其中水分除去，除去水分的气流通过预热器19预热后返回炉内，通过置换可以实现对炉内湿度的控制。上述过程具有如下特点和优点：

1、通过采样回路从炉内收集气体，经过除水后再返回炉内，在置换过程中可实现炉内气体湿度的温和控制，可以避免因炉内气体湿度的剧烈变化而对退火过程产生不利影响。

2、返回气体经过预热器可减小返回气体对炉内温场的热冲击，从而避免对炉内退火温度均匀性的影响。通过将温度控制和湿度控制解耦，可实现两者的独立控制，尽可能避免控制过程中两者相互影响。

3、在湿度调节过程中通过少量新风的引入，可保证炉内维持微正压状态，从而可以避免水蒸气从炉门处渗入。

Claims (1)

1.一种温度和湿度可控的退火炉，其特征在于，包括炉壁、炉门、加热器、导流箱、轴流风机、新风风机、采样通路、采样风机、除水器、预热器、回气通路和温度湿度探测器；所述的炉门和炉壁构成退火炉炉体，炉门置于炉体左侧，炉门上设有内衬，炉体右侧的炉壁上安装有轴流风机；所述的导流箱置于退火炉炉体内，导流箱由上部面板、下部面板、前面板、后面板和右侧面板共五个面板组成，五个面板与炉门一起形成一个退火空腔，待退火材料置于退火空腔内，导流箱的上部面板、下部面板、前面板和后面板的左侧均布有导流孔，导流箱的右侧面板上与炉体右侧的炉壁上安装的轴流风机相对应的位置设有防护网；所述的加热器置于炉壁和导流箱之间，并位于炉体的上部、下部、前部和后部；所述的采样通路的一端从炉体外穿过炉壁伸入导流箱内，所述的温度湿度探测器安装在采样通路上，采样通路通过采样风机与回气通路相连，新风风机通过新风阀门和回气通路相连进而与采样通路汇合，回气通路上安装有除水器和预热器，回气通路的进气口穿过炉壁伸入炉体内。