CN112725597B - 一种用于退火炉氮气重复利用的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于退火炉氮气重复利用的装置及方法，本装置包括保温地基、预释放氮气退火炉、第一气泵、冷凝槽、密封板、放油螺栓、滤油网、气源过滤器、测压探头、第二气泵、控温槽、第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈、第四电感线圈、第一测温探头、第二测温探头、第三测温探头、第四测温探头、第三气泵、电磁换向阀、氮气储存罐、氮气发生器、第一伺服阀、第二伺服阀、第三伺服阀、第四伺服阀、第五伺服阀、预通氮气退火炉以及通气管道，在工作过程中，预释放氮气退火炉中的废气经过冷凝槽、控温槽依次实现氮气的净化与精密控温，最后直接通入预通氮气退火炉，高效有序地实现一套完整的工业流程，达到退火炉氮气重复利用的目的。

Description

一种用于退火炉氮气重复利用的装置及方法

技术领域

本发明装置属于退火热处理领域，一种用于退火炉氮气重复利用的装置及方法。

背景技术

退火是一种在生产制造中必须的材料热处理工艺。退火工艺耗能少，并且合理的退火工艺会改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。常用的退火工艺是将金属缓慢加热到一定温度，保温一定时间，然后以适宜速度冷却，不需要花费大量成本在工艺过程中。由此可见，退火工艺的操作简单，同时不需要复杂的工业设备，经济型高。其中，退火炉凭借其操作简单，设备成本低，空间利用率高，生产效率较高等优点，常常作为小型工件、盘状的铜管，钢管等的退火容器使用。退火炉的工作流程为：将待热处理工件放置在退火炉内的料架上，闭合炉盖；气泵抽至炉内真空后注入纯净氮气，防止退火过程中高温加速工件表面氧化；利用退火炉内电阻丝加热炉壁，进而利用热传导加热氮气，使炉内工件均匀受热；热处理后，保温一段时间，打开炉盖，释放炉内废气；取出工件。

经多地实地调研考察，当遵循上述常规流程进行生产时，在现有的设备基础下，任然存在工艺不足之处，尤其在氮气的使用上。在常规流程中，一次炉内退火结束后，退火炉内的高温氮气被直接释放，不但导致氮气的浪费，而且生产加工的工件的油污也被高温氮气汽化释放造成污染。

发明内容

针对以上问题，本发明装置提供一种用于退火炉氮气重复利用的装置及方法，通过对退火后退火炉内废气的收集，进而对其完成净化、智能控温等步骤从而得到可用氮气，并直接通入待工作退火炉内，实现氮气的重复利用，极大地节省了工业成本。

具体地，本发明提供一种用于退火炉氮气重复利用的装置，其包括退火炉组件、冷凝槽组件、控温槽组件和管道组件，

所述退火炉组件包括保温地基、预释放氮气退火炉以及预通氮气退火炉，所述预释放氮气退火炉与所述预通氮气退火炉均放置在所述保温地基内；

所述冷凝槽组件包括冷凝槽、密封板、放油螺栓、滤油网、气源过滤器以及测压探头，所述冷凝槽第一侧的上部设置有冷凝槽进气口，所述冷凝槽进气口处设置有直-曲环绕式分层下降结构，直-曲环绕式分层下降结构包括顶部的直边部分、多层弯曲部分以及底部部分；所述冷凝槽第一侧的下部设置有冷凝槽放油口，所述冷凝槽内部的中下部设置有冷凝槽过气口，所述冷凝槽第二侧的上部设置有冷凝槽放气口，所述密封板安装在所述冷凝槽进气口处，所述放油螺栓安装在所述冷凝槽放油口处，所述气源过滤器紧压所述滤油网安装在所述冷凝槽过气口处，所述测压探头安装在所述冷凝槽放气口处；

所述控温槽组件包括控温槽、第一测温探头、第二测温探头、第三测温探头、第四测温探头、第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈以及第四电感线圈，所述控温槽第一侧的上部设置有控温槽进气口，所述控温槽第二侧的上部设置有控温槽放气口，所述控温槽从第一侧至第二侧依次划分为第一控温槽、第二控温槽、第三控温槽和第四控温槽，第一测温探头、第二测温探头、第三测温探头和第四测温探头分别设置在第一控温槽、第二控温槽、第三控温槽和第四控温槽内部，所述第一控温槽被分隔板分割为U型空间，所述第一电感线圈环绕所述第一控温槽的分隔板，所述第一电感线圈两极伸出所述第一控温槽连接交流电源线路，所述测温探头安装在所述第一控温槽出口处，第二电感线圈、第三电感线圈和第四电感线圈以及第二测温探头、第三测温探头和第四测温探头的安装方式均与第一电感线圈和第一测温探头相同；

所述管道组件包括第一气泵、第二气泵、第三气泵、电磁换向阀、氮气储存罐、氮气发生器、第一伺服阀、第二伺服阀、第三伺服阀、第一伺服阀、第五伺服阀以及通气管道，所述第一气泵接通所述预释放氮气退火炉与所述冷凝槽进气口，所述第二气泵接通所述冷凝槽放气口与所述控温槽进气口，所述第三气泵接通所述电磁换向阀，所述电磁换向阀输出端连接所述预通氮气退火炉与所述氮气储存罐，所述第一伺服阀接通所述氮气发生器与所述第一控温槽下方，所述第二伺服阀接通所述氮气发生器与所述第二控温槽下方，所述第三伺服阀接通所述氮气发生器与所述第三控温槽下方，所述第四伺服阀接通所述氮气发生器与所述第四控温槽下方，所述第五伺服阀接通所述氮气发生器与所述冷凝槽进气口；

工作时，预释放氮气退火炉释放的废气，首先通入冷凝槽，在冷凝槽中经过直-曲环绕式的分层下降结构，使废气中的杂质充分冷凝并且集中在冷凝槽中，之后经过过滤网与气源过滤器得到纯净的氮气，然后通入控温槽，在控温槽中的第一控温槽与第二控温槽进行快速升温，在第三控温槽与第四控温槽进行智能监控调节，实现精密控温，排出的纯净氮气直接满足退火要求，电磁换向阀控制氮气通向预通氮气退火炉或氮气储存器。

优选地，所述第三气泵的功率、所述第二气泵的功率以及所述第一气泵的功率依次减小。

优选地，还包括电源和计算机系统，所述电源为整个装置进行供电，所述第一电感线圈、所述第二电感线圈、所述第三电感线圈、所述第四电感线圈、所述第一测温探头、所述第二测温探头、所述第三测温探头和所述第四测温探头分别与所述计算机系统通讯连接并受控于所述计算机系统。

优选地，所述直-曲环绕式分层下降结构的顶部的直边部分、多层弯曲部分以及底部部分的直径依次减小。

优选地，本装置的各个组件之间连接优先使用耐高温密封。

优选地，本发明还提供一种用于退火炉氮气重复利用的控制方法，还包括以下步骤：

S1、安装并接通通气管道，启动第二气泵和第三气泵，并将冷凝槽和控温槽抽至真空；

S2、关闭第二气泵和第三气泵，启动第一气泵，并打开第五伺服阀；

S3、当冷凝槽内气压达到一标准大气压时，冷凝槽的测压探头检测到气压，启动第二气泵与第三气泵；

S4、第一测温探头检测温度获取实时温度T1返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第一伺服阀与第一电感线圈的通断，具体判断过程如下：

S41、当实时温度T1温度处于300-450℃温度区间时，保持第一电感线圈断开，并使第一伺服阀闭合；

S42、当实时温度T1温度高于450℃时，开启第一伺服阀，并保持第一电感线圈断开；

S43、当实时温度T1温度低于300℃时，闭合第一电感线圈，并保持第一伺服阀闭合；

S5、第二测温探头检测温度获取实时温度T2返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第二伺服阀与第二电感线圈的通断，具体判断过程如下：

S51、当实时温度T2温度处于400-450℃温度区间时，保持第二电感线圈断开，并使第二伺服阀闭合；

S52、当实时温度T2温度高于450℃时，开启第二伺服阀，并保持第二电感线圈断开；

S53、当实时温度T2温度低于400℃时，闭合第二电感线圈，并保持第二伺服阀闭合；

S6、第三测温探头检测温度获取实时温度T3返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第三伺服阀与第三电感线圈通断，具体判断过程如下：

S61、当实时温度T3温度高于450℃时，开启第三伺服阀，并保持第三电感线圈断开；

S62、当实时温度T3温度低于450℃时，闭合第三电感线圈，并保持第三伺服阀闭合；

S7、第四测温探头检测温度获取实时温度T4返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第四伺服阀与第四电感线圈通断，具体判断过程如下：

S71、当实时温度T4温度高于500℃时，开启第四伺服阀，并保持第四电感线圈断开；

S72、当实时温度T4温度低于500℃时，闭合第四电感线圈，并保持第四伺服阀闭合；

S8、根据工况，选择电磁换向阀档位，当有预通氮气退火炉等待通氮气时，接通预通氮气退火炉，当没有预通氮气退火炉时，接通氮气储存罐；

S9、工作结束，关闭所有伺服阀，断开所有电感线圈，打开放油螺栓，释放液态废油。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明的装置中冷凝槽的结构使废气与氮气发生器的低温氮气充分混合，使废气中的油质快速液化并驱流至冷凝槽下方的油槽中，最后通过双层过滤得到纯净氮气；

2)本发明的装置中的控温槽使氮气步进升温，温度提升由大范围逐步精细，利用感应线圈加热，加热速度快、控制便捷，并能配合计算机系统实现实时连续控温，当氮气通过所述装置后可立即用于生产；

3)本发明的装置配合实际工况，实现氮气的输送与储存，适用于大规模工业退火热处理设备情况，退火设备越多，越有利于节省经济，减少废气排放，减少能耗。

附图说明

下面结合附图对本发明装置进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明装置一个优选实施例的气体流场示意图；

图3是本发明装置一个优选实施例的工作流程图；

图4是本发明的直-曲环绕式分层下降结构的结构示意图。

图中部分附图标记如下：

1-保温地基；2-预释放氮气退火炉；3-第一气泵；4-密封板；5-冷凝槽；6-放油螺栓；7-滤油网；8-气源过滤器；9-测压探头；10-第二气泵；11-控温槽；12-第一电感线圈；13-第二电感线圈；14-第三电感线圈；15-第四电感线圈；16-第一测温探头；17-第二测温探头；18-第三测温探头；19-第四测温探头；20-第三气泵；21-电磁换向阀；22-氮气储存罐；23-氮气发生器；24-第一伺服阀；25-第二伺服阀；26-第三伺服阀；27-第四伺服阀；28-第五伺服阀；29-预通氮气退火炉；30-通气管道。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明提供一种用于退火炉氮气重复利用的装置，如图1-图3所示，本发明装置主要包括退火炉组件、冷凝槽组件、控温槽组件和管道组件。

退火炉组件包括保温地基1、预释放氮气退火炉2和预通氮气退火炉29，预释放氮气退火炉2与预通氮气退火炉29均放置在保温地基1内。

冷凝槽组件包括冷凝槽5、密封板4、放油螺栓6、滤油网7、气源过滤器8和测压探头9，冷凝槽5第一侧的上部设置有冷凝槽进气口，冷凝槽进气口后是直-曲环绕式分层下降结构，冷凝槽5第一侧的下部设置有冷凝槽放油口，内部的中下部设置有冷凝槽过气口，冷凝槽5第二侧的上部设置有冷凝槽放气口，密封板4安装在冷凝槽进气口处，放油螺栓6安装在冷凝槽放油口出，气源过滤器8紧压滤油网7安装在冷凝槽过气口处，测压探头9安装在冷凝槽放气口处。

如图4所示，直-曲环绕式分层下降结构500包括顶部的直边部分501、多层弯曲部分502以及底部部分503；顶部的直边部分501的入口处设置有密封板4，底部部分503的出口处设置滤油网7、气源过滤器8和测压探头9。直边部分501、多层弯曲部分502以及底部部分503的直径依次增大。

控温槽组件包括控温槽11、第一测温探头16、第二测温探头17、第三测温探头18、第四测温探头19、第一电感线圈12、第二电感线圈13、第三电感线圈14和第四电感线圈15，控温槽11第一侧的上部设置有控温槽进气口，控温槽11第二侧的上部设置有控温槽放气口，控温槽11从第一侧至第二侧依次划分为第一控温槽、第二控温槽、第三控温槽和第四控温槽，第一控温槽被铁板分割为U型空间，第一电感线圈12环绕第一控温槽的铁板，电感线圈两极伸出第一控温槽连接交流电源线路，测温探头安装在第一控温槽出口处，其余电感线圈与测温探头安装方式相同。

管道组件包括第一气泵3、第二气泵10、第三气泵20、电磁换向阀21、氮气储存罐22、氮气发生器23、第一伺服阀24、第二伺服阀25、第三伺服阀26、第四伺服阀27、第五伺服阀28和通气管道30，第一气泵3接通预释放氮气退火炉2与冷凝槽进气口，第二气泵10接通冷凝槽放气口与控温槽进气口，第三气泵20接通电磁换向阀21，电磁换向阀21输出端连接预通氮气退火炉29与氮气储存罐22，第一伺服阀24接通氮气发生器23与第一控温槽下方，第二伺服阀25接通氮气发生器23与第二控温槽下方，第三伺服阀26接通氮气发生器23与第三控温槽下方，第四伺服阀27接通氮气发生器23与第四控温槽下方，第五伺服阀28接通氮气发生器23与冷凝槽进气口。

优选地，第三气泵20的功率高于第二气泵10，第二气泵10的功率高于第一气泵3。

优选的，在本实施例中，各个组件之间连接优先使用耐高温密封。

优选地，还包括电源和计算机系统，电源为整个装置进行供电，第一电感线圈12、第二电感线圈13、第三电感线圈14、第四电感线圈15、第一测温探头16、第二测温探头17、第三测温探头18和第四测温探头19分别与计算机系统通讯连接并受控于计算机系统。

优选地，本发明还提供一种用于退火炉氮气重复利用的控制方法，还包括以下步骤：

S1、装配并接通通气管道，启动第二气泵、第三气泵，将冷凝槽，控温槽抽至真空；

S2、关闭第二气泵、第三气泵，启动第一气泵，打开第五伺服阀；

S3、当冷凝槽内气压达到一标准大气压，冷凝槽的测压探头检测到气压，启动第二气泵与第三气泵；

S4、第一测温探头检测温度，返回计算机系统进行判断，根据比较结果判断第一伺服阀与第一电感线圈通断；

S41、当T1温度处于300-450℃温度区间时，保持第一电感线圈断开与第一伺服阀闭合；

S42、当T1温度高于450℃时，开启第一伺服阀保持第一电感线圈断开；

S43、当T1温度低于300℃时，闭合第一电感线圈保持第一伺服阀闭合；

S5、第二测温探头检测温度，返回计算机系统进行判断，根据比较结果判断第二伺服阀与第二电感线圈通断；

S51、当T2温度处于400-450℃温度区间时，保持第二电感线圈断开与第二伺服阀闭合；

S52、当T2温度高于450℃时，开启第二伺服阀保持第二电感线圈断开；

S53、当T2温度低于400℃时，闭合第二电感线圈保持第二伺服阀闭合；

S6、第三测温探头检测温度，返回计算机系统进行判断，根据比较结果判断第三伺服阀与第三电感线圈通断；

S61、当T3温度高于450℃时，开启第三伺服阀保持第三电感线圈断开；

S62、当T3温度低于450℃时，闭合第三电感线圈保持第三伺服阀闭合；

S7、第四测温探头检测温度，返回计算机系统进行判断，根据比较结果判断第四伺服阀与第四电感线圈通断；

S71、当T4温度高于500℃时，开启第四伺服阀保持第四电感线圈断开；

S72、当T4温度低于500℃时，闭合第四电感线圈保持第四伺服阀闭合；

S8、根据工况，选择电磁换向阀档位，当有预通氮气退火炉等待通氮气时，接通预通氮气退火炉，当没有预通氮气退火炉时，接通氮气储存罐；

S9、工作结束，关闭所有伺服阀，断开所有电感线圈，打开放油螺栓，释放液态废油。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于退火炉氮气重复利用的装置，其特征在于：其包括退火炉组件、冷凝槽组件、控温槽组件和管道组件，

所述退火炉组件包括保温地基、预释放氮气退火炉以及预通氮气退火炉，所述预释放氮气退火炉与所述预通氮气退火炉均放置在所述保温地基内；

所述冷凝槽组件包括冷凝槽、密封板、放油螺栓、滤油网、气源过滤器以及测压探头，所述冷凝槽第一侧的上部设置有冷凝槽进气口，所述冷凝槽进气口处设置有直-曲环绕式分层下降结构，直-曲环绕式分层下降结构包括顶部的直边部分、多层弯曲部分以及底部部分；所述冷凝槽第一侧的下部设置有冷凝槽放油口，所述冷凝槽内部的中下部设置有冷凝槽过气口，所述冷凝槽第二侧的上部设置有冷凝槽放气口，所述密封板安装在所述冷凝槽进气口处，所述放油螺栓安装在所述冷凝槽放油口处，所述气源过滤器紧压所述滤油网安装在所述冷凝槽过气口处，所述测压探头安装在所述冷凝槽放气口处；

所述控温槽组件包括控温槽、第一测温探头、第二测温探头、第三测温探头、第四测温探头、第一电感线圈、第二电感线圈、第三电感线圈以及第四电感线圈，所述控温槽第一侧的上部设置有控温槽进气口，所述控温槽第二侧的上部设置有控温槽放气口，所述控温槽从第一侧至第二侧依次划分为第一控温槽、第二控温槽、第三控温槽和第四控温槽，第一测温探头、第二测温探头、第三测温探头和第四测温探头分别设置在第一控温槽、第二控温槽、第三控温槽和第四控温槽内部，所述第一控温槽被分隔板分割为U型空间，所述第一电感线圈环绕所述第一控温槽的分隔板，所述第一电感线圈两极伸出所述第一控温槽连接交流电源线路，所述测温探头安装在所述第一控温槽出口处，第二电感线圈、第三电感线圈和第四电感线圈以及第二测温探头、第三测温探头和第四测温探头的安装方式均与第一电感线圈和第一测温探头相同；

所述管道组件包括第一气泵、第二气泵、第三气泵、电磁换向阀、氮气储存罐、氮气发生器、第一伺服阀、第二伺服阀、第三伺服阀、第四伺服阀、第五伺服阀以及通气管道，所述第一气泵接通所述预释放氮气退火炉与所述冷凝槽进气口，所述第二气泵接通所述冷凝槽放气口与所述控温槽进气口，所述第三气泵接通所述电磁换向阀，所述电磁换向阀输出端连接所述预通氮气退火炉与所述氮气储存罐，所述第一伺服阀接通所述氮气发生器与所述第一控温槽下方，所述第二伺服阀接通所述氮气发生器与所述第二控温槽下方，所述第三伺服阀接通所述氮气发生器与所述第三控温槽下方，所述第四伺服阀接通所述氮气发生器与所述第四控温槽下方，所述第五伺服阀接通所述氮气发生器与所述冷凝槽进气口；

工作时，预释放氮气退火炉释放的废气，首先通入冷凝槽，在冷凝槽中经过直-曲环绕式的分层下降结构，使废气中的杂质充分冷凝并且集中在冷凝槽中，之后经过过滤网与气源过滤器得到纯净的氮气，然后通入控温槽，在控温槽中的第一控温槽与第二控温槽进行快速升温，在第三控温槽与第四控温槽进行智能监控调节，实现精密控温，排出的纯净氮气直接满足退火要求，电磁换向阀控制氮气通向预通氮气退火炉或氮气储存器。

2.根据权利要求1所述的用于退火炉氮气重复利用的装置，其特征在于：所述第三气泵的功率、所述第二气泵的功率以及所述第一气泵的功率依次减小。

3.根据权利要求1所述的用于退火炉氮气重复利用的装置，其特征在于：还包括电源和计算机系统，所述电源为整个装置进行供电，所述第一电感线圈、所述第二电感线圈、所述第三电感线圈、所述第四电感线圈、所述第一测温探头、所述第二测温探头、所述第三测温探头和所述第四测温探头分别与所述计算机系统通讯连接并受控于所述计算机系统。

4.根据权利要求1所述的用于退火炉氮气重复利用的装置，其特征在于：所述直-曲环绕式分层下降结构的顶部的直边部分、多层弯曲部分以及底部部分的直径依次减小。

5.根据权利要求1所述的用于退火炉氮气重复利用的装置，其特征在于：本装置的各个组件之间连接优先使用耐高温密封。

6.一种基于权利要求1所述的用于退火炉氮气重复利用的装置的用于退火炉氮气重复利用的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S1、安装并接通通气管道，启动第二气泵和第三气泵，并将冷凝槽和控温槽抽至真空；

S2、关闭第二气泵和第三气泵，启动第一气泵，并打开第五伺服阀；

S3、当冷凝槽内气压达到一标准大气压时，冷凝槽的测压探头检测到气压，启动第二气泵与第三气泵；

S4、第一测温探头检测温度获取实时温度T1返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第一伺服阀与第一电感线圈的通断，具体判断过程如下：

S41、当实时温度T1温度处于300-450℃温度区间时，保持第一电感线圈断开，并使第一伺服阀闭合；

S42、当实时温度T1温度高于450℃时，开启第一伺服阀，并保持第一电感线圈断开；

S43、当实时温度T1温度低于300℃时，闭合第一电感线圈，并保持第一伺服阀闭合；

S5、第二测温探头检测温度获取实时温度T2返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第二伺服阀与第二电感线圈的通断，具体判断过程如下：

S51、当实时温度T2温度处于400-450℃温度区间时，保持第二电感线圈断开，并使第二伺服阀闭合；

S52、当实时温度T2温度高于450℃时，开启第二伺服阀，并保持第二电感线圈断开；

S53、当实时温度T2温度低于400℃时，闭合第二电感线圈，并保持第二伺服阀闭合；

S6、第三测温探头检测温度获取实时温度T3返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第三伺服阀与第三电感线圈通断，具体判断过程如下：

S61、当实时温度T3温度高于450℃时，开启第三伺服阀，并保持第三电感线圈断开；

S62、当实时温度T3温度低于450℃时，闭合第三电感线圈，并保持第三伺服阀闭合；

S7、第四测温探头检测温度获取实时温度T4返回计算机系统并进行比较判断，根据比较判断结果控制第四伺服阀与第四电感线圈通断，具体判断过程如下：

S71、当实时温度T4温度高于500℃时，开启第四伺服阀，并保持第四电感线圈断开；

S72、当实时温度T4温度低于500℃时，闭合第四电感线圈，并保持第四伺服阀闭合；

S8、根据工况，选择电磁换向阀档位，当有预通氮气退火炉等待通氮气时，接通预通氮气退火炉，当没有预通氮气退火炉时，接通氮气储存罐；

S9、工作结束，关闭所有伺服阀，断开所有电感线圈，打开放油螺栓，释放液态废油。

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