CN116356224A - 一种有色金属局部退火设备及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种有色金属局部退火设备及控制方法，其中局部退火设备包括：炉体，所述炉体内设有热风循环气道、加热器和风机；热风循环气道包括上循环气道、下循环气道、加热腔室和风机室；加热器设于加热腔室内，风机设于风机室内；盛具，设于上循环气道内且靠近炉盖设置，盛具为使气流进出的格栅结构；炉盖，盖于炉体上，与盛具之间通过高度调节机构连接，且炉盖上设有用于穿过工件的多个插孔，工件的一部分穿过炉盖进入盛具内，在加热器和风机的作用下进行局部退火。本发明还包括一种有色金属局部退火设备的控制方法。本发明可保证仪表控温精度达到±1℃，炉内控温精度达到±5℃；而且采用空气加热，避免了环境污染和加热后可能存在的斑点等质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种局部退火设备，特别是一种有色金属局部退火设备及控制方法。
背景技术
目前热处理行业中局部退火所使用的设备主要为硝盐炉，其具体采用亚硝酸钠与硝酸钾1:1混合作为加热介质，由于工件始终处于盐液内加热，因此具有加热速度快、温度均匀的优点，同时工件出炉时表面会附有一层盐膜，起到了防止工件表面氧化和脱碳的效果。但是硝盐炉具有高污染、高损耗、有腐蚀性等缺点，会对操作人员的身体造成损害。
现有除了硝盐炉这种类型的局部退火设备以外，还有感应加热式的局部退火设备，即采用夹具夹持工件进行局部退火，当有多个工件时，需要多个夹具同时夹持各工件，并通过传送链条对夹具板进行驱动，从而带动工件移动，直至工件按照设计速度进入感应器来进行局部退火。然而这种退火方式具备以下缺陷：(1)要想对工件进行局部加热退火，主要是采用夹具夹持，一旦同时对多个工件进行退火，那就需要设置多个工件，另外还要设置驱动链条驱动，不仅导致结构复杂，成本提高，而且占地面积大；(2)采用感应器进行退火，一方面感应器加热属于辐射热，会导致加热不均匀；另一方面，在局部退火时需要注意热传导的影响，因此对感应器的设计非常关键，如果处理不好，就会造成工件整体退火报废。
再者，其他的退火炉均是将有色金属置于炉体内进行整体退火，并不是局部退火，因此与本发明的技术构思不同。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种结构简单，成本低，退火效率高的有色金属局部退火设备及控制方法。
本发明的技术方案是：
本发明之一种有色金属局部退火设备，包括：
炉体，所述炉体内设有热风循环气道、加热器和风机；所述热风循环气道包括上循环气道、下循环气道、加热腔室和风机室；所述加热器设于加热腔室内，所述风机设于风机室内；
盛具，设于所述上循环气道内且靠近炉盖设置，盛具为使气流进出的格栅结构；
炉盖，盖于炉体上，与盛具之间通过高度调节机构连接，且炉盖上设有用于穿过工件的多个插孔，工件的一部分穿过炉盖进入盛具内，在加热器和风机的作用下进行局部退火；
控制系统，用于对加热器进行温度调节，以及对风机进行风量调节。
进一步，所述盛具设计为通用型，炉盖的插孔尺寸与工件的尺寸相适配，使用时盛具跟相匹配的炉盖组合，进行不同工件的局部退火。
进一步，所述加热腔室设于上循环气道和下循环气道之间，风机室设于一侧，上循环气道的尺寸大于下循环气道，且上循环气道与盛具之间设有导向板，导向板沿上循环气道向盛具的底面倾斜。
进一步，所述加热器包括设于盛具正下方的横向管式加热器和设于加热腔室两侧面的侧面管式加热器；所述侧面管式加热器距离盛具底面的垂直高度小于横向管式加热器距离盛具底面的垂直高度。
进一步，所述风机为高温风机，包括风轮，风轮经电机轴连接电机，风轮设于风机室的上部，与上循环气道同水平方向设置；电机设于炉体外，电机轴的长度不小于200mm。
进一步，所述炉体、热风循环气道、盛具及炉盖全部选用Cr25Ni20-3105耐热不锈钢。
进一步，所述盛具为料框，料框的侧壁和底面均为格栅结构，工件的上部分暴露于炉盖外部，下部分则伸入料框内，使得炉盖与料框配合所形成的腔体高度小于工件的高度。
本发明之一种有色金属局部退火设备的控制方法，包括以下步骤：
S1：设置工艺参数及加热曲线；
S2：开启风机，调节至目标风量；
S3：根据工件型号选择与工件适配的炉盖，安装至炉体上；
S4：开启加热器，由控制系统根据加热器的设定目标温度与实际加热温度的温差进行自动计算，输出不同运行时间段内的加热输出功率控制信号，进行温度调节；
S5：待达到目标温度后，将工件经炉盖上的插孔插入盛具内，在风机的作用下，是热风循环进入盛具内对工件进行局部退火；
S6：完成退火，出炉。
进一步，步骤S4中，当设定温度与实际加热温度的温差大于10～30℃时，输出加热控制功率为80％-100％；当温差小于10～30℃时，输出加热控制功率为0-30％。
进一步，步骤S5中，热风循环时，热空气从下循环气道流动，经风机进入上循环气道，上循环气道的热空气在导向板作用下从盛具的侧面和底面进入盛具内腔对工件进行局部退火，并经过加热腔室再次进入下循环气道，如此循环。
本发明的有益效果：
(1)通过将盛具与炉盖相结合，将料框设计为通用型，适用于所有工件的局部退火，使用时只需跟相匹配的炉盖组合，炉盖上的插孔形状可根据不同的工件进行设计，大大提高适用广泛性，且能够实现局部退火；而且这种设计结构简单，不需要设置驱动链条带动工件移动，也不需要多个夹具来夹持工件，大大减小占地面积，降低成本；
(2)通过将盛具的侧面和底面设计成格栅结构，能够使热风沿格栅进入盛具内对工件进行局部退火，大大提高退火效率；盛具与炉盖之间设置高度调节机构，能够适用于不同工件的局部退火，并且能够很大程度上减少热量向上散发而造成的损耗；
(3)通过设置热风循环气道，不仅提高了结构的紧凑性；而且能够进行强对流循环，大大提高局部退火的效率；以及在上循环气道两侧设置导向板，能够使气流在导向板的导向作用下强制进入盛具内，进一步提高退火效率，并且相对于现有采用感应器加热而言，能够保证工件受热的均匀性；
(4)通过对风机进行设计，能够保证电机在热传递下不会损坏，而且风机轴设计成加长结构，可便于散热，防止传入电机温度过高，从而大大提高风机的使用寿命；
(5)本发明的控制方法，可保证仪表控温精度达到±1℃，炉内控温精度达到±5℃；而且采用空气加热，避免了环境污染和加热后可能存在的斑点等质量问题；产能提升50％，升温阶段的加热成本降低46.4％，工艺参数更加精准可控，质量控制更加完善。
附图说明
图1是本发明实施例的炉体结构示意图；
图2是本发明实施例的热风循环示意图；
图3是本发明实施例盛具与炉盖配合的结构示意图；
图4是本发明实施例加热器的管式结构示意图；
图5是本发明实施例夹芯复合隔温层的结构示意图；
图6是本发明实施例加热器与风机的控制系统部分原理图。
附图标识说明：
1.炉体；2.炉盖；3.盛具；4.热风循环气道；5.加热器；6.风机；7.高度调节机构；8.工件；9.导向板；10.夹芯复合隔温层；21.插孔；41.上循环气道；42.下循环气道；43.加热腔室；44.风机室；45.上排风口；46.下吸风口；71.支撑杆；72.螺杆；73.调节螺母；74.锁紧螺母；101.多晶莫来石纤维板；102.硅酸铝纤维毡。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1～图3所示：一种有色金属局部退火设备，包括炉体1、炉盖2、盛具3和控制系统。其中，炉体内设有热风循环气道4、加热器5和风机6；盛具2设于所述热风循环气道4内且靠近炉盖2设置，盛具3为使气流进出的格栅结构；炉盖2盖于炉体1上，与盛具3之间通过高度调节机构7连接，且炉盖2上设有用于穿过工件的多个插孔21，工件8的一部分穿过炉盖2进入盛具3内，在加热器5和风机6的作用下进行局部退火；控制系统用于对加热器进行温度调节，以及对风机进行风量调节。
具体地，本实施例中，炉体、热风循环气道、格栅式盛具及炉盖全部选用Cr25Ni20-3105耐热不锈钢，通过激光切割成预定尺寸后，用3105耐热不锈钢高温焊条焊接成型。由于3105耐热不锈钢具有抗氧化性好、高温强度高、尺寸稳定性好、可长期在1100℃工作，因此有效地避免了工作中产生的加热变形，使设备具有更长的使用寿命，预计主体结构的使用寿命最少可达20年以上。
本实施例中，热风循环气道4包括相互连通的上循环气道41、下循环气道42、加热腔室43和风机室44，加热腔室43设于上循环气道41和下循环气道42之间，风机室44设于一侧，盛具3设于上循环气道41内，风机6设于风机室44的上部，与上循环气道41同水平方向设置。上循环气道侧设有上排风口45，下循环气道侧设有下吸风口46，上排风口与下吸风口均与外界连通。其中，上循环气道的空间尺寸大于下循环气道的空间尺寸，以便于在上循环气道内安装盛具。热风循环气道的具体结构为：上循环气道、下循环气道与风机室之间形成朝一侧开口的U字型，开口的空间则设计为加热腔室。本发明通过对炉体进行热风循环设计，一方面，能够大大提高结构的紧凑性，即通过对加热器、风机和盛具的位置布置，能够充分利用气道空间，节约炉体体积；另一方面，通过风机对热风进行强对流循环，大大提高工件的局部退火效率；而且从下部进风、上部出风，气流从底部向上部流动，再经过盛具向加热器方向流动，之后再进入底部，如此循环，能够大大提高热风循环效果，且热风进入盛具内使工件受热均匀，不会直接受到加热器的辐射，大大提高均温性。
另外，上循环气道41与盛具3之间设有导向板9，导向板9沿上循环气道41向盛具3的底面倾斜，能够使热风在导向板9的导向作用下快速进入盛具3内，而且绝大部分气流从盛具强制通过，大大提高工件的局部退火效率。具体地，导向板9的倾斜角度为60°。
本实施例中，风机6包括风轮、电机及加长电机轴，全部使用3105耐热不锈钢，以提高其使用寿命。风轮设于风机室内，电机设于炉体外；电机轴加长至240mm以便于散热，防止传入电机温度过高。电机采用耐高温型包线绕制，并采用铝制外壳以利于散热。风机功率为1.5KW，排气量为2800m/h，风压最高可达1140Pa，完全能够满足生产要求。
本实施例中，加热器5包括设于盛具正下方的横向管式加热器和设于加热腔室两侧面的侧面管式加热器。如图4所示：本实施例的管式加热器主要由12个3KW的加热管组成，加热管的管体采用耐热钛合金制作，内部加热元件采用进口HRE-1400℃耐高温电热丝绕制而成，具有加热迅速、能耗低、使用寿命长等优点。加热管均匀分布并紧贴固定在炉体内部的耐热钢板上，能够使加热管产生的热量迅速、均匀地传导到炉体板面及炉体内空间上，并在强对流空气的循环作用下，有效地防止了加热管过热，提高了使用寿命，并使炉温均匀。具体地，本实施例的12个加热管的分布为：侧面管式加热器的加热管有2～4个，横向管式加热器的加热管有4～8个；且侧面管式加热器距离盛具底面的垂直高度小于横向管式加热器距离盛具底面的垂直高度，即横向管式加热器更靠近盛具设置，能够使工件正向受热更均匀。
如图5所示：本实施例中，热风循环气道的外部与炉体1的炉壳之间设有夹芯复合隔温层10，采用内外两面铺设多晶莫来石纤维板101，中间填充高密度硅酸铝纤维毡102的铺设方式。多晶莫来石纤维板具有较高的阻热性，硅酸铝纤维毡具有一定的蓄热性及较低的热传导性，采用复合式结构铺设后，其保温性能比耐火砖要高2倍以上，有效降低了热损耗。
如图3所示：本实施例中，盛具3为料框，料框的侧壁和底面均为格栅结构，工件的上部分暴露于炉盖外部，下部分则伸入料框内，使得炉盖2与料框配合所形成的腔体高度小于工件的高度。炉盖2与料框之间通过高度调节机构7进行可拆卸式连接。其中，高度调节机构有四组，分别设于料框的四角位置。高度调节机构包括支撑杆71、螺杆72、调节螺母73和锁紧螺母74，支撑杆71与料框的四角处的竖杆进行连接，又或者直接将料框四角处的竖杆延伸出，形成支撑杆，螺杆套入支撑杆内，能够在支撑杆内上下移动，通过调节螺母锁紧；炉盖在与螺杆相对应的位置设有连接孔，当炉盖2的连接孔插入螺杆72后，通过锁紧螺母74紧固。通过设置高度调节机构，既能够适配于不同工件的高度尺寸，满足不同工件的局部退火；又能够很大程度上减少热量向上散发而造成的损耗。
本实施例中，当需要更换不同的工件时，只需更换不同插孔的炉盖即可，也即料框为通用型，可适用于所有工件的局部退火，使用时只需跟相匹配的炉盖组合，炉盖上的插孔形状可根据不同的工件进行设计。
如图6所示：本实施例中，控制系统包括控温仪、变频器和周波控制器。其中温控仪具备编制加热工艺曲线、超温报警、加热防俯冲、PID自动运算和控制输出功能，能够根据设定温度及实际加热温度的温差进行自动计算，输出不同运行时间内的加热输出功率控制信号(如:开始工作时，由于设定温度与实际加热温度的温差较大，输出加热控制功率为80％-100％，温差小时输出为0-30％)，使加热控制更加精准，有效地减少了温度波动。周波控制器用于根据控温仪的输出控制信号大小，相应的通过可控硅控制输出电流大小，开启度可在0-100％任意调节，使加热控温更加精准，不但减少了对电网的干扰冲击，并能进行过流短路保护。所述变频器用于调节风机的速度，采用施耐德ATV系列，调节范围20-60HZ，风机速度调节范围广。
本实施例有色金属局部退火设备的控制方法，包括以下步骤：
S101：设置工艺参数及加热曲线。
具体地，工艺参数包括但不限于加热目标温度，加热速率、风机速度等；加热曲线在加热过程中根据加热温度形成一条加热曲线，以便于观看整个过程的温度变化，并有利于后期的温度优化与调整。
S102：开启风机，调节至目标风量。
具体地，先开启风机，根据设定的风机速度，变频器控制风机按设定速度进行运转。本发明通过先开启风机，可便于进行热风循环气道的测试与风量调节，通过最优风量与气道的配合，进行强对流空气循环。
S103：根据工件型号选择与工件适配的炉盖，安装至炉体上。
具体地，由于盛具本身就置于炉体内，工件的选配主要在于炉盖的匹配，通过选择不同插孔尺寸的炉盖，则适配于不同型号的工件，并通过高度调节机构调节炉盖与料框之间的间距，以按照工件需要局部退火的高度尺寸来进行退火。
S104：开启加热器，由控制系统根据加热器的设定目标温度与实际加热温度的温差进行自动计算，输出不同运行时间段内的加热输出功率控制信号，进行温度调节。
具体地，工件的下部分进入料框内后，开启加热器，控温仪根据设定温度及实际加热温度的温差进行自动计算，输出不同运行时间内的加热输出功率控制信号，当设定温度与实际加热温度的温差大于10℃时，输出加热控制功率为80％-100％；当温差小于10℃时，输出加热控制功率为0-30％。控温仪将加热输出功率控制信号发送给周波控制器，通过周波控制器的可控硅控制输出加热器的电流大小，使加热控温更加精准。
S105：待达到目标温度后，将工件经炉盖上的插孔插入盛具内，在风机的作用下，是热风循环进入盛具内对工件进行局部退火。
具体地，热风从下循环气道流动，经风机进入上循环气道，上循环气道的热风在导向板的作用下进入料框内对工件进行局部退火，并经过加热腔室再次进入下循环气道，如此循环，实现工件的局部退火，产生的废气则通过上排风口排出。
S106：完成退火，保温后出炉。
可以说，本发明的有色金属局部退火设备，可保证仪表控温精度达到±1℃，炉内控温精度达到±5℃；且采用空气加热，避免了环境污染和加热后可能存在的斑点等质量问题；产能提升50％，升温阶段的加热成本降低46.4％，工艺参数更加精准可控，质量控制更加完善。而且本发明通过将盛具、炉盖结构与热风循环相结合，既能够简化结构、降低成本，减小占地面积，又能提高局部退火效率和退火品质，保证工件受热均匀。
Claims (10)
1.一种有色金属局部退火设备，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体内设有热风循环气道、加热器和风机；所述热风循环气道包括上循环气道、下循环气道、加热腔室和风机室；所述加热器设于加热腔室内，所述风机设于风机室内；
盛具，设于所述上循环气道内且靠近炉盖设置，盛具为使气流进出的格栅结构；
炉盖，盖于炉体上，与盛具之间通过高度调节机构连接，且炉盖上设有用于穿过工件的多个插孔，工件的一部分穿过炉盖进入盛具内，在加热器和风机的作用下进行局部退火；
控制系统，用于对加热器进行温度调节，以及对风机进行风量调节。
2.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述盛具设计为通用型，炉盖的插孔尺寸与工件的尺寸相适配，使用时盛具跟相匹配的炉盖组合，进行不同工件的局部退火。
3.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述加热腔室设于上循环气道和下循环气道之间，风机室设于一侧，上循环气道的尺寸大于下循环气道，且上循环气道与盛具之间设有导向板，导向板沿上循环气道向盛具的底面倾斜。
4.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述加热器包括设于盛具正下方的横向管式加热器和设于加热腔室两侧面的侧面管式加热器；所述侧面管式加热器距离盛具底面的垂直高度小于横向管式加热器距离盛具底面的垂直高度。
5.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述风机为高温风机，包括风轮，风轮经电机轴连接电机，风轮设于风机室的上部，与上循环气道同水平方向设置；电机设于炉体外，电机轴的长度不小于200mm。
6.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述炉体、热风循环气道、盛具及炉盖全部选用Cr25Ni20-3105耐热不锈钢。
7.根据权利要求1所述的有色金属局部退火设备，其特征在于，所述盛具为料框，料框的侧壁和底面均为格栅结构，工件的上部分暴露于炉盖外部，下部分则伸入料框内，使得炉盖与料框配合所形成的腔体高度小于工件的高度。
8.一种有色金属局部退火设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置工艺参数及加热曲线；
S2：开启风机，调节至目标风量；
S3：根据工件型号选择与工件适配的炉盖，安装至炉体上；
S4：开启加热器，由控制系统根据加热器的设定目标温度与实际加热温度的温差进行自动计算，输出不同运行时间段内的加热输出功率控制信号，进行温度调节；
S5：待达到目标温度后，将工件经炉盖上的插孔插入盛具内，在风机的作用下，是热风循环进入盛具内对工件进行局部退火；
S6：完成退火，出炉。
9.根据权利要求8所述有色金属局部退火设备的控制方法，其特征在于，步骤S4中，当设定温度与实际加热温度的温差大于10～30℃时，输出加热控制功率为80％-100％；
当温差小于10～30℃时，输出加热控制功率为0-30％。
10.根据权利要求8所述有色金属局部退火设备的控制方法，其特征在于，步骤S5中，热风循环时，热空气从下循环气道流动，经风机进入上循环气道，上循环气道的热空气在导向板作用下从盛具的侧面和底面进入盛具内腔对工件进行局部退火，并经过加热腔室再次进入下循环气道，如此循环。
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|---|---|---|---|
| CN202310352127.9A CN116356224A (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种有色金属局部退火设备及控制方法 |
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|---|---|
| CN116356224A true CN116356224A (zh) | 2023-06-30 |
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ID=86921308
Family Applications (1)
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| CN202310352127.9A Pending CN116356224A (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种有色金属局部退火设备及控制方法 |
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2023
- 2023-04-04 CN CN202310352127.9A patent/CN116356224A/zh active Pending
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