CN110306025A - 一种提高热处理炉炉温均匀性的方法及可旋转工件托盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温热处理技术领域，具体为一种提高热处理炉炉温均匀性的方法及可旋转工件托盘，包括支撑平台和保温仓，支撑平台上设置有轨道，保温仓底部设置有旋转机构，旋转机构在轨道上使保温仓可在支撑平台上转动；保温仓的仓顶设置有若干排气孔；仓底的厚度为3‑6cm，在仓底内设置有若干孔道，孔道的入口端与处理炉相连通，孔道的出口端设置在仓底内部；工艺气体通入孔道使保温仓沿轨道旋转，工艺气体的流速为5~100L/min、相对压力0.1~1000Kpa，本发明通过保温仓旋转，实现各个工件在热区位置运动，实现各个不同的工件横截面温度的一致，在同等成本下，提升系统的整体精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温热处理技术领域，具体涉及一种提高热处理炉炉温均匀性的方法及可旋转工件托盘。
背景技术
热处理炉是对金属工件进行各种金属热处理的工业炉的统称。热处理炉可以采用各种加热炉的炉型，但要求较严格地控制炉温和炉内气氛等。
当前≤5面加热、大容量腔体的高温热处理炉在达到工作温度（≥1500℃）后，由于加热方式、热场保温方式、工作台支撑方式、带载后工件储热或热阻隔等原因造成炉腔内部横向存在巨大温度梯度，严重影响热处理工艺的实施效果，经常出现同一炉腔处理不均匀的情况，反馈到产品上，就是同一炉腔内各个位置产品的检测数据差异性比较大，造成产品品质的一致性较差。此外，工艺试验阶段使用的腔体较小。工艺试验成功后，为提高效率、降低成本，需要放大腔体，此时经常出现工艺失效的情况。这些问题均是由于热区内各同一截面内温场不均匀导致的。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提出了一种提高热处理炉炉温均匀性的方法及可旋转工件托盘，目的是解决大容量腔体的高温热处理炉内部横向温度不均匀的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，所述工件托盘设置在处理炉内，包括支撑平台和设置在支撑平台上的保温仓，所述支撑平台上设置有轨道，所述的保温仓底部设置有旋转机构，所述旋转机构设置在轨道上使保温仓可在支撑平台上转动；所述保温仓为非密闭容器，包括仓底、仓顶和连接在仓底和仓顶之间的仓壁，所述保温仓内用于放置所述工件，所述的仓顶设置有若干排气孔；所述排气孔使保温仓与处理炉内相连通；所述仓底的厚度为3-6cm，在仓底内设置有若干孔道，所述孔道的入口端与处理炉相连通，所述孔道的出口端设置在仓底内部。
进一步的，所述的轨道为圆形。
进一步的，所述保温仓为圆柱形结构，所述的旋转机构均匀分布在所述仓底的底部。
进一步的，所述旋转机构为滚轮、滚珠、静摩擦旋转部件中的任意一种。
孔道的另外一种设置结构为，所述孔道的入口端与处理炉相连通，孔道的出口端与保温仓内相连通，所述入口端的口径大于出口端的口径。
对于出口端与保温仓内相连通的结构，所述的保温仓内还设置有支架，所述的工件放置在支架上。
进一步的，所述孔道走向为直线形或曲线形或圆弧形。
进一步的，所述孔道的入口端和出口端之间直线距离为1-10cm。
进一步的，所述孔道的横截面为圆形、三角形、方形、椭圆形、菱形形、不规则形中的任意一种。
一种提高热处理炉炉温均匀性的方法，是使用所述的用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘来实现，所述处理炉内通入工艺气体，所述工艺气体进入所述的孔道，进入孔道的气体对保温仓的仓底形成旋转力矩，保温仓在通入的工艺气体作用下沿轨道旋转，所述工艺气体的流速为5~100L/min、相对压力0.1~1000Kpa，所述保温仓旋转的速度为0.1~10r/min。
本装置主要适用的炉型：包括但不限于石墨加热炉体、金属加热体炉体、感应加热炉体、微波加热炉体等热处理炉。
所述的高温热处理炉通入的气体：包括但不限于氩气、氮气、氦气等惰性气体和氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等氧化性或还原性气体。
所述的旋转机构材质：包括但不限于石墨、包覆涂层的石墨、氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅等耐高温，且热稳定性好的材料。
所述的旋转机构的数量：1~1000颗/粒。
所述的旋转机构的旋转方向可以为顺时针、逆时针方向；包括顺时针、逆时针组合的复合方向。
所述的旋转速度：包括恒速旋转、变速旋转、间断式旋转、小角度或大角度旋转等，也包括由恒速旋转、变速旋转、间断式旋转、小角度或大角度旋转等组合的复合旋转速度。
所述的热处理炉内部为高温状态，热处理炉内通入工艺气体，工艺气体进入炉腔，由于炉腔高低温区及不同位置的浓度差，进入腔体的工艺气体将迅速扩散到高低温区、温场内外的不同位置，消除浓度差，实现工艺目的。当工艺气体经过孔道时，由于工艺气体经历常温到高温的变化，根据气体方程，工艺气体在同等体积下，单位面积的压强将发生变化。此压强的变化，为可旋转的支撑平台提供运动的动力来源。为提高保温仓体整体旋转效率，使用位于支撑平台上的旋转机构，降低了孔道中的气体相对压力，提升了系统的整体安全性。
孔道可以为贯通的结构也可以为非贯通的结构，对于非贯通的结构，孔道一端进气，气体进入后又会返回从进气的一端排出，进出的过程带给保温仓转动力矩，使得保温仓在旋转机构的作用下旋转；对于贯通的孔道，气体从孔道进入保温仓后，在工件表面不断流动，实现工艺处理目的。处理后的废气，从保温仓体排气孔排出保温仓，由炉体真空系统排出炉外，而由于孔道的入口端的口径比出口端大，同样会产生一个推动保温仓的力矩作用，使得保温仓整体沿轨道旋转。
同一高温条件下，同一可旋转的保温仓，可通过调整工艺气体流量、通断情况实现可旋转的工件托盘的不同运动方式，如速度的调整、间断式运动、微运动。并可通过设置不同方向的多组仓底的孔道，实现可旋转的工件托盘的顺时针、逆时针旋转，或同时具备顺时针、逆时针旋转的能力。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
1）本发明涉及的可旋转的支撑平台可以通过改造当前设备实现，而且设备改造不涉及密封改造、不引入独立的动力源、不会造成新的不安全环节。
2）本发明实施后，通过支撑平台旋转，实现各个工件在热区位置运动，在同一圆周内，可以实现各个不同的工件横截面温度的一致，确保产品品质的一致性。
3）基于本装置，可以确保工艺试验阶段小炉体和工业大生产大炉体工艺的一致性，减少工艺研发的时间和费用。
4）本发明可以降低对高温热处理炉加热系统、保温系统、控温系统的要求，在同等要求下，降低系统成本。在同等成本下，提升系统的整体精度。
附图说明
图1是实施例的结构示意图。
图2是实施例所述的仓底的俯视图。
图3是图1中孔道的截面放大图。
图中，1为支撑平台，2为保温仓，3为轨道，4为排气孔，5为仓底，6为仓顶，7为仓壁，8为孔道，9为石墨滚轮，10为坩埚。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
如图1、图2和图3所示，是一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，工件托盘设置在金属加热体炉体内（处理炉图中未标示），包括支撑平台1和设置在支撑平台1上的圆柱形的保温仓2，支撑平台1上设置有圆形的轨道3，保温仓2底部均匀设置有六个石墨滚轮9，石墨滚轮9设置在轨道3上使保温仓2可在支撑平台1上做圆周转动；保温仓2为非密闭容器，包括仓底5、仓顶6和连接在仓底5和仓顶6之间的仓壁7，保温仓2内放置有坩埚10，仓顶6设置有若干排气孔4；排气孔4使保温仓2与处理炉内相连通；仓底5的厚度为5cm，在仓底5内设置有均匀设置四个孔道8，孔道8的入口端与处理炉相连通，孔道8的出口端设置在仓底内部。孔道8走向为曲线形，入口端和出口端之间直线距离为9cm，孔道8的横截面为圆形。
提高热处理炉炉温均匀性的方法，是使用上所述的可旋转工件托盘来实现，所述处理炉内通入氮气，氮气进入孔道8，进入孔道8的氮气对保温仓2的仓底5形成旋转力矩，保温仓2在通入的氮气作用下沿轨道3旋转，其中氮气的流速为50L/min、相对压力200Kpa，所述保温仓旋转的速度为0.1~10r/min。
金属加热体炉体内部为高温状态，向金属加热体炉体内通入氮气，氮气进入炉腔，由于炉腔高低温区及不同位置的浓度差，进入腔体的氮气将迅速扩散到高低温区、温场内外的不同位置，消除浓度差，实现工艺目的。当氮气经过孔道8时，由于氮气经历常温到高温的变化，根据气体方程，工艺气体在同等体积下，单位面积的压强将发生变化。同时，对于孔道8的非贯通的结构，孔道8入口端进气，由于出口端设置在仓底5内，气体进入后又会返回从入口端排出，进出的过程带给保温仓2转动力矩，使得保温仓2在石墨滚轮9的作用下旋转；压强的变化叠加气体带来的转动力矩，为可旋转的保温仓2提供运动的动力来源。为提高保温仓2整体旋转效率，使用位于保温仓2上的石墨滚轮9，降低了孔道8中的气体相对压力，提升了系统的整体安全性。
孔道8也可以设计为贯通的结构，氮气从孔道8进入保温仓2后，在坩埚10表面不断流动，实现工艺处理目的。处理后的废气，从保温仓2体排气孔4排出保温仓，由炉体真空系统排出炉外，而由于孔道8的入口端的口径比出口端大，同样会产生一个推动保温仓2的力矩作用，使得工件托盘整体沿轨道3旋转。
同一高温条件下，同一可旋转的保温仓2，可通过调整氮气的流量、通断情况实现可旋转的工件托盘的不同运动方式，如速度的调整、间断式运动、微运动。并可通过设置不同方向的多组仓底的孔道，实现可旋转的工件托盘的顺时针、逆时针旋转，或同时具备顺时针、逆时针旋转的能力。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (10)
1.一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述工件托盘设置在处理炉内，包括支撑平台（1）和设置在支撑平台（1）上的保温仓（2），所述支撑平台（1）上设置有轨道（3），所述的保温仓（2）底部设置有旋转机构，所述旋转机构设置在轨道（3）上使保温仓（2）可在支撑平台（1）上转动；所述保温仓（2）为非密闭容器，包括仓底（5）、仓顶（6）和连接在仓底（5）和仓顶（6）之间的仓壁（7），所述保温仓（2）内用于放置所述工件，所述的仓顶（6）设置有若干排气孔（4）；所述排气孔（4）使保温仓（2）与处理炉内相连通；所述仓底（5）的厚度为3-6cm，在仓底（5）内设置有若干孔道（8），所述孔道（8）的入口端与处理炉相连通，所述孔道（8）的出口端设置在仓底内部。
2.根据权利要求1所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述的轨道（3）为圆形。
3.根据权利要求1所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述保温仓（2）为圆柱形结构，所述的旋转机构均匀分布在所述仓底（5）的底部。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述旋转机构为滚轮、滚珠、静摩擦旋转部件中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述孔道（8）的入口端与处理炉相连通，孔道（8）的出口端与保温仓内相连通，所述入口端的口径大于出口端的口径。
6.根据权利要求5所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述的保温仓（2）内设置有支架，所述的工件放置在支架上。
7.根据权利要求1或5所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述孔道（8）走向为直线形或曲线形或圆弧形。
8.根据权利要求1或5所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述孔道（8）的入口端和出口端之间直线距离为1-10cm。
9.根据权利要求1或5所述的一种用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘，其特征在于，所述孔道（8）的横截面为圆形、三角形、方形、椭圆形、菱形形、不规则形中的任意一种。
10.一种使用如权利要求1或5所述的用于大容量腔体高温热处理炉的可旋转工件托盘来提高热处理炉炉温均匀性的方法，其特征在于，所述处理炉内通入工艺气体，所述工艺气体进入所述的孔道，进入孔道的气体对保温仓的仓底形成旋转力矩，保温仓在通入的工艺气体作用下沿轨道旋转，所述工艺气体的流速为5~100L/min、相对压力0.1~1000Kpa，所述保温仓旋转的速度为0.1~10r/min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 8 Beige Street, Xiaohe Industrial Park, Shanxi Transformation Comprehensive Reform Demonstration Zone, Taiyuan City, Shanxi Province, 030032 Applicant after: CETC SHANXI BRANCH OF NEW ENERGY Co. Address before: 030032 No.5, Tanghuai Road, Taiyuan Tanghuai Park, comprehensive reform demonstration area, Xiaodian District, Taiyuan City, Shanxi Province Applicant before: CETC SHANXI BRANCH OF NEW ENERGY Co. |
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| CB02 | Change of applicant information |