CN1878878A - 用于对特别是金属工件进行热处理的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在高温下对特别是金属工件进行热处理的水平空气炉。该炉结构简单和易于操作，同时能够实现将热处理过的工件在隔绝包围炉的空气的情况下传输到淬火设备中。本发明提出了在高温下对特别是金属工件(11)进行热处理的水平空气炉，其具有优选地为圆筒形的炉室(2)以及把炉室(2)气密性地关闭的炉门(12)，其中该炉门(12)可移动地设置在形成为气密地关闭的闸门的门壳体(13)内。

Description

用于对特别是金属工件进行热处理的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种在高温条件下对特别是金属工件进行热处理的空气炉形式的设备。本发明还涉及在这种炉中对特别是金属工件进行热处理的方法。

背景技术

上述类型的炉迄今是以垂直的结构形式而作为所谓竖炉而使用的。但是竖炉的缺点是，金属工件热处理后，这些工件必须借助吊具从竖炉中被吊出并运送到设置在竖炉旁的淬火槽中。在该转移过程中，被热处理过的工件因为与环境气体的接触而不利地导致被热处理过的工件的氧化，其结果是导致了表面脱碳和由此带来的质量损失的后果。

为了克服上述缺点，现有技术中公开了具有集成的淬火槽的水平多室炉，这样热处理过程和淬火可以同样地在保护性的炉子气体下进行。但是这种多用途分室炉的缺点是淬火槽和炉子是直接彼此相关的，由此这种设备在以不同介质进行淬火的方面很不灵活。这个被集成在多用途分室炉中的淬火槽的使用率也只是非常低下，大多数情况下只有10％到20％，因为加热和热处理的周期时间通常是淬火周期时间的数倍。

为了达到提高淬火灵活性的目的，开发了所谓的垂直罩式炉系统。在该系统中，罩型构建的罩式炉被可移动地设置在轨道上并且能在相应构建的淬火槽上方来回地移动。在工件在炉中热处理之后，这些工件连同罩式炉都可被移动到一个相应的淬火槽上方，这样，与上述多室炉不同，能够实现灵活的淬火。在此，淬火通过将罩式炉的开口尽可能靠近地接近淬火槽的顶部开口来实现，其中为了避免不希望的被热处理过的工件的氧化，在淬火槽和罩式炉开口之间出现的细长的中间缝被以氮气清排(sweep)。而至淬火槽的完全气密性的耦接是不可能的，这样在使用罩式炉系统时也不可能实现完全无氧化的热处理。

发明内容

从上述的现有技术出发，本发明的任务是，在避免上述缺点的前提下提供一种用于对特别是金属工件进行热处理的炉，它构造简单且容易操作，同时能够实现在隔绝(excluding)包围该炉的空气的条件下，将被热处理过的工件运送到淬火室中。

该任务通过一种特别在高温条件下用于对金属工件进行热处理的炉来实现，该炉是水平空气炉，并具有优选地为圆筒形的炉室以及将炉室气密性地关闭的炉门，其中该炉门可移动地设置在门壳体内，该门壳体形成为可气密地关闭的闸门(lock)。

在本发明的意义上，高温是指400℃以上直到1050℃的温度。

根据本发明的炉的特点一方面在于其气密性地关闭的炉门，并且另一方面在于形成为闸门的门壳体。通过这些组件，水平空气炉可以被气密地耦合至例如形成为传送模块的对应模块上。在隔绝包围炉的空气的条件下，热处理工件就可以被从炉中取出并被运送到对应模块中。因借助门壳体可以保证在炉和对应模块之间完全的密封性，所以可以可靠地避免被热处理过工件的不希望的氧化。根据本发明的设计方案允许将形成为水平空气炉的炉体气密性地与形成为传送模块的对应模块耦合。通过这种方式实现了，被加热的工件可以无相应氧化地通过传送模块被输送到不同的淬火模块中并在那里在保护气体下无氧化地淬火。这样淬火过程就可以完全与在炉中的热处理过程脱离，这样根据本发明的炉在不同的淬火可能性方面具有最大程度的灵活性。

关于炉的纵向延伸，炉门优选可垂直移动地被设置在门壳体中。在此，形成该闸门的门壳体在被气密地封闭并且提供了关于大小方面可确定的容积以供使用，该容积可根据需要充以保护性气体。在与炉室相对的一侧，门壳体优选地具有用于将门壳体气密性地连接至相应地构建的对应模块上的工具。这种对应模块用于根据本发明的炉的装载和卸载，这样基于门壳体的上述设计，可以可靠的方式实现炉和对应模块的气密构造。与炉相同，对应模块优选地是绝热的且气密的，这样在隔绝包围炉设备的空气的条件下，可以将待进行热处理的工件放置到根据本发明的炉中或者将从炉中接收已被热处理过的工件。

通过使用对应模块对根据本发明的炉进行装载可以如下所述的方式进行：根据本发明的、也被称为箱式炉的炉准备好处理待热处理的工件，其中炉门是关闭的，并充有工作气体并被设置到工作温度。装载了待热处理的工件的冷的对应模块耦接到炉上。为了这个目的，在炉上可以设置有相应的夹具，它们用于在耦合过程之后，在炉与对应模块之间偏移一个相对位移。由于该耦接，在炉门和对应模块门之间出现了由炉的门壳体形成的闸门室。在此状态下炉和对应模块形成为一个固定单元。接着对应模块的门被打开，因此形成了由该闸门和对应模块内部空间形成的共同的室。这样形成的室为了清排的目的而被充以氮气，其中在炉的门壳体以及/或者对应模块上可以设置相应的入口用于输送氮气。同样该对应模块也可以已经充有了氮气，这样就只是必须在两扇门被打开之前把空气从闸门室中排出。在清排过程中氮气通过优选地形成在炉的门壳体上的出口被排走。随后炉的炉门就可以在此后被打开，并且位于对应模块上的待处理的工件炉料被运送到炉的炉室中。为了此目的，可以在对应模块上设置一个推拉链(push-pull chain)，通过使用它，承载着待热处理工件的传送设备可移出对应模块并移入炉的炉室中。一旦待热处理的炉料被送到炉的炉室中，炉的炉门和对应模块的门又重新被关闭。对应模块和炉就可以又相互分离，并且对应模块可供继续的输送使用。此后在炉内部进行炉料的热化学处理。

为了对根据本发明的炉进行卸载，以相反的顺序执行上述操作：处于(工作)温度下并充有保护气体的对应模块耦接到根据本发明的炉上。为了保证中性(Neutralisation)，以保护气体将炉和对应模块间形成的闸门室中的空气排出。随后炉的炉门和对应模块的门被打开，并且被热处理过的炉料借助对应模块的推拉链从炉室中运送到对应模块中。炉门和对应模块的门随即被关闭。一旦对应模块与炉分离后，被热处理过的并仍处于(工作)温度下的工件可以被对应模块输送给相应地被构建的淬火模块。

根据本发明的空气炉可以氮气或者也可以可燃的或者部分有毒的气体工作。因此可能这些被热处理过的炉料可以并不是在炉空气下被输送的。更加必要的是，在将炉料从炉转运到输送模块之前，炉内空气以惰性保护气体进行清排，其中该保护气体可以通过一条相应的炉废气管道以燃烧(burning off)的方式被排出。相应地，在转运炉料之前，空气被以惰性气体从通过炉的门壳体形成的闸门室中通过门壳体中的废气口而排出。一旦该排气过程成功结束，被热处理过的炉料就可以无危险地在隔绝包围炉的空气的情况下运送到例如作为输送模块构建的对应模块中，并随后进行淬火处理。在炉空气可燃的情况下，炉中的气体或者在工件放置到对应模块中之稍前已经被排出，或者在工件例如被转运到淬火室之稍前才充对应模块中被排出。

另外，根据本发明的炉的特征在于其简单的构造。它主要由圆筒形构建的炉室构成，棒形的加热元件设置在其中，以加热炉室空气。为了炉室空气的循环，炉室在端面上具有优选地以通风设备形式构建的气体循环装置。为了自由地操作，该通风设备由设置在炉室外的马达驱动。气体循环装置的目的是在热处理过程中，使炉室中的炉空气根据需要地流动。在此可以根据该通风设备形式的气体循环装置的转速对空气流动的强度进行控制。

在炉室内沿与炉室的纵向延伸的轴线平行地设置有棒形的加热元件，它关于气体循环装置被环绕地(drum turrent)地设置。加热元件的这种设置方式保证了位于炉室内的工件或者由多个工件形成的工件炉料可以均匀地被加热。这样，可以特别简单的方式实现可重复进行的热处理方法。

待热处理的工件优选地借助可沿炉室纵向移动地安装在轨道上的输送装置送进炉室里。若输送装置移动到了在炉室中的热处理的终点，设置在输送装置上的工件就处于由环绕方式设置的加热元件围成的处理区域中。这种方式能够实现对设置在炉室中的工件进行全面均匀的加热。

根据本发明的炉的优点特别在于其简单的构造。对于装载和卸载，该炉只有一个被设置在形成为闸门的门壳体中的门，这样在隔绝了包围炉的空气的情况下，工件既可以被送进炉中也可以从中取出。炉室具有圆筒的形状，该形状以有利的方式用于对设置在炉中的工件进行均匀的热处理。优选地作为通风设备构建的气体循环装置被以环绕方式设置的加热元件包围，这样相对于对待热处理的工件来说，炉内空气的可实现均匀流动。此外根据本发明的炉允许优化地被集成为由多个炉形成的炉群(Modulpark)，它们可以分别与相应构建的对应模块为了装载和卸载的目的而耦接。就此而言，该炉的特征在于其与其它处理室相关的高度灵活性。此外根据本发明的炉由于其相较而言简单的构造而易于维护和修理。

有关本发明的方法，本发明提出了一种用于在水平空气室炉对特别是金属工件进行热处理的方法，其中待热处理的工件借助可与空气室炉相对移动地设置的输送室被送至空气室炉，其中

-在第一步骤中，最终充有保护气体的输送室被气密地耦接到空气室炉的门壳体上，

-在第二步骤中，以保护气体清排由门壳体包围的空间，以及必要时清排输送室，

-在第三步骤中，待热处理的工件在保护气体中被从输送室中运送到空气室炉中，

-最后在第四步骤中，在保护气体中被热处理运送进空气室炉的工件。

上述的方法能够以有利的方式实现无氧化的热处理，因为待热处理的工件在整个方法执行期间被保持在保护气体中。这样可以被可靠地避免工件的不希望的氧化。

在待热处理的工件从输送室运送到空气室炉之后，输送室可以被另外地使用，通过这种方法实现了整个热处理设备的高灵活性。

在热处理结束后，工件可以为了淬火的目的而被运送到淬火室中。在这方面，以本发明提出了一种方法，其特征在于，工件在热处理结束后借助输送室运送到淬火室，其中

-在第一步骤中，热处理过的工件在保护气体中被从空气室炉运送到与该空气室炉气密地耦接的输送室中，

-在第二步骤中输送室和空气室炉被气密地关闭，

-在第三步骤中以氮气清排由门壳体形成的空间，

-在第四步骤中输送室从空气室炉上脱离，

-在第五步骤中输送室移动至淬火室，并被气密地耦接至淬火室上，

-在第六步骤中以氮气清排出在输送室和淬火室之间的由门壳体构成的空间中的空气，

-在第七步骤中工件在保护气体下在两个室的门都打开后被从输送室运送到淬火室中，并且

-最后在第八步骤中被运送到淬火室中的工件在两个室的门关闭后被淬火。

根据上述方法，热处理过的工件从空气室炉到淬火室的运送也在保护气体下进行。由此，包括淬火过程的整个热处理过程可以有利地在隔绝包围设备的空气的情况下执行。由此，整个热处理过程在单一设备部件的灵活性的同时也完全无氧化地进行。

根据另外的方法特征，以发明提出了，在热处理结束后被热处理过的工件被从空气室炉运送到输送室中，其中在空气室炉使用可燃保护气体的情况下，此空气借助一种不可燃的保护气体而去除，这通过在工件被运送进输送室之稍前以该保护气体清排空气室炉来进行，或者通过在工件被运送进输送室之后以该保护气体清排输送室来进行。当工件的热处理在空气室炉中在可燃保护气体空气下进行时，该工艺步骤是特别有利的。通过例如用惰性气体来清排空气室炉或输送室，可燃的保护气体空气可以被从空气室炉或输送室中排走。相应地，在每个耦接过程之后，在两个室之间的闸门室(门壳体)必须(以氮气)清排以不包含空气，恰如在每个与空气室炉脱离过程之前，可燃的炉空气必须从闸门室(门壳体)中以氮气来清排。

附图说明

本发明的另外的特征和优点可从参照附图进行的描述中得出。其中：

图1以剖开的侧视图的形式示意性地示出了根据本发明的一种优选

实施形式的炉，并且

图2示出了根据本发明的炉，该视图是沿图1中II-II切割线的剖视图。

标号列表：

1    炉

2    炉室

3    钢质壳体

4    脚座

5    隔热层

6    轨道

7    支架

8    加热元件

9    通风设备

10   马达

11   炉料

12   炉门

13   门壳体

14   工作气体入口

15   保护气体入口

16   燃烧装置

17   测量仪

18   孔

19   压力平衡阀

20   纵向

21   输送装置

22   处理区域

23   出气口

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明优选实施形式的炉。这并不是限制的，并仅仅用于示例性地说明本发明的功能。相同的部件在图1和图2中用相同的参考标号标记。

炉1由钢质壳体3构成，该钢质壳体为了可靠地竖立而具有相应形成的脚座4。在钢质壳体3内形成有炉室2，它为了隔热而具有设置在钢质壳体3内侧的隔热层5。

为了使得炉室内的空气流动，在炉室2内设置了具有通风设备9形式的气体循环装置。该通风设备9由马达10驱动，该马达从外部可够到并设置在炉室2外部。在驱动技术上，马达10和通风设备9通过未被详细说明的驱动轴而连接起来。

形成在炉室2中的加热元件8用于对设置在炉室2内的炉料11进行热处理。加热元件8是棒形的并沿炉室2的纵向20延伸。如特别从图2中可看出的那样，共计六个加热元件8关于通风设备9被环绕设置，并这样形成了在图2中示意性示出的处理区域22。

待热处理的炉料11为了执行热处理优选地设置在该处理区域22的中心。这种设置的优点是，炉料11的各个工件均匀受到加热元件8发出的热的作用，这能够实现执行可重复的热处理过程。

炉料11由一个位于轨道6上的输送装置21承载，该轨道又支撑在支架7上。该输送装置优选地沿纵向20可移动。

炉室2与通风设备9相对的一面上设置有装载和卸载口，它可以通过炉门12可选地被开启或气密地关闭。该炉门12在此设置在形成为闸门的门壳体13内，在其中炉门12可在门壳体13的垂直方向上移动。图1示出了炉门12位于关闭炉的装载和卸载口的位置。

为了实现一种可选择的期望的炉空气，炉室2特别地在端面上具有工作气体入口14。此外还可设置保护气体入口15，通过它例如氮气可以被导入到炉室2中。为了检验在炉室2中设置的炉空气，还设置有测量仪17。

在炉室2内过压的情况下，炉可以通过仅被示意性示出的、以压力平衡阀19封闭的孔18而针对需要地进行减压。此压力平衡阀优选地具有一个集成的防爆膜(tearing film)，从而在临界过压情况下会自动进行相应的压力补偿。该炉还具有一个燃烧装置16，通过它，可根据需要将炉室2中的工作气体排走。

根据本发明的炉的特别的优点是，它可以借助形成为气密闸门的门壳体13而气密性地耦合到例如具有输送模块形式的对应模块上。在隔绝了包围炉的环境空气的情况下，被加热的炉料可以没有相应氧化地从炉中取出放入对应模块中或者从对应模块中取出放入炉中。根据本发明的炉例如使用可燃气体或有毒的气体诸如CO工作，这样为了将炉料转移到对应模块中，可能需要事先将空气炉以惰性的保护气体进行清排，其中该保护气体被通过相应的炉气管道以燃烧(burning-off)的方式排走。相应地，通过门壳体13上的出气口23，将门壳体13的闸门空间中的空气以惰性气体清排。

Claims (14)

1.一种水平空气炉，用于在高温下对特别是金属工件(11)进行热处理，具有优选为圆筒形的炉室(2)以及以气密的方式关闭炉室(2)的炉门(12)，其中该炉门(12)以可移动的方式安装在门壳体(13)内，该门壳体形成为可气密地关闭的闸门。

2.根据权利要求1的水平空气炉，其特征在于，门壳体(13)具有用于气密性地连接至相应形成的对应模块上的工具。

3.根据权利要求1或2的水平空气炉，其特征在于，炉门(12)相对于炉室(2)的纵向(20)优选地可垂直地移动。

4.根据前述权利要求1至3之一的水平空气炉，其特征在于，热处理可以在400℃至1050℃的温度下进行。

5.根据前述权利要求之一的水平空气炉，其特征在于，门壳体(13)具有出气口(23)。

6.根据前述权利要求之一的水平空气炉，其特征在于，炉室(2)具有形成在炉室壁上气体入(14，15)及/或燃烧装置(16)。

7.一种水平空气炉，其特征在于，在炉室(2)内设置有气体循环装置(9)。

8.根据前述权利要求之一的水平空气炉，其特征在于，多个棒形的加热元件沿炉室(2)的纵向(20)延伸，并以环绕的方式设置。

9.根据前述权利要求之一的水平空气炉，其特征在于，空气循环装置(9)是被马达驱动的通风设备，其中该通风设备的驱动单元(10)设置在炉室(2)的外部，从而可从外部操作。

10.根据前述权利要求之一的水平空气炉，其特征在于，在炉室(2)内设置有用于装载待热处理工件的输送装置(21)，该输送装置可以在轨道(6)上沿炉室(2)的纵向(20)移动。

11.一种在水平空气炉中对特别是金属工件进行热处理的方法，其中待热处理的工件借助相对于空气室炉可移动地设置的输送室转送到空气室炉中，其中

—在第一步骤中，最终充以保护气体的输送室气密地耦接到空气室炉的门壳体上，

—在第二步骤中，以保护气体清排由门壳体包围的空间，以及必要时清排输送室，

—在第三步骤中，待热处理的工件在保护气体下从输送室中被运送进空气室炉中，

—最后在第四步骤中，在保护气体中热处理被运送进空气室炉的工件。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，工件在热处理结束之后借助输送室被转送到淬火室，其中

—在第一步骤中，热处理过的工件在保护气体下被从空气室炉运送到与该空气室炉气密地耦接的输送室中，

—在第二步骤中，输送室和空气室炉被气密地关闭，

—在第三步骤中，以氮气清排由门壳体形成的空间，

—在第四步骤中，将输送室与空气室炉脱离，

—在第五步骤中，输送室移动至淬火室，并气密地耦接至淬火室，

—在第六步骤中，以氮气清排输送室和淬火室之间的由门壳体构成的空间中的空气，

—在第七步骤中，工件在保护气体下在两个室的门都打开后从输送室被运送到淬火室中，并且

—最后在第八步骤中，对运送到淬火室中的工件在两个室的门关闭后进行淬火。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，在将工件运送到输送室中之前，以保护气体清排空气室炉。

14.根据权利要求12的方法，其特征在于，在将工件运送到输送室之后，以保护气体清排输送室。

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