CN110527813A - 一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及其热处理工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及其热处理工艺方法，与现有技术相比解决了钢质模锻热处理过程热能浪费、温控难度大、生产出的钢质模锻活塞内部质量不稳定等缺陷。本发明回热管道的入口安装在快冷装置的上方，回热管道的出口安装在热处理装置冷却段的上方，快冷装置的侧部位于传送带下方开有冷风入口，冷风风机安装在快冷装置旁，冷风风机的入风口朝向外界、出风口与快冷装置的冷风入口通过管道相连。本发明基于新的热处理工艺方法，不但满足了客户对钢质模锻活塞内部金相组织和晶粒度的要求，提高了合格率的同时，还达到了节能减排的效果。

Description

一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及 其热处理工艺方法
技术领域
本发明涉及钢质模锻活塞热处理技术领域，具体来说是一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及其热处理工艺方法。
背景技术
钢质模锻活塞在发动机内实现高压缩比、提高燃烧效率、减少尾气排放、提高使用寿命等方面性能均优于传统的铝合金压铸活塞，与传统的铝合金压铸活塞相比：其机械强度高(如42CrMo钢抗拉强度可超过1080MPa，而铸铝合金抗拉强度仅133MPa～437MPa)，高温力学性能及高温耐磨性能好、热膨胀系数小(约为铝合金一半，可使活塞和气缸间隙设计更小，机燃比0.05％～0.12％)，能明显提高发动机燃烧效率和使用寿命(≥120万公里)，节约能源、减少排放。钢质模锻活塞主要用于发动机爆发力超过20MPa，升功率超过32KW/L的新型高强化发动机，与普通发动机相比，可提高功率20～30％，降低油耗5～10％，减少CO2排放10～20％，适用于军工、重卡、工程车辆、赛车等车辆，是大马力、低排放的新型发动机活塞的升级换代产品。
钢质模锻活塞的制作工艺较为复杂，其中钢质模锻活塞的热处理环节是其加工的重要环节，为了达到一定的内部组织、晶粒度和机械强度的要求，需要将钢质模锻活塞预处理件经过快冷、保温、冷却的工艺环节。与此同时，钢质模锻预处理件热处理过程中的温控也非常重要，现有技术材料使用42CrMo4A 调质钢，热处理工艺采用余热淬火加高温回火，往往出现淬火开裂或布氏硬度不合格现象，其不仅存在严重的质量安全隐患，而且耗能严重，大量热能外排的同时污染了环境，使得制造成本居高不下。
因此，在实际生产过程中存在此技术难点，若需要提高钢质模锻预处理件的硬度和合格率就需要一个良好的热处理工艺，但是即使能够提出一种良好的热处理工艺，但也要研发出能够实现此工艺的控温设备，并且此控温设备还要具有良好的节能减排效果，并能适应实际生产应用的要求。
因此，如何研发出一种具有能够适应钢质模锻预处理件热处理且具有良好节能环保效果的控温炉已经成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中钢质模锻热处理过程热能浪费、温控难度大、生产出的钢质模锻活塞内部质量不稳定等缺陷，提供一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及其热处理工艺方法来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，包括布料装置、快冷装置和热处理装置，所述的热处理装置包括热处理传送带，所述布料装置的下料口位于快冷装置的传送带上方，快冷装置的传送带落料端位于热处理传送带上方，
还包括回热管道，所述的热处理传送带自前至后分为第一控温段、第二控温段、第三控温段和冷却段，所述回热管道的入口安装在快冷装置的上方，回热管道的出口安装在热处理装置冷却段的上方，快冷装置的侧部位于传送带下方开有冷风入口，冷风风机安装在快冷装置旁，冷风风机的入风口朝向外界、出风口与快冷装置的冷风入口通过管道相连。
所述的热处理传送带内第一控温段设有若干个第一凹槽、第二控温段设有若干个第二凹槽、第三控温段设有若干个第三凹槽，第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内均安装有数量不等电辐射管。
所述的第一凹槽内电辐射管的数量大于第二凹槽内电辐射管的数量。
所述的热处理装置位于第一控温段、第二控温段、第三控温段的顶部均安装有球面风叶均风风机。
所述的回热管道内壁、热处理装置内顶及两侧处均设有保温层。
所述热处理传送带的传输网带为人字形编织网带。
所述热处理传送带的出料处安装有Y型出料口。
所述快冷装置的底部安装有氧化皮收集口。
所述的快冷装置内安装有均风蜂窝板，均风蜂窝板位于传送带的上方，均风蜂窝板的材质为高温耐热不锈钢。
一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉的热处理工艺方法，包括以下步骤：
钢质模锻活塞预处理件在快冷装置上进行快速冷却，钢质模锻活塞预处理件从1050度降至720度；
钢质模锻活塞预处理件在热处理装置的第一控温段进行保温0.5小时，钢质模锻活塞预处理件从720度降至420度；
钢质模锻活塞预处理件在热处理装置的第二控温段进行缓冷；
钢质模锻活塞预处理件在热处理装置的第三控温段进行保温0.2小时，钢质模锻活塞预处理件从420度降至200度；
钢质模锻活塞预处理件在热处理装置中出炉后空冷。
有益效果
本发明的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉及其热处理工艺方法，与现有技术相比基于新的热处理工艺方法，不但满足了客户对钢质模锻活塞内部金相组织和晶粒度的要求，提高了合格率的同时，还达到了节能减排的效果。
本发明将钢质模锻活塞预处理件根据新的热处理工艺方法，巧妙地将在快冷作业中产生的余热传送至热处理作业中，不但改善了快冷作业余热外排会造成员工工作环境恶劣的生产环境，而且还避免快冷作业余热的浪费，达到了节能效果；同时通过多个控温段的设计，实现了钢质模锻活塞预处理件在控温环节中不同温度梯度的需要，满足了钢质模锻活塞热处理的工艺需要。
本发明的炉温平均性好：其采用底部加热，同时设有高温耐热不锈钢均风蜂窝导风板，采用耐热钢WGBG型球面风叶均风机，大大进步炉温平均性；工件加热无死点，炉温平均性±5℃，控制精度±1℃；能耗低：控温炉内上方和两侧为炉体耐火层，底部为耐火砖层，进出路口为挡风软帘，隔热效果好、蓄能低、热损失小；同时易于实现设备自动化生产：可全自动温度及动作控制，可配备完善的警报装置和闭锁保护装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A向结构示意图；
图3为图1的B-B向结构示意图；
图4为图1的C-C向结构示意图；
图5为本发明所涉及的热处理工艺流程图；
其中，1-布料装置、2-快冷装置、3-热处理装置、4-热处理传送带、5-回热管道、6-传送带、7-冷风入口、8-冷风风机、9-球面风叶均风风机、10-保温层、11-第一凹槽、12-第二凹槽、13-第三凹槽、14-电辐射管、16-氧化皮收集口、17-均风蜂窝板。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，包括布料装置1、快冷装置2和热处理装置 3，布料装置1为传统传送组件，布料装置1的下料口位于快冷装置2的传送带6上方，布料装置1将上道工序流转的钢质模锻活塞预处理件通过其滑道经缓冲链滑至快冷装置2。快冷装置2的传送带6为22*26网格网带，快冷装置 2包括挡风软帘、回热风罩，快冷装置2的底部安装有氧化皮收集口16，用于回收工件快冷过程中脱落的氧化皮。
快冷装置2的传送带落料端位于热处理传送带4上方，快冷装置2将快冷处理后的钢质模锻活塞预处理件送到热处理传送带4进行热处理工艺处理。热处理装置3用于热处理工艺方法的实现，其包括热处理传送带4，热处理传送带4为传统的可加热传送带系统，传统技术中，热处理传送带4内设有相应的电热丝安装平台。在本发明中，为了配合新的热处理工艺方法，将原先在热处理传送带4内的电热丝安装平台设计为存在多个第一凹槽11、第二凹槽12和第三凹槽13的设计，通过调整凹槽大小、凹槽内电辐射管14的数量以配合新的热处理工艺方法在结构上的实现。
快冷装置2的侧部位于传送带6下方开有冷风入口7，冷风风机8安装在快冷装置2旁，冷风风机8的入风口朝向外界、出风口与快冷装置2的冷风入口7通过管道相连。
回热管道5的作用有两个，其一是用于将快冷装置2内的余热传至热处理装置3进行余热利用，由于热处理工艺处理需要经历快冷、保温、缓冷、保温这样的反复过程，因为涉及大量的热量流失和浪费，特别是为了达到每个温段的控温目的，通过电辐射管14代替传统的电热丝，电辐射管14所涉及的耗能更大，为了实现节能作用，利用回热管道5进行余热回收利用；其二是由于工件的快冷，造成大量热量的外排，致使现场作业环境极其恶劣，利用回热管道5则将热量外排可控地引导到作业流程的后端组件，大大地减少了热量外排对作业环境的影响。因此，采用回热管道5的巧妙设计，改善了作业环境，还避免因为控温所使用的电辐射管14带来的耗能过大问题。
回热管道5的入口安装在快冷装置2的上方，回热管道5的出口安装在热处理装置3冷却段的上方，快冷装置2内的钢质模锻活塞预处理件上的热量急速的吸入回热管道5，工件进入急冷状态。
为了保证钢质模锻活塞的内部金相组织、晶粒度等技术要求，先将钢质模从1050度降至720度快速冷却，使钢质模锻活塞内部金相组织在奥氏体区短暂停留，使内部金相晶粒度细化；之后在720度后缓冷，致使内部金相组织珠光体逐步析出，珠光体片间距增大，并且钢质模锻活塞硬度不会偏高，内部的硬度梯度也相对均匀，从而保证切削加工性能最好；再当缓冷到420度保温到 200度时，避免了金相贝氏体析出。这样的控温工艺不仅能满足钢质模锻活塞的苛刻技术要求，而且能节约能源、减少污染，提高生产效率。
在此，提供的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉的热处理工艺方法，如图5所示，包括以下步骤：
第一步，钢质模锻活塞预处理件在快冷装置2上进行快速冷却，钢质模锻活塞预处理件从1050度降至720度；
第二步，钢质模锻活塞预处理件在热处理装置3的第一控温段进行保温 0.5小时，钢质模锻活塞预处理件从720度降至420度；
第三步，钢质模锻活塞预处理件在热处理装置3的第二控温段进行缓冷；
第四步，钢质模锻活塞预处理件在热处理装置3的第三控温段进行保温 0.2小时，钢质模锻活塞预处理件从420度降至200度；
第五步，钢质模锻活塞预处理件在热处理装置3中出炉后空冷。
为了满足钢质模锻活塞热处理作业的特殊需要，配合热处理工艺形成快冷、保温、缓冷、保温、空冷的工艺过程，在此根据工艺需要，将热处理传送带4自前至后分为第一控温段、第二控温段、第三控温段和冷却段，以形成在热处理工艺中不同温度段的控温需要。
在热处理传送带4内第一控温段设有若干(多)个第一凹槽11、第二控温段设有若干个第二凹槽12、第三控温段设有若干个第三凹槽13，第一凹槽11、第二凹槽12和第三凹槽13内均安装有电辐射管14。第一凹槽11、第二凹槽 12和第三凹槽13为在传统的热处理传送带4内的间隔设计，用于呈放电辐射管14。第一凹槽11内电辐射管14的数量大于第二凹槽12内电辐射管14的数量，通过电辐射管14数量的不同，达到不同温区的划分，也可以使得温炉具有一定的通用性，实现可调控温效果。
热处理装置3位于第一控温段、第二控温段、第三控温段的顶部均安装有球面风叶均风风机9，WGBG型球面风叶均风机由变频器控制，每个控温段上的搅拌风机保证每个控温段内的炉温充分均匀性，通过调节电机转速来调节风量大小。
回热管道5内壁、热处理装置3内顶处均设有保温层10，进一步增加节能效果。热处理传送带4的传输网带为人字形编织网带，热处理传送带4的出料处安装有Y型出料口，Y型出料口通过中间摆杆使出料口的工件有规律地分别从A、B出口滑出，并错开排列，防止工件在一条直线上堆积、碰撞。同时，快冷装置2内安装有均风蜂窝板17，均风蜂窝板17位于传送带的上方，均风蜂窝板17的材质为高温耐热不锈钢。
在实际使用时，钢质模锻活塞预处理件从布料装置1通过输送带6送至快冷装置2，冷风风机8从外界抽取的冷风送至快冷装置2的底部，如图2所示，形成一个由下至上的冷风流动方向，将钢质模锻活塞预处理件从1050度快冷至720度；冷风经过钢质模锻活塞预处理件后形成热风，经过回热管道5送至热处理传送带4的冷却段，再经冷却段传至第一控温段、第二控温段、第三控温段以减少电辐射管的耗能；钢质模锻活塞预处理件经过快冷后，在热处理传送带4的第一控温段进行保温处理后、再经热处理传送带4的第二控温段进行缓冷(第一凹槽11内电辐射管14的数量大于第二凹槽12内电辐射管14的数量)、再经过热处理传送带4的第三控温段进行保温后，最终送入热处理传送带4的冷却段进行空冷处理。
本发明为了配合钢质模锻活塞内部金相组织和晶粒度的特性，采用了快冷、保温、缓冷、保温、空冷的热处理工艺，致使其实现此工艺的设备也要能形成不同温区的划分，基于此采用了电辐射管的设计，并配合不同间隔分区实现温区划分。但电辐射管耗能过大，如果单纯依靠电辐射管的加热保温，则造成钢质模锻活塞成本过高，无法实现实际应用(只是单纯的技术理论)。为此，通过回热管道5的巧妙设计，配合PID调节降低电辐射管的耗能，还优化了工作环境。通过回热管道5、热处理传送带4的凹槽分区、电辐射管14多个技术组合，实现了利用最少成本、最可靠部件实现最优效果的机械设计理想。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，包括布料装置(1)、快冷装置(2)和热处理装置(3)，所述的热处理装置(3)包括热处理传送带(4)，所述布料装置(1)的下料口位于快冷装置(2)的传送带(6)上方，快冷装置(2)的传送带(6)落料端位于热处理传送带(4)上方，其特征在于：
还包括回热管道(5)，所述的热处理传送带(4)自前至后分为第一控温段、第二控温段、第三控温段和冷却段，所述回热管道(5)的入口安装在快冷装置(2)的上方，回热管道(5)的出口安装在热处理装置(3)冷却段的上方，快冷装置(2)的侧部位于传送带(6)下方开有冷风入口(7)，冷风风机(8)安装在快冷装置(2)旁，冷风风机(8)的入风口朝向外界、出风口与快冷装置(2)的冷风入口(7)通过管道相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述的热处理传送带(4)内第一控温段设有若干个第一凹槽(11)、第二控温段设有若干个第二凹槽(12)、第三控温段设有若干个第三凹槽(13)，第一凹槽(11)、第二凹槽(12)和第三凹槽(13)内均安装有电辐射管(14)。
3.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述的第一凹槽(11)内电辐射管(14)的数量大于第二凹槽(12)内电辐射管(14)的数量。
4.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述的热处理装置(3)位于第一控温段、第二控温段、第三控温段的顶部均安装有球面风叶均风风机(9)。
5.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述的回热管道(5)内壁、热处理装置(3)内顶处均设有保温层(10)。
6.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述热处理传送带(4)的传输网带为人字形编织网带。
7.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述热处理传送带(4)的出料处安装有Y型出料口。
8.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述快冷装置(2)的底部安装有氧化皮收集口(16)。
9.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉，其特征在于：所述的快冷装置(2)内安装有均风蜂窝板(17)，均风蜂窝板(17)位于传送带的上方，均风蜂窝板(17)的材质为高温耐热不锈钢。
10.根据权利要求1所述的一种具有节能减排效果的钢质模锻活塞热处理可调控温炉的热处理工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
101)钢质模锻活塞预处理件在快冷装置(2)上进行快速冷却，钢质模锻活塞预处理件从1050度降至720度；
102)钢质模锻活塞预处理件在热处理装置(3)的第一控温段进行保温0.5小时，钢质模锻活塞预处理件从720度降至420度；
103)钢质模锻活塞预处理件在热处理装置(3)的第二控温段进行缓冷；
104)钢质模锻活塞预处理件在热处理装置(3)的第三控温段进行保温0.2小时，钢质模锻活塞预处理件从420度降至200度；
105)钢质模锻活塞预处理件在热处理装置(3)中出炉后空冷。
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