CN112813237A - 一种管式炉等温热气淬火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管式炉等温热气淬火装置，涉及金属热处理技术领域。装置由不锈钢法兰盘、底托、冷却室和冷却气道组成，其中不锈钢法兰盘上设有进气通道、出气通道，底托安装在不锈钢法兰盘上，冷却室通过支架固定在底托表面。冷却室内分为淬火区与换热区，冷却气体经冷却气道对淬火区内试样进行快速降温后，在换热区充分换热后以紊流的形式排入炉体中。本发明采用的气淬法全程无表面氧化风险，通过调节气体流量、气体温度，可以满足不同热处理实验工艺的需要。且本发明实验成本低，安全性较高，便于改装维护，可应用于不同型号/管径的管式炉，无需对设备进行额外改造，大大改善了实验效率与可操作性。

Description

一种管式炉等温热气淬火装置
技术领域：
本发明涉及金属热处理技术领域，尤其是一种管式炉等温热气淬火装置。
背景技术：
奥氏体等温淬火是一种将奥氏体化后的钢冷却至马氏体转变温度(MS)以上充分保温，待完成奥氏体等温转变后进一步缓冷至室温的分级淬火工艺。通常情况下，这一淬火工艺需采用盐浴方式进行，不仅要在淬火前对熔盐进行保温，造成额外设备负担，且环境污染极大。通过高温惰性气体取代盐浴进行冷却、淬火，具有清洁高效的技术特点，无疑成为更加理想的快速淬火工艺。
中国专利CN 210085508 U公开了一种高压气淬盐浴等温淬火三室真空炉。该实用新型通过隔热门将炉体内部分为气淬室、加热室、盐浴室三个区域，热处理试样经水平传动系统可在三个区域内往返运动，实现高压气淬、等温淬火等不同热处理工艺。尽管该装备基本满足了等温淬火所需实验条件要求，气淬全程无氧化风险，但其构造复杂，气淬室与盐浴室功能部分重复，空间利用率低，尤其当热处理试样尺寸较小时，气淬所需气体流量大，产生额外经济、能源负担。
管式炉由于其控温精度高，保温效果好，操作简单等优点，成为当前高校实验室主要的金属热处理设备。然而，若采用气淬方式进行冷却，沿气体喷头形成的气体射流可能造成炉管局部冷却速率过高，存在安全隐患。同时，当前绝大部分实验室管式炉设计时并未预留气淬进气通道，改装成本过高。此外，考虑到管式炉主要依靠辐射传热对试样进行升温，通过气淬法对试样进行冷却时，还需考虑耐材所能承受的最高冷却强度及管式炉内热辐射对试样冷却的影响。
发明内容：
为解决上述技术及设备存在的问题，本发明提供了一种安全高效的管式炉等温热气淬火装置，具体技术方案如下：
本发明设计的装置为：包括不锈钢法兰盘、底托、冷却室与冷却气道；
所述不锈钢法兰盘上设有用于连通管式炉内外气体管路的进气通道、出气通道；所述底托安装在所述不锈钢法兰盘上，所述冷却室通过支架固定在底托表面。
进一步地，所述不锈钢法兰盘的尺寸与管式炉炉管相适应，通过螺纹或卡勾连接固定在炉管上，加热过程中保持炉管内气密性良好。
进一步地，所述进气通道在管式炉外侧设有气体流量调节阀，通过阀门与气体预热装置相连；所述出气通道在炉管外侧设有真空阀及气体流量调节阀，分别与真空泵及大气相连。
进一步地，气体预热装置可为管式炉提供稳定的惰性冷却气体，气体温度能够长期维持在25～600℃中的某一温度，全程温差不超过5℃。
进一步地，所述冷却气道与所述进气管间为螺纹连接。
进一步地，所述冷却室包括淬火区和换热区，其中换热区内设有格栅；气淬时冷却气体经冷却气道进入冷却室后，先对淬火区中试样进行冷却，随后在换热区内经充分换热后以紊流的形式排至管式炉内。
进一步地，所述底托材质为耐热石英或耐高温不锈钢，所述冷却室、冷却气道材质为耐高温不锈钢。
本发明提供的管式炉等温热气淬火装置具有以下有益效果：
(1)本发明设备简单，操作方便，易于维护，可应用于不同型号管式炉设备中，且无需对设备进行额外改造；同时气淬过程中冷却气体经充分换热后以紊流的形式排入炉膛内，不会产生指向管壁的气体射流，安全性较高。
(2)本发明设计的冷却室兼具冷却及换热的作用，在试样等温气淬的同时，隔绝冷却室外侧辐射换热对试样冷却的影响；通气冷却一段时间后，可适当降低冷却气体流量，节约实验成本并避免管式炉内加热体、耐材等耗材降温速度过快带来的风险。
(3)本发明所采用的等温热气淬火法气体消耗量小，并可通过调节气体流量、出口压力、气体温度等实验变量，对试样冷速进行调节，满足不同材料、不同热处理实验工艺的需要。
附图说明：
下面结合附图和具体实施例对本专利作进一步描述。
附图1为本发明一种管式炉等温热气淬火装置的结构示意图。
附图2为本发明一种管式炉等温热气淬火装置的实际应用效果示意图。
图中：1-不锈钢法兰盘，2-底托，3-冷却室，4-冷却气道，5-进气通道， 6-出气通道，7-支架，8-气体流量调节阀，9-真空阀，10-格栅，11-炉体，12-电加热体，13-炉管，14-导轨，15-底座，16-热处理试样。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面结合附图和一次具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如附图1所示，本发明为一种管式炉等温热气淬火装置，包括不锈钢法兰盘1、底托2、冷却室3、冷却气道4；
所述不锈钢法兰盘1上设有进气通道5、出气通道6；所述底托2安装在不锈钢法兰盘1上，所述冷却室3通过支架6固定在底托2表面。
所述不锈钢法兰盘1的尺寸与管式炉炉管相适应，通过卡勾固定在炉管上，加热过程中可保持炉管内气密性良好。
所述进气通道6在管式炉炉管外侧设有气体流量调节阀8，通过阀门与气体预热装置相连；所述出气通道6在管式炉炉管外侧设有气体流量调节阀8 与真空阀9，分别与大气、真空泵相连。
所述气体预热装置可为管式炉提供稳定的惰性冷却气氛，气体温度能够长期维持在25～600℃中的某一温度，全程温差不超过5℃。
所述氩气进气管4与所述进气通道5间连接方式为螺纹连接。
所述样品室3为两端开口的空心管，内部分为淬火区与换热区；其中换热区内设有格栅10，气淬时冷却气体经冷却气道4进入冷却室3后，先对淬火区中试样进行冷却，随后在换热区内经充分换热后以紊流的形式排至管式炉内。
所述底托2材质为耐热石英或耐高温不锈钢，所述样品室3及进气管4 材质为耐高温不锈钢。
如附图2所示，该实施例所用卧式管式炉由炉体11、电加热体12、炉管13、导轨14、底座15组成。所述不锈钢法兰盘1与管式炉炉管11间通过卡勾进行连接。管式炉炉体11可通过导轨14进行移动，以便对炉管13进行维护。
热处理过程中，热作模具钢试样16置于冷却室3中，加热前打开真空阀9对炉管抽真空，待真空度达到实验要求后关闭真空阀9，在加热过程中保持炉管内负压；通过数控加热装置控制电加热体12进行加热，当试样加热到奥氏体化温度1050℃保温15分钟后，打开进气通道5上气体流量调节阀8，向炉管内通入0.3MPa、260℃的氩气进行冷却，待冷却进行5分钟后降低氩气流量至 0.2MPa，等温冷却30分钟后取出试样16缓冷至室温。
相较于传统盐浴法，本发明采用的气淬法全程不存在氧化风险，冷却强度大，并可通过调节气体流量、气体温度，满足不同热处理实验工艺的需要。且本发明设计的冷却室兼具冷却及换热的作用，在试样等温气淬的同时，隔绝冷却室外侧辐射换热对试样冷却的影响；通气冷却一段时间后，可适当降低冷却气体流量，节约实验成本并避免炉管降温速度过快带来的风险，安全性较高。同时，本发明所提供的装置便于改装维护，可应用于不同型号/管径的管式炉，无需对设备进行额外改造，大大改善了实验效率与可操作性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围里。

Claims (7)

1.一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：包括不锈钢法兰盘(1)、底托(2)、冷却室(3)与冷却气道(4)；
所述不锈钢法兰盘(1)上设有用于连通炉管内外气体管路的进气通道(5)、出气通道(6)；所述底托固定在所述不锈钢法兰盘(1)上，所述冷却室(3)通过支架(7)固定在底托(2)表面。
2.根据权利要求1所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述不锈钢法兰盘(1)的尺寸与管式炉炉管相适应，通过螺纹或卡勾连接固定在炉管上，加热过程中保持炉管内气密性良好。
3.根据权利要求1所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述进气通道(5)在炉管外侧设有气体流量调节阀(8)，通过阀门与气体预热装置相连；所述出气通道(6)在炉管外侧同样设有气体流量调节阀(8)及真空阀(9)，通过分别与大气及真空泵相连。
4.根据权利要求3所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述气体预热装置可为管式炉提供稳定的惰性冷却气氛，气体温度能够长期维持在25～600℃中的某一温度，全程温差不超过5℃。
5.根据权利要求1所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述冷却气道(4)与所述进气通道(5)间为螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述冷却室(3)包括淬火区和换热区，其中换热区内设有格栅(10)；气淬时冷却气体经冷却气道(4)进入冷却室(3)后，先对淬火区中试样进行冷却，随后在换热区内经充分换热后以紊流的形式排至管式炉内。
7.根据权利要求1所述的一种管式炉等温热气淬火装置，其特征在于：所述底托(2)材质为耐热石英或耐高温不锈钢，所述冷却室(3)、冷却气道(4)材质为耐高温不锈钢。
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