CN1240269A

CN1240269A - 使用u型工车的热加工连续炉流水线装置

Info

Publication number: CN1240269A
Application number: CN 98102715
Authority: CN
Inventors: 侯伯文
Original assignee: Individual
Current assignee: Aupu Art Glass (shenzhen) Co Ltd
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: CN100441994C

Abstract

一热加工连续炉流水线装置,其特征是,该流水线装置包括有设置了窄壁的热处理炉1和U型构造的工车2,窄壁和工车的垂直壁的隔开作用使流水线装置被分成一个个相对独立的热处理室,各热处理室可实行独自的热加工温度和条件分布对工件进行热加工,使整个热处理炉1的温度沿炉长方向呈等宽梯形变化,相邻阶梯的温差可以很大,本发明的流水线装置可实现复杂的热加工工艺要求,而且装置占地小,以及具有节能和环保等优点。

Description

使用U型工车的热加工连续炉流水线装置

本发明涉及工业上的热加工领域，特别是关于热加工连续炉流水线装置。

目前的热加工炉流水线装置中，通常由固定的热加工炉和由运动的放工件的工车或放工件的传送带构成。通常的热加工炉，其内腔是一个贯通的长形的炉体空腔，在炉体内腔的侧壁上或顶上安装着加热源：电加热器、或燃料加热器等，必要时还安装着耐热风扇和通风风口等局部降温或均温装置。为了实现热加工或带热加工工艺的流水线连续作业方式，一种方法是把要热加工的工件放在耐高温材料的工车上，工车被连续不断地步进式或连续式推进，穿过热加工炉；另一种方法，则把工件直接放在耐高温材料的传送带上，由传送带带动工件穿过热加工炉。为了实现热加工工艺要求，加热源的分布，在炉体空腔的进口和出口之间形成了温度连续变化的热加工环境，配合工件在炉内的传送速度，既实现工件的热加工工艺要求，又达到流水线式高产量、高质量、高节能的生产方式。如上所说，工件从热加工炉的一端进入，从炉的另一端出来，连续地流水式地完成工件的热加工作业，下文称这种装置“热加工连续炉流水线装置”，简称“连续炉”。

由于这种通常使用的连续炉的内腔是连续的无间隔的构造，炉内温度沿炉长方向(即工件运动方向)成平滑曲线连续变化，既然，当加工工艺确定后，连续炉内的温差越大，则其炉长就会越长。特别是当工件的形状沿炉长方向(或沿运动方向)的尺寸很长时，则连续炉的长度就会长到无法被采纳的地步；以至于在选择设计方案时，不得不放弃采用连续炉流水线方案，而改用一个个独立加热炉进行非流水线热加工的方案，丧失了采用连续炉流水线时的高产量、高质量、高节能的优点。由于生产上的实际需要，温差大的温度分布阶梯式变化的连续炉在热加工领域中是十分需要的。

因此，本发明的目的在于提出一种热加工领域中的在连续炉流水线工作方式的前提下，实现炉内温度沿炉长方向呈阶梯形变化的热加工要求的炉结构和相应的工车结构，具体地说，本发明的配套结构要实现：

炉内温度沿炉长方向呈等宽阶梯形变化，相邻阶梯的温差可以很大，

每段温度阶梯区都是一个相对独立的封闭炉腔，因而，每段阶梯的温度可以独立控制(每段有各自的温度连续变化曲线)，

在某些相对独立的封闭炉腔内，可以实现气体环境加工或保护工艺，

在同等工件长度(沿运动方向)、同等热加工(处理)工艺要求的前提下，使连续炉的长度大大减小，因而，使大、特大、长或特长工件的流水线式连续炉的设计成为可能，

在流水线式炉体的进出口两端可以安装炉门装置--实现全封闭设计，达到节能和环保(容易将加热中产生的废气收集处理)的新指标。

本发明的解决方案是，设置有窄壁的热处理炉1和垂直壁的U型工车2，具体地说，按被热加工零件的长度和所需要的热处理工艺(温度和时间)要求，将热加工(处理)连续炉的内腔，沿流水线运动方向划分成一段一段的等长度的工位区段P_i，每相邻两工位区段之间，以及连续炉的两端口与室温之间，被耐火材料的横向隔断(梁或隔墙)即窄壁Q_i相隔开，其中i是满足1≤i≤n的正整数，n是热处理区域的个数(正整数)，即所述热处理炉的内腔有n个热处理区域和n+1个窄壁(包括了连续炉两端口的窄壁)，n最小是1，这是一种特例，在每一热处理区域P_i，设立独立的热处理温控装置，而每一窄壁区域Q_i，不设置热处理温控装置；

上述U型工车2的形状是在工车运动方向的两端设置有与工车运动方向垂直的垂直壁，使工车成为U型工车；

每一U型工车2的长度即车身长A和连接部长度B与热处理炉1的内腔的一热处理区域P_i和一窄壁Q_i的长度之和相等(A+B＝P_i+Q_i)；

对于U型工车2在热处理炉1中的每一步进的停车位置，是使车身长A设置在两窄壁的中心线之间，其U型垂直壁的位置正好与热处理炉1的一个热处理区域P_i的前后两个窄壁Q_i和Q_i+1相对应，使U型工车2的空间与热处理区域P_i形成一个一个独立的热处理室；

U型工车2的垂直壁与热处理炉的内腔之间仅有为工车前进必不可少的运动间隙W。

所谓“必不可少”是指此运动间隙不可过大，否则会影响其隔热作用。当然，横向隔断的窄壁Q_i和U型工车的垂直壁的厚度尺寸是隔热作用的另一要素，工车2在步进式推进中的每一节拍工步的停车位置，刚好是U型工车车身停在前后两个相邻窄壁的中心线之间，其＝垂直壁与相对应的窄壁相配合，使热处理区域P_i和工车车斗空间形成一个独立的热处理室，从而使整条连续炉分割成为一连串的，独立间隔的热处理室结构。这种独立的热处理室结构使相邻的工位区段之间的温度关联及影响很小，因而相邻工位区段温差可以很大，因此，只需按照加工工艺要求在每个独立的炉室内，装置独立的温控装置(升温或保温的加热部件，风扇和风口等降温或均温装置等)，即可以实现炉内温度沿炉长方向呈等宽阶梯形变化。同时，在连续炉进出口两端的炉室还可以安装炉门装置，可以进一步提高连续炉的整体密闭性，达到节能的新指标。此外，在某些炉室内，因上述封闭特性，还可以按工艺要求采用气化或入气方法，实现气体环境加工或气体保护加工。另外，因为独立炉室的封闭性，在必要时还可以将加热中产生的废气用管道排出收集处理，实现环保。这样，就从各个方面实现了本发明的目的。

本发明利用如下附图作进一步详细说明：

图1是先有技术的连续热处理炉流水线说明图；

图2是先有技术图1所示的连续热处理炉流水线的横断面说明图；

图3是本发明连续热处理炉流水线装置的一个实施例，是设置了横向隔断的窄壁Q_i且Q_i向下向内突起，工车2带车轮和在炉内轨道上行走的垂直剖面说明图；

图4是本发明连续热处理炉流水线装置的第二个实施例，是横向隔断的窄壁Q_i向下向内突起，工车2是在传送带上行走的垂直剖面说明图；

图5是本发明连续热处理炉流水线装置的第三个实施例，没有横梁式横向隔断的窄壁Q_i(无向下突起)，工车2的U型垂直壁一直向上至炉顶，但是横向隔断的窄壁Q_i以隔墙方式横向隔断，同样形成独立的热加工室的说明图；

图6是本发明连续热处理炉流水线装置的工车2在每一工位时与热处理区域P_i的位置对应情况说明图；

图7是本发明连续热处理炉流水线装置的某一时刻的沿热处理区域P_i的温度分布的例子；

图8是本发明连续热处理炉流水线装置的某一热处理室的温度分布沿时间轴变化的说明图；

图9是本发明连续热处理炉流水线装置的沿热处理区域P_i和时间t的温度分布实施图例(三维图)；

图10是本发明连续热处理炉流水线装置的实施例的横断面的说明图；

图11是工车2的U型垂直壁的几种横断面结构的实施例说明图；

图12是工车2带有侧壁形成盆形工车的实施例说明图。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

参阅图1，图1是先有技术的热处理炉的流水线的说明图，图中，1是热加工处理炉，它的内腔是平滑结构，加热部件可安在内腔上部或侧部，工车2也是平的，上面有被热加工处理的工件，下面是传送带，传送带带着工车2从热处理炉1的一端入炉，从炉的另一端出炉，整个热处理过程完成。加热部件按热处理温度分布要求设置，但是因为出口和入口处为室温，故加热部件通常设置在连续炉的中段。热处理温度分布如炉上面的平滑曲线所示，温度不会有突变。

参阅图2，图2是图1中流水线热处理炉和工车的横断面说明图。从图2可以更清楚地看清热处理炉1和工车2的结构，热处理炉1是耐火材料制成，内腔平滑，其结构和工车2配合形成长长的口字形，中间无间断。工车2下面是(传送带或轮轨)传送机构，工车2上面载有被热处理的工件，加热部件电热丝设置在热处理炉1的侧壁。温度分布特点与图1相同。

参阅图3，图3是本发明的连续热处理炉流水线装置的一个实施例，和图1相比较，结构有很多不同：热处理炉1的内腔被分为一段一段，例如是从P₁，P₂，……P_i，……直到P_n的n个热处理区段，两相邻热处理区段之间设置有向下向内的窄壁Q_i将内腔一段一段隔开，i表示区段及窄壁的序数，i是大于或等于1的正整数，且1≤i≤n，n＝1是特例，即只有一个区段，此时中间虽无窄壁隔开，但出入口端有向下向内的窄壁，和U型工车组成加热室，加热部件根据需要而设置在热处理区段P_i处。此外，工车2的形状特别制成为沿运动方向有垂直壁的U型工车，即工车2的前后两端都有竖起的有一定厚度的垂直壁，使工车从断面看上去是U型，因此而起名：“U型工车”。工车2的垂直壁与热处理炉1的内腔之间有固定的运动间隙，此间隙越小保温特性越好，但机构的加工和装配精度和要求也越高，每一工车2的总长度和热处理炉内腔向下向内突起的窄壁的中心距离相等，而且，工车2两端的垂直壁的厚度也与热处理炉内腔的间隔窄壁的厚度相配合：从图中可以看出，当工车2在每次步进时的步进停车位置，刚好是前后两部工车的中分线对正炉内腔间隔窄壁Q_i的中线，此时工车2的垂直壁与炉内腔间隔窄壁Q特意地将热处理炉分隔成n个独立控温的热加工室。每个热处理室由于工车垂直壁和窄壁Q的隔热保温作用，当工车2停止步进的时间节拍内，相邻的热处理室的温度可以各自独立控制，而且相邻的热处理室的温差可以很大。这样，热加工流水线装置的设计就可以灵活很多，简单很多，经济很多。图中，工车2是带轮小车形式，在设计的轨道上行进。

参阅图4，图4与图3相比，只是工车2的传动机构不是带轮子的小车，而是由传送带传送，由于带轮工车和用传送带传送工车是本行业中普遍使用的两种方式，所以图4专门为此画出，作为本发明的第二个实施例，图中1是热处理炉，2是U型工车，图中画出了受热处理的工件在工车2上和在一个一个小热处理室里的情况，其他要素与图3中情况相同。

参阅图5，图6是本发明的又一个实施例，和图3、图4的实施例相比，它的炉内腔顶部没有横梁式横向隔断的窄壁Q_i(无向下突起)，工车2的U型垂直壁一直向上至炉顶，当然，电加热器等只能装在侧面，这时，在炉内腔的侧面设有向内的以隔墙方式的横向隔斩的窄壁Q_i，工车2仍采用U型工车，从而由U型工车2的垂直壁和炉顶及炉内腔左右侧壁的横向隔断的窄壁Qi同样形成一个一个的独立的热加工室，这同样实现与图3、图4同样的效果。图5是水平剖面说明图：

参阅图6，图中所示是为了说明本发明装置的热处理区域P_i和窄壁Q_i的尺寸与U型工车2的足寸的关系和在每一工位时的相对位置的位置关系。本发明的装置的炉的内腔被分为n个相等长度的热处理区域P₁……P_n，每个热处理区域Pi的长度是P，以及包括两端在内的Q₁，Q₂，……Q_i，……Q_n，Q_n+1个窄壁，除Q_i和Q_n+1的尺寸可独自另外设计外，从Q₂到Q_n的每个窄壁Q_i的长度是Q，炉的总长是Q₁+np+nQ+Q_n+1，从Q₂至Q_n的每一个窄壁的中心线到相邻的窄壁的中心线的长度是

U型工车2的长度都是一样的，它的长度可用车身长A和连接部B的和表示，即A+B，在本发明的装置所设计的工作位置，是P+Q＝A+B，而且，车身A应在两相邻的窄壁的中心线之间。因为工车2长度都是一样的，工车2的前后垂直壁的形状和厚度可能不同，可以根据具体情况确定，但一定是满足A+B＝P+Q，且车身A在＝相邻窄壁中心线之间就可以了，例如窄壁中心线正好与U型工车2连接部B的中心线重合，或正在落在连接部的中心线附近位置，就应是工车2与热处理区域P₁的工作位置的最佳选择。

例如任一热处理区域P_i是1.2米，窄壁Q_i是0.4米，U型工车2的车身长A是1.4米，连接部B长就是0.2米，工车2的车身长A中包括了两端的垂直壁的厚度，如果两端＝垂直壁的厚度总共是约0.2米的话，那么热处理区域P_i就正好能与U型工车的容积部分完全对应。本发明的流水线装置的每一工位，就是这种U型工车2的容积部分即装着被热加工工件的部分最大限度地与所对应的热处理区域P_i相对应，形成一个一个的相互隔开的热处理室。

工车连接部长度是B，它可以是上下套环加插杆式的连接(矿山多用)，8字式啮合连接等等皆可，主要说明工车2之间是有一连接部分，以清楚地说明U型工车2与各热处理区域P_i之间的相对位置关系。

工车2在炉内时与窄壁Q_i的间距用W表示，W的取值可根据成本效益的考虑和技术要求的考虑。W越小，制造要求越高，例如W可以取2厘米，或5厘米，甚至10厘米。这里的数字只是举的实施例的例子。W的值越大，越容易制作，但相邻区域的热隔离作用就越差。

参阅图7，图7是图3，图4和图5结构下可实现的热加工的温度分布的一个实施例。它的特点是，炉内温度沿n方向(工件运动方向)成阶梯形变化，每一个热处理室内有着较均匀的温度。图中所示是某一时刻的整个热加工连续炉流水线装置的沿n方向的温度分布。这种温度分布是可以随时间变化的。图中所示的实施例中有10个热处理室，此时刻的温度分布是第一室150℃，第二室400℃，第三室500℃，第四室200℃，第五室400℃，第六室300℃，第七室700℃，第八室150℃，第九室200℃，第十室100℃，第一室和第十室的外侧是室温。由于有窄壁的隔热作用，所以各室之间可实现各自的热加工温度，而且可以实现大温差的阶梯形变化的热加工要求。温度阶梯间用虚线上下连接，表示了窄壁和U型工车的垂直壁的隔热隔温作用。

参阅图8，图8是本发明的热加工的流水线装置的某一个热处理室，例如是第五室的热加工温度T和热加工条件随时间t的变化曲线(T-t分布)。例如该批被热加工的工件在每一工位(每一热处理室)内被处理30分钟，在第五热处理室中的30分钟，如图所示，第1-6分钟是室温从400℃增加到800℃，第7-12分钟内被充氮气(N₂)保护和加温，之后13-18分钟停止充氮降温至600℃，第19-24分钟，被进行抽出氮和在600℃温度保温，第25-30分钟停止抽N₂并降温至400℃。之后，工件移向下一个热处理室，再进入第五热处理室的工件仍被按图8所示温度和条件进行30分钟的热加工，不断按此反复，直至该批工件被处理完，再被安排新的T-t分布曲线。

每一个热处理室都可以有自己的T-t分布曲线，从而本流水线装置可实现复杂的热加工工艺要求，这在先有的炉中是无法做到的。

参阅图9，图9是一个三维图示，是将图7和图8的情况用一张图进行形象地说明，三个坐标轴中，垂直轴是温度T，两个水平轴，一个表示热处理室从第一个到最后一个，用n表示，图中n＝6，另一个水平轴是时间t，例如间隔是20分钟，即每经过20分钟，U型工车2前进一个工位，即行至下一个热处理室，这种流水线装置所能实现的热加工热处理工艺是前所未有的，是以前的流水线炉所不能想象的。被热加工的工件被从第一个热处理室开始，到从第6个热处理室被运出，用约120分钟的时间，还要考虑到工车2从一个工位前进到下一个工位所用的时间，以及在此段时间内，各热处理室的热加工温度和条件分布从终了回复至初始状态，对经过该室的工件，都给予同样的热加工处理，这样，经过了复杂的热加工程序，实现了预定的热加工目的。这里，热处理室的数目和被加工时间都是举例说明，实际情况要根据被加工物件和被热加工温度等条件要求而具体设定。

参阅图10，图10是本发明图3、图4实施例的横断面图，以进一步说明本发明的装置的结构，图中可以看出，和以前现有技术的炉结构相比，热处理炉1内腔多了窄壁的设置，工车2是U型工车，增加了垂直壁，加热部件可以设置在炉内腔的顶部或侧部，本图中，工车2用轮在轨道上前进。图中可以看出，本发明装置要求工件不得高于工车2的垂直壁，否则就不能通过，工件只能等于或低于工车2垂直壁的高度，这是设计发明装置时要考虑的因素之一。

参阅图11，图11是本发明的U型工车2的垂直壁的一些断面的形状，它不只可以是像墙一样的矩形(8-1)，它可以根据所处理的工作的特殊要求而制成各种形状，例如，可以是梯形(8-2)，阶梯形(8-3)，斜阶梯形(8-4)，有加强筋形(8-5)，T型(8-6)，大圆弧L(8-7)，转角处小圆弧形(8-8)，等等，可以根据需要而制成类似的形状，包括转角处的倒角、圆弧和过度线，或者增加加强筋。此外，工车2的垂直壁和放工件的工作平台可以用各种耐火材料，钢材，不锈钢，或耐火材料外部或内部榇以钢材制成。其热绝缘，耐热和机械强度等特性综合设计考虑。垂直壁部分可以靠自重放在工作平台上，或镶嵌在工作平台上，也可以与平台制成一件整体，只要工车2在运动方向的断面上具有垂直壁，且其高度高于或等于平台上的加工件，就都属于本发明。

参阅图12，图12是本发明流水线热处理装置的一个横断面图，图中，炉内腔有向下凸起的窄壁Q_i，但更特别的是，U型工车2的左右两侧也加了侧壁，使U型工车2成了盆形，它仍是U型工车的一种实施例。它的盆形设计特征是为了使得它容易堆放和多装散装工作，或者为了加强工车前后垂直壁的强度。

关于在整个热加工连续炉流水线装置的炉的两端的窄壁Q₁和Q_n+1，可以作为炉门一并设计者虑，它们可以更厚一些，或更薄一些，等等，还可以在炉门的外侧增设挡板，工车2前进时升起，不前进时即热加工时降下，使炉内高温不外泄或少外泄，提高燃料利用率。

本流水线热处理炉装置的加热方式，可以采用电加热(用电热丝、电热带、电热管、电热棒等)，远红外线加热，热气流热交换加热，也可用气体或液体燃料燃烧加热等。必要时还安装著风扇和风口等局部降温或均温装置。只要采用本发明所述的炉与U型工车的结构，就都属于本发明。

对于长的工件，可以设计长的工车和建造长的热处理区域P_i，当然，就成为一个专门处理长工件的热加工连续炉流水线装置，由于是流水线装置，就保留了流水线方式的一切优点。

本发明也适用于采用本发明所述的炉与U型工车的结构但只有一个热加工室，即只有一个区段的最简单的情形(下文称“单段特例”)，换言之，当只有一个区段时，此时炉体中间虽无窄壁隔开，但出入口端有向下向内的窄壁，和U型工车组成加热室。当然，采用许多个“单段特例”一个接一个地串在同一条流水线上，无论互相之间有无间隙间距，都属于本发明。

本发明所述的流水线热处理装置之中的U型工车，是一辆接一辆的U型工车串成流水线工车列，以步进式推进。其传动方式和结构无论是何种(车轮在轨道上，平台在转轴筒上，平台在传送带上，等)，都属于本发明。

本发明的实施，使复杂的热加工要求，剧烈温度变化的热加工要求的连续炉的流水线装置得以问世，为连续式热加工炉方面增添了新的选择，使工件的复杂的热加工要求在低成本下的连续炉流水线方式中得以实现。

Claims

1、一热加工连续炉流水线装置，用于工件的流水线式热处理热加工，其特征是，所述装置包括有带窄壁的热处理炉和有垂直壁的U型工车2，

上述热处理炉1的内腔划分为一段一段相等长度的热处理区域，P₁，P₂……P_i，……P_n，和每两相邻热处理区域(P_i与P_i+1或P_i-1)之间设置的窄壁Q2，Q3，……Q₁……Q_n，以及在热处理炉1两端的热处理区域与炉外间的窄壁Q₁，Q_n+1，其中，n是热处理区域的数目，是大于或等于1的正整数，(i是lin的正整数)，在每一热处理区域P_i，设置独立的热处理温控装置，而每一窄壁区域Q_i，不设置热处理温控装置；

上述U型工车2的形状是在工车运动方向的两端设置有与工车运动方向垂直的垂直壁，使工车成为U型工车

2、如权利要求1所述的热加工连续炉流水线装置，其每一U型工车2的长度即车身长A和连接部长度B与热处理炉1的内腔的一热处理区域P_i和一窄壁Q_i的长度之和相等，即(A+B＝P_i+Q₁)；

对于U型工车2在热处理炉1中的每一步进的停车位置，是使车身长A设置在两窄壁的中心线之间，其U型垂直壁的位置正好与热处理炉1的一个热处理区域P_i的前后两个窄壁Q_i和Q_i+1相对应，使U型工车2的空间与热处理区域P_i形成一个一个独立的热处理室，U型工车2的垂直壁与热处理炉的内腔之间仅有为工车前进必不可少的运动间隙W。

3、如权利要求1所述的热加工连续炉流水线装置，其热处理炉1的内腔的窄壁Q_i可主要用耐火材料建成，起隔热保温作用。

4、如权利要求1所述的热加工连续炉流水线装置，其热处理炉1内腔上设置的各窄壁结构，可以是从顶部向下凸出的结构形状，可以是顶部不向下凸出(平顶)只是二侧壁(或一侧壁)向内凸出的结构形状，或者是从顶部向下凸出及侧壁向内凸出的各种组合结构。

5、如权利要求1所述的热加工连续炉流水线装置，其位于炉体进出口两端的窄壁因属于炉体外壳，其厚度和结构和热处理炉1内腔的窄壁结构可以略有不同，但作用相同。

6、如权利要求1所述的热加工连续炉流水线装置，所述的U型工车的垂直壁的特征是，其断面形状可以是梯形、矩形、阶梯形、T形、L形、内部有圆弧的L形及其类似或组合形状，包括转角处的倒角、圆弧和过度线，或者增加加强筋结构。

7、如权利要求1或6所述的工车2可以是盆形结构。

8、如权利要求1所述的连续热处理炉流水线装置，其加热或温控方式可以是下一种或几种的组合：采用电加热(用电热丝、电热带、电热管、电热棒等)，远红外线加热，热气流热交换加热，气体或液体燃料燃烧加热等，必要时还安装风扇和风口等局部降温或绞拌均温装置。

9、如权利要求1或5所述，其工车2的垂直壁可以用以下各种材料的一种或几种组合：各种耐火材料、铸铁、钢材、不锈钢，或耐火材料的外部或内部榇以钢材制成。