CN109097530B - 抽真空深冷回火炉及其深冷回火处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抽真空深冷回火炉及其深冷回火处理方法，包括：炉壳，炉壳的入口设有炉门，炉壳上还设有氮气输入管；供工件摆放的内胆，同轴安装于炉壳内且与炉壳的内侧壁之间形成气流通道，内胆的轴向上设有相对的第一开口端和第二开口端，第二开口端位于炉壳的入口一侧；加热装置，安装于内胆中；用于对炉壳内部抽真空的抽真空装置，安装于炉壳上；用于向内胆中喷射液氮的液氮输送管路，其自炉壳的外侧连接至内胆；用于启闭第一开口端的第一门体，安装于第一开口端处，第一门体的内侧安装有排风装置；以及用于启闭述第二开口端的第二门体，安装于第二开口端处。本发明解决了传统深冷和回火方法对钢工件的处理效率低且易氧化的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种回火炉，具体涉及一种抽真空深冷回火炉及其深冷回火处理方法。
背景技术
钢在淬火后存在一定数量的残留奥氏体，影响钢材的疲劳寿命，表面易磨损、不耐磨。为了消除钢中的残余奥氏体，目前国内外普遍采用的热处理工艺是淬火后在回火炉内回火，然后再在深冷箱内进行深冷处理。这种做法虽然能消除部分残余奥氏体，但是由于这两种工艺是分别在两种设备上进行，处理时间比较长，工作效率比较低。而且，在回火炉内进行回火普遍采用的做法是在回火时往炉内通入氮气置换炉内的空气，从而保护工件不被氧化，但是由于这种做法氮气置换不彻底，仍然会导致部分工件氧化，影响产品质量。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种抽真空深冷回火炉及其深冷回火处理方法，以解决传统深冷和回火方法对钢工件的处理效率低且易氧化的问题。
为实现上述目的，提供一种抽真空深冷回火炉及，包括：
炉壳，所述炉壳的入口设有炉门，所述炉壳上还设有氮气输入管；
供工件摆放的内胆，同轴安装于所述炉壳内且与所述炉壳的内侧壁之间形成气流通道，所述内胆的轴向上设有相对的第一开口端和第二开口端，所述第二开口端位于所述炉壳的入口一侧；
加热装置，安装于所述内胆中；
用于对所述炉壳内部进行抽真空的抽真空装置，所述抽真空装置安装于所述炉壳上；
用于向所述内胆中喷射液氮的液氮输送管路，所述液氮输送管路自所述炉壳的外侧连接至所述内胆；
用于启闭所述第一开口端的第一门体，安装于所述第一开口端处，所述第一门体的内侧安装有排风装置；以及
用于启闭所述第二开口端的第二门体，安装于所述第二开口端处。
进一步的，所述炉壳内还设有第一换热器，所述第一换热器位于所述炉壳的相对所述入口的一侧。
进一步的，所述第一门体通过摆动杆可摆动地连接于所述炉壳的相对于所述入口一侧的第一端内壁上，所述摆动杆和所述第一端内壁之间连接有用于驱动所述摆动杆摆动以控制所述第一门体遮蔽或开启所述第一开口端的第一气缸。
进一步的，所述炉门的内侧连接有用于控制所述第二门体遮蔽或开启所述第二开口端的第二气缸，所述第二门体连接于所述第二气缸。
进一步的，所述加热装置包括多个导热环，多个所述导热环沿所述内胆的轴向方向间隔设置。
进一步的，所述第一开口端形成有朝向所述内胆的外侧的一圈导流板。
进一步的，所述内胆中安装有用于检测所述内胆中的温度的温度检测装置。
进一步的，还包括用于将所述内胆中的气体排放至所述炉壳外的气体排放管路，所述气体排放管路自所述内胆的内侧连接至所述炉壳的外侧。
本发明提供一种抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，包括以下步骤：
开启炉门，将工件由炉壳的入口和内胆的第二开口端摆放于所述内胆中；
关闭所述炉门并开启第一门体和第二门体，所述第二门体内侧的排风装置对准于所述第一开口端，气流通道连通于所述内胆的第二开口端和第一开口端；
通过液氮输送管路向所述内胆中喷射液氮，形成氮气；
开启所述排风装置将所述内胆中的所述氮气自所述第一开口端排向所述气流通道并自所述第二开口端排向所述内胆中以形成循环冷气流对所述工件进行深冷处理；
在所述工件深冷处理后，开启抽真空装置进行抽真空，使得所述炉壳和所述内胆中形成真空状态；
关闭所述抽真空装置，并经由氮气输入管向所述炉壳和所述内胆中充入氮气；
关闭所述第一门体和所述第二门体以封闭所述第一开口端和所述第二开口端；
开启加热装置、同时开启所述排风装置，使所述内胆的氮气形成循环热气流，对所述内胆中的所述工件进行回火处理。
本发明的有益效果在于，本发明的抽真空深冷回火炉将深冷和回火两种热处理工艺结合在一起，用一台设备来实现这两种功能，可以有效地减少设备占地面积，节省成本，避免工件在两种热处理工艺处理时空间上无间隙转移，提高工作效率。另外，在工件回火前采用抽真空装置对炉壳(内胆)抽真空，可以有效地降低炉壳(内胆)中的氧气含量，与传统的氮气洗炉相比，它不仅节省时间和氮气，而且洗炉效果更好、更彻底。本发明的抽真空深冷回火炉的排风装置(排风风叶)，在工件深冷处理阶段时，将内胆中的氮气(液氮输送管路的液氮喷头喷射的液氮所气化)自内胆的第一开口端排向气流通道并自内胆的第二开口端排向内胆中以形成循环冷气流对工件进行深冷处理，进而使得在较短时间内给工件降温，从而实现对工件进行深冷处理，可以有效地消除工件内部的残余奥氏体，使零件获得比较好的力学性能；在工件回火处理阶段时，排风装置(排风风叶)将内胆的氮气(氮气输入管输入的氮气)形成循环热气流，对所述内胆中的所述工件进行回火处理，进而使得工件加热、受热均匀。
附图说明
图1为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的结构示意图。
图2为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的深冷状态的示意图。
图3为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的回火状态的示意图。
图4为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的循环冷气流的示意图。
图5为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的循环热气流的示意图。
图6为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的抽真空装置的结构示意图。
图7为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的气体排放管路和液氮输送管路的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的结构示意图、图2为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的深冷状态的示意图、图3为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的回火状态的示意图、图4为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的循环冷气流的示意图、图5为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的循环热气流的示意图、图6为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的抽真空装置的结构示意图、图7为本发明实施例的抽真空深冷回火炉的气体排放管路和液氮输送管路的结构示意图。
参照图1至图7所示，本发明提供了一种抽真空深冷回火炉，包括：炉壳11、炉门12、内胆13、加热装置、抽真空装置3、液氮输送管路41、第一门体5、排风装置以及第二门体121。
炉壳11具有一入口。炉壳11的入口安装有炉门12。炉壳11上形成有氮气输入管111。氮气输入管自炉壳的外侧连接至内胆，在抽真空处理后用于向内胆中充入氮气。
内胆13同轴安装于炉壳11内，且内胆13与炉壳11的内侧壁之间形成气流通道。内胆13的轴向上设有第一开口端和第二开口端。第二开口端位于炉壳的入口的一侧，第一开口端位于炉壳的相对入口的一侧。内胆13用于摆放待加工的工件。
液氮输送管路41用于向内胆中喷射液氮。液氮输送管路41自炉壳11的外侧连接至内胆13。液氮输送管路41上安装有多个液氮喷头4，液氮喷头位于内胆13中。液氮输送管路41连接有液氮源。液氮喷头4在工件深冷处理时喷射液氮，利用液氮气化快速降低内胆内的温度。
加热装置安装于内胆13中，在工件回火处理时提供热量。
抽真空装置3设置于炉壳11的外侧且连通于炉壳11，在工件回火之前进行炉壳抽真空，将炉壳、内胆内的空气和氮气(为液氮输送管路中喷射的液氮所气化的)排出炉壳外。
第一门体5用于启闭第一开口端。第一门体5的内侧安装有排风装置(排风风叶6和驱动电机61。
第二门体121用于启闭内胆的第二开口端，安装于第二开口端处。具体的，炉门的内侧连接有第二气缸122，第二门体121连接于第二气缸122的伸缩端。第二气缸122用于控制第二门体遮蔽或开启第二开口端。
本发明的抽真空深冷回火炉将深冷和回火两种热处理工艺结合在一起，用一台设备来实现这两种功能，可以有效地减少设备占地面积，节省成本，避免工件在两种热处理工艺处理时空间上无间隙转移，提高工作效率。另外，在工件回火前采用抽真空装置对炉壳(内胆)抽真空，可以有效地降低炉壳(内胆)中的氧气含量，与传统的氮气洗炉相比，它不仅节省时间和氮气，而且洗炉效果更好、更彻底。本发明的抽真空深冷回火炉的排风装置(排风风叶)，在工件深冷处理阶段时，将内胆中的氮气(液氮输送管路的液氮喷头喷射的液氮所气化)自内胆的第一开口端排向气流通道并自内胆的第二开口端排向内胆中以形成循环冷气流对工件进行深冷处理，进而使得在较短时间内给工件降温，从而实现对工件进行深冷处理，可以有效地消除工件内部的残余奥氏体，使零件获得比较好的力学性能；在工件回火处理阶段时，排风装置(排风风叶)将内胆的氮气(氮气输入管输入的氮气)形成循环热气流，对所述内胆中的所述工件进行回火处理，进而使得工件加热、受热均匀。
在本实施例中，炉壳11为卧式圆柱形结构，双层炉壁，带水冷夹套。在深冷处理阶段，可以进一步的降低循环冷气流的温度。炉壳11由带水冷夹套的壳体、炉腿、料车导轨组成。壳体的开口端设有炉壳法兰。炉门上设有炉门法兰。炉门法兰与炉壳法兰之间通过密封圈可以实现真空密封。同样的，炉门12为双层水冷套结构，炉门12通过铰链铰接于炉壳11固定在一起。
作为一种较佳的实施方式，炉壳内设有第一换热器7，第一换热器呈环状，位于炉壳的相对入口的一侧。在工件深冷处理阶段时，经由排风风叶排自第一开口端排出的气流在第一换热器的作用下进一步降低温度后，经由气流通道自第二开口端排向内胆中。
结合图4和图5所示，第一门体5通过摆动杆52可摆动地连接于炉壳的相对于入口一侧的第一端内壁上。摆动杆52和第一端内壁之间连接有用于驱动摆动杆摆动以控制第一门体遮蔽或开启第一开口端的第一气缸51。排风装置包括排风风叶6和用于驱动排风风叶的驱动电机61。第一门体5的内侧安装有排风风叶6。第一门体5的外侧安装有驱动电机61。驱动电机61的输出端伸至第一门体5的内侧并驱动连接于排风风叶6。具体的，在工件回火处理阶段时，通过第一气缸的伸缩端伸出以推动摆动杆将第一门体遮蔽于内胆的第一开口端；在工件深冷处理阶段和抽真空处理阶段时，通过第一气缸的伸缩端回拉摆动杆驱动第一门体开启内胆的第一开口端，进而使得气流通道连通于第一开口端和第二开口端。
作为一种较佳的实施方式，液氮喷头4的数量为多个，多个液氮喷头4间隔布设于排风风叶6的四周。具体的，液氮输送管路41在内胆的呈环状设置在排风风叶的四周，当排风风叶运转时，液氮喷头喷出的液氮被排风风叶均匀地吹向四周，使液氮充分气化，提高资源使用效率。
在本实施例中，加热装置包括多个导热环21。多个导热环沿内胆13的轴向方向间隔设置。每一个导热环的成环方向与内胆的圆周方向一致。具体的，导热环为高电阻的电热合金(材质：1.4307)制作而成，导热环的横截面为管状，利用电流的热效应，当导热环通电时，在导热环的表面会产生大量的热，从而加热工件。导热环21通过加热电极22连接于电源。
作为一种较佳的实施方式，内胆的第一开口端形成有朝向内胆13的外侧的一圈导流板131。在本实施例中，导流板呈喇叭状，导流板的大口端(喇叭口)朝向内胆设置。当排风风叶转动时，内胆中的气体在排风风叶的抽排下沿导流板的内侧汇聚于导流板的小口端，并经导流板的小口端排向气流通道。
结合图1和图6所示，抽真空装置3包括真空管道31、罗茨泵33和旋片泵32。旋片泵32连接于罗茨泵33。罗茨泵33连接于真空管道31。真空管道31连通于炉壳11。
作为一种较佳的实施方式，炉壳11上设有温度检测装置。温度检测装置安装于内胆中，用于检测内胆中的温度。具体的，温度检测装置为热电偶8。热电偶8伸至内胆13中。在本实施例中，热电偶包括第一热电偶和第二热电偶。第一热电偶用于精确控制炉内温度。第二热电偶用于实时检测工件温度。第一热电偶与第二热电偶均设置于内胆中部靠近工件处，更能真实地反应炉内温度(即工件处炉气温度)，从而可以根据具体的工艺需要精确地控温。
在本实施中，炉壳11上还安装有气体排放管路9。气体排放管路9用于将内胆中的气体排放至炉壳外。气体排放管路9的位于炉壳的外侧的一端安装有排气角座阀91，气体排放管路9上还设有第二换热器92。具体的，第二换热器为水冷换热器，主要用于工件回火处理阶段时给排出的气体降温以及深冷处理阶段时给排出的冷气升温，从而保护排气角座阀，延长气动角座阀的使用寿命以及确保整个气体排放管路的密封性。
本发明提供了一种抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，包括以下步骤：
深冷处理阶段：
深冷处理，深冷一般指233K～77K的温区范围。233K(约-40℃)一般为单级蒸汽压缩制冷所能有效达到的温度下限，77K(约-196℃)为液氮常压沸点温度。深冷是实际应用当中常用液氮来实现制冷的温区。
S1：打开炉门12并将工件摆放于内胆13中。
具体的，开启炉门12将工件由炉壳11的入口和内胆13的第二开口端摆放于内胆13中。
S2：关闭炉门12并开启第一门体51和第二门体122，第二门体122内侧的排风装置对准于第一开口端，气流通道连通于内胆的第二开口端和第一开口端。
S3：通过液氮输送管路41向内胆13中喷射液氮，形成氮气降低内胆的温度。
S4：开启排风装置将内胆13中的氮气自第一开口端排向气流通道并自第二开口端排向内胆中以形成循环冷气流对工件进行深冷处理。
具体的，开启驱动电机以驱动排风风叶6转动，排风风叶对准第一开口端排风，内胆中的液氮(气化呈氮气)排向气流通道。在排向气流通道的过程中，经第一换热器进一步降低温度后经由气流通道自第二开口端排向内胆中以形成循环冷气流对工件进行深冷处理。
抽真空处理阶段：
S5：在工件深冷处理后，开启抽真空装置3进行抽真空，使得炉壳11和内胆13中形成真空状态。
S6：关闭抽真空装置3，并经由氮气输入管111向炉壳11和内胆13中充入氮气。
回火处理阶段：
回火处理，将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1(加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。
S7：关闭第一门体5和所述第二门体121以封闭内胆的第一开口端和第二开口端。
控制第一气缸51的伸缩端伸出推动摆动杆以控制第一门体封闭内胆的第一开口端。控制第二气缸122的伸缩端伸出推动第二门体以控制第二门体121封闭内胆的第二开口端。
S8：开启加热装置、同时开启排风装置，使内胆的氮气形成循环热气流，对内胆13中的工件进行回火处理。
开启加热装置通过加热电极加热电热环，使得内胆中均匀加热升温。同时，开启排风装置的驱动电机以驱动排风风叶6转动，使得内胆13中部的气流(氮气)经由排风风叶6吹向内胆13的内侧壁以形成循环热气流，对工件均匀加热。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。
Claims (7)
1.一种利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，抽真空深冷回火炉包括：
炉壳，所述炉壳的入口设有炉门，所述炉壳上还设有氮气输入管；
供工件摆放的内胆，同轴安装于所述炉壳内且与所述炉壳的内侧壁之间形成气流通道，所述内胆的轴向上设有相对的第一开口端和第二开口端，所述第二开口端位于所述炉壳的入口一侧；
加热装置，安装于所述内胆中；
用于对所述炉壳内部进行抽真空的抽真空装置，所述抽真空装置安装于所述炉壳上；
用于向所述内胆中喷射液氮的液氮输送管路，所述液氮输送管路自所述炉壳的外侧连接至所述内胆；
用于启闭所述第一开口端的第一门体，安装于所述第一开口端处，所述第一门体的内侧安装有排风装置；以及
用于启闭所述第二开口端的第二门体，安装于所述第二开口端处，所述炉壳内还设有第一换热器，所述第一换热器位于所述炉壳的相对所述入口的一侧；
深冷回火处理方法，包括以下步骤：
开启炉门，将工件由炉壳的入口和内胆的第二开口端摆放于所述内胆中；
关闭所述炉门并开启第一门体和第二门体，所述第二门体内侧的排风装置对准于所述第一开口端，气流通道连通于所述内胆的第二开口端和第一开口端；
通过液氮输送管路向所述内胆中喷射液氮，形成氮气；
开启所述排风装置将所述内胆中的所述氮气自所述第一开口端排向所述气流通道并自所述第二开口端排向所述内胆中以形成循环冷气流对所述工件进行深冷处理；
在所述工件深冷处理后，开启抽真空装置进行抽真空，使得所述炉壳和所述内胆中形成真空状态；
关闭所述抽真空装置，并经由氮气输入管向所述炉壳和所述内胆中充入氮气；
关闭所述第一门体和所述第二门体以封闭所述第一开口端和所述第二开口端；
开启加热装置、同时开启所述排风装置，使所述内胆的氮气形成循环热气流，对所述内胆中的所述工件进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，所述第一门体通过摆动杆可摆动地连接于所述炉壳的相对于所述入口一侧的第一端内壁上，所述摆动杆和所述第一端内壁之间连接有用于驱动所述摆动杆摆动以控制所述第一门体遮蔽或开启所述第一开口端的第一气缸。
3.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，所述炉门的内侧连接有用于控制所述第二门体遮蔽或开启所述第二开口端的第二气缸，所述第二门体连接于所述第二气缸。
4.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，所述加热装置包括多个导热环，多个所述导热环沿所述内胆的轴向方向间隔设置。
5.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，所述第一开口端形成有朝向所述内胆的外侧的一圈导流板。
6.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，所述内胆中安装有用于检测所述内胆中的温度的温度检测装置。
7.根据权利要求1所述的利用抽真空深冷回火炉的深冷回火处理方法，其特征在于，还包括用于将所述内胆中的气体排放至所述炉壳外的气体排放管路，所述气体排放管路自所述内胆的内侧连接至所述炉壳的外侧。
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