CN201016120Y - 连续式三室气冷真空退火炉 - Google Patents

Abstract

连续式三室气冷真空退火炉，涉及真空热处理设备。提供一种每炉次升降温连续操作，能耗低、产量高、退火温差小的连续式三室气冷真空退火炉。设主体、真空系统、充气系统、水冷系统和电控系统，主体设装料室、冷却室、送料机构、风冷系统、热闸阀、炉胆、控温热电偶组件、加热室、料盘组件和取料机构，装料室、冷却室和加热室为一体；送料机构与取料机构设于装料室和冷却室炉壳内腔，送料机构设于装料室下部，取料机构设于冷却室下部；2个热闸阀设于装料室与加热室以及冷却室与加热室之间，风冷系统位于冷却室上部。加热室设于装料室和冷却室之间。料盘组件设于炉胆的料台上。真空系统设于加热室、装料室和冷却室。充气系统接装料、加热和冷却室。

Description

连续式三室气冷真空退火炉

技术领域

本实用新型涉及一种真空热处理设备，尤其是涉及一种兼有气冷功能，主要适用于贮氢合金生产工艺的三室卧式真空退火炉。

背景技术

真空热处理设备是精密机器零部配件进行退火、冷却、钎焊和烧结等多种真空热处理工艺的重要设备，特别适用于高速钢、高合金钢工模具和精密轴承等精密机器零部配件。

贮氢合金的生产工艺无论是普通的铸锭法还是甩带法，都会因冷却而产生内应力，退火的目的就在于消除其内应力，同时也在一定程度上减少合金的偏析，使合金成分更为均匀。通常退火过程包括抽真空、充惰性气体保护加热和冷却3个程序，加热温度一般约为950℃。现有的真空退火设备为常用的“井式真空退火炉”或“卧式真空退火炉”，其单炉产量约为200～500kg。由于每次出料时都需要冷却至常温，因此存在能耗高、产量低和温度控制不均匀等缺点。

中国科学院金属研究所在公告号为CN2611387的实用新型专利中提供一种真空退火炉，包括炉体、加热电源的变压器、真空机组、冷却系统和控制柜，炉体是由水冷双层筒体结构的炉身和两端的水冷夹层炉盖构成，在炉体的卧轴线上备有加热管，外面套有陶瓷管，陶瓷管外面包有保温层。

赵献涛和赵廉生在公告号为CN2396356的实用新型专利中提供一种新型真空退火炉，由炉体、设置在炉体中的绝热层、设置在绝热层中的反射屏、设置在反射屏中的加热体、处于加热体中的工件组成，在炉体密封口处包围有一层除氧剂。

沈阳友邦真空设备有限公司在公告号CN2299873的实用新型专利中提供一种大型内热式真空退火炉，它包括炉体和安装在炉体中的加热室，炉体采用箱式结构，即水平截面为方形，外面焊有加强筋，加热室的水平截面也为方形。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有的生产贮氢合金的退火过程中所采用的设备普遍存在的能耗高、产量低和温度控制不均匀等不足，提供一种每炉次升、降温实现连续操作，能耗较低、产量较高、退火温差较小的连续式三室气冷真空退火炉。

本实用新型设有真空炉主体、真空系统、充气系统、水冷系统和电控系统，真空炉主体设有装料室、冷却室、送料机构、风冷系统、热闸阀、炉胆、控温热电偶组件、加热室、料盘组件和取料机构，装料室、冷却室和加热室三室为一体，装料室底部设有车轮，车轮设于地面导轨上；装料室和冷却室上均设炉门，送料机构与取料机构分别设于装料室和冷却室的炉壳内腔，送料机构设于装料室下部，取料机构设于冷却室下部；2个热闸阀分别设于装料室与加热室以及冷却室与加热室之间，2个热闸阀为既能密封又能隔热的复合阀门，风冷系统位于冷却室的上部。加热室设于装料室和冷却室之间。料盘组件设于炉胆的料台上。真空系统设两套，一套真空系统设于加热室，另一套真空系统设于装料室和冷却室。充气系统分别与装料室、加热室和冷却室三室连接。水冷系统为炉门、炉壳、热交换器、电极、真空机组及风冷电机等提供水冷。

装料室和冷却室由单层及双层椭圆封头与圆形法兰焊成，中部设有观察孔，法兰上装有真空密封圈，用压紧环压紧炉门，炉内即可抽真空。加热室和冷却室壳体均由双层碳钢板卷筒后焊成，夹层内通冷却水，两端又与法兰焊接而成。风冷系统顶部装有风扇，风扇下部装有热交换器及导风板，以加速气体循环，达到快速气冷的目的。加热室为一单室。

两个热闸阀均采用直流电机拖动，蜗轮蜗杆减速，齿轮与齿条传动，齿条通过四连杆机构与阀门相连，齿条带动阀门上下移动，完成阀门的开启和关闭。两个阀门上都有隔热层，当阀门关闭时用以完成冷却室和加热室的隔绝，以减少加热室热量的散失。

送料机构和取料机构可完成2个动作：

1)升降动作：通过偏心轮的转动将导轨的前端抬起或放下，以便将料盘组件放在炉胆的料台上或将料盘组件抬起。

2)水平运动：采用直流电机，通过蜗轮蜗杆减速，带动两侧的链条，通过连板使料叉沿导轨水平运动，进料或出料。

炉胆外壳为一整体方形结构，由隔热层、加热元件、料台等部分组成。隔热层内部材料为陶瓷、纤维和碳毡，表面为钼片，发热元件为石墨棒，炉胆按前后分三区加热，三区控温，发热体按方形平均分布以保证温度的均匀性。炉胆下部装有石墨料台，多根料台柱穿过炉胆壁插入底部的支架内。炉胆底部装有4个滚轮，整个炉胆可沿炉壳内的导轨移动，以便将炉胆拉出进行维修。取出炉胆前要先移开装料室，取下料台和热电偶，卸下电源线。

真空系统是实现无氧化加热的关键部分，真空系统设两套，一套真空系统设于加热室，主泵为扩散泵，主泵前装有粉尘过滤器，中间泵为罗茨泵，前级真空泵为旋片式机械泵，并配有维持泵阀及维持泵。另一套真空系统设于装料室和冷却室，管路分两路：一路通装料室，另一路通冷却室，主泵为罗茨泵，前级泵为旋片泵。

充气系统设有贮气罐、手动阀、气动阀和管路。本实用新型的装料室、加热室和冷却室三室中的每个室都配备有独立的充气系统。零件加热时加热室要充入接近一个大气压的氮气。为此装料室和冷却室也要同时充入略高于一个大气压的氮气以便压住两边热闸阀。为确保加热室压力略低于装料室和冷却室的压力，或与装料室和冷却室压力平衡，三室的充气管路可连通。

水冷系统为炉门、炉壳、热交换器、电极、真空机组及风冷电机等提供水冷，配备了上下水系统，其中包括上水分配管及下水斗等。

电气控制系统设有以可编程序控制器CPM2A主机+扩展为核心的控制电源、交流主电路及电磁阀电路、直流主电路、阀及主电路的交流控制电路、机械动作的直流控制电路、温度控制电路、模拟屏指示及记录仪表电路和各种交直流电源电路。电气控制系统采用以可编程控制器为核心的控制原理，选用控温仪来执行，各升温、保温曲线可软设定，通过软件可适应不同分度号的热电偶，机械动作及热处理工艺所要求的充气、水压、真空系统的各阀控制信号全部由PLC来完成。

与现有的井式或卧式真空退火炉设备相比，本实用新型由于采用连续式三室气冷真空退火结构设计，将抽真空、充惰性气体保护与加热和冷却分成3个室进行，不需要每炉次升、降温，实现了连续操作，因此进一步改善了合金的成分和结构的均匀性，提高了合金吸放空气的性能，通过精确的控制，使得退火温差可控制在±2.0℃(而现有的退火设备只能达到±5.0℃)；而且使热处理的温度更加均匀，提高了炉温的一致性，大幅度降低了能耗，提高了产品品质的稳定性和产量。经初步试验，能耗比现有的井式炉降低约15％，单炉产量可达到1500kg。

由于目前大量使用的镍镉电池(Ni-Cd)中的镉有毒，使废电池处理复杂，环境受到污染。镍氢电池作为一种新型的电池，不仅其电化学容量是镍镉电池的1.5～2倍，不含镉，对环境无污染；而且充电和放电寿命一般可达1000次以上。由于其高能、安全、无污染、无记忆效应、价格便宜，因此受到世界各国的普遍重视，被誉为“21世纪的绿色电池”。镍氢电池主要用于民用电池、电动工具、电动自行车、摩托车及混合动力汽车上，世界现有镍氢电池年产量达10亿只(22亿安时)，需贮氢合金粉2.5万吨以上，特别是在混合动力汽车上的成功应用(据估计可节省汽车30％，减少排污80％)，因此将为贮氢合金的发展提供更为广阔的空间。目前，镍氢电池已经开始用于汽油/电动混合动力汽车上。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图3为图1的侧视结构示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

参见图1～3，本实用新型设有真空炉主体、真空系统、充气系统、水冷系统和电控系统，真空炉主体设有装料室2、冷却室7、送料机构3、取料机构14、风冷系统8、热闸阀4、炉胆6、控温热电偶组件15、加热室5和料盘组件28，装料室2、冷却室7和加热室5三室为一体，装料室2和冷却室7由单层及双层椭圆封头与圆形法兰焊成，中部设有观察孔组件22，法兰上装有真空密封圈，用压紧环压紧炉门，炉内即可抽真空。装料室2设装料室炉门1，装料室2的底部设有车轮，车轮设于地面导轨上。冷却室5上设冷却室炉门9，送料机构3与取料机构14分别设于装料室2和冷却室7的炉壳内腔，送料机构3设于装料室2下部，取料机构14设于冷却室7下部。2个热闸阀4分别设于装料室2与加热室5以及冷却室7与加热室5之间，2个热闸阀4为既能密封又能隔热的复合阀门。风冷系统8位于冷却室7的上部。加热室5设于装料室2与冷却室7之间。料盘组件28设于炉胆6的料台上。设2套真空系统10和11，真空系统10设于加热室5，真空系统11设于装料室2和冷却室7。充气系统23分别与装料室2、加热室5和冷却室7三室连接。水冷系统20为各炉门和炉壳以及热交换器、水冷电极26、真空机组及风冷电机等提供水冷。

加热室5和冷却室7的壳体均由双层碳钢板卷筒后焊成，夹层内通冷却水，两端又与法兰焊接而成。风冷系统顶部装有风扇，风扇下部装有热交换器及导风板，以加速气体循环，达到快速气冷的目的。加热室为一单室。

2个热闸阀4均采用直流电机拖动，蜗轮蜗杆减速，通过升降齿轮和升降齿条传动，升降齿条通过四连杆机构与阀门相连，升降齿条带动阀门上下移动，完成阀门的开启和关闭。两个阀门上都有隔热层，当阀门关闭时用以完成冷却室和加热室的隔绝，以减少加热室热量的散失。

送料机构3和取料机构14可完成2个动作：1)升降动作：通过偏心轮的转动将导轨的前端抬起或放下，以便将料盘组件28放在炉胆6的料台上或将料盘组件28抬起。2)水平运动：采用直流电机，通过蜗轮蜗杆减速，带动两侧的链条，通过连板使料叉沿导轨水平运动，进料或出料。

炉胆外壳为一整体方形结构，由隔热层、加热元件、料台等部分组成。隔热层内部材料为陶瓷、纤维和碳毡，表面为钼片，发热元件为石墨棒，炉胆按前后分三区加热，三区控温，发热体按方形平均分布以保证温度的均匀性。炉胆下部装有石墨料台，多根料台柱穿过炉胆壁插入底部的支架内。炉胆底部装有4个滚轮，整个炉胆可沿炉壳内的导轨移动，以便将炉胆拉出进行维修。取出炉胆前要先移开装料室，取下料台和热电偶，卸下电源线。

真空系统设两套，一套真空系统设于加热室，主泵为扩散泵，主泵前装有粉尘过滤器，中间泵为罗茨泵，前级真空泵为旋片式机械泵，并配有维持泵阀及维持泵。另一套真空系统设于装料室和冷却室，管路分两路：一路通装料室，另一路通冷却室，主泵为罗茨泵，前级泵为旋片泵。

充气系统设有贮气罐、手动阀、气动阀和管路。本实用新型的装料室、加热室和冷却室三室中的每个室都配备有独立的充气系统。零件加热时加热室要充入接近一个大气压的氮气。为此装料室和冷却室也要同时充入略高于一个大气压的氮气以便压住两边热闸阀。为确保加热室压力略低于装料室和冷却室的压力，或与装料室和冷却室的压力平衡，三个室的充气管路可连通。

水冷系统为炉门、炉壳、热交换器、电极、真空机组及风冷电机等提供水冷，配备了上下水系统，其中包括上水分配管及下水斗等。

电气控制系统设有以可编程序控制器CPM2A主机+扩展为核心的控制电源、交流主电路及电磁阀电路、直流主电路、阀及主电路的交流控制电路、机械动作的直流控制电路、温度控制电路、模拟屏指示及记录仪表电路和各种交直流电源电路。电气控制系统采用以可编程控制器为核心的控制原理，选用控温仪来执行，各升温、保温曲线可软设定，通过软件可适应不同分度号的热电偶，机械动作及热处理工艺所要求的充气、水压、真空系统的各阀控制信号全部由PLC来完成。

在图1～3中，其它部件的代号为：12减速器；13凸轮减速器；16测温组件；17规管压力表组件；18安全阀组件；19自动放气阀组件；24规管压力表组件；27电极罩。

Claims (10)

1.连续式三室气冷真空退火炉，设有真空炉主体、真空系统、充气系统、水冷系统和电控系统，其特征在于真空炉主体设有装料室、冷却室、送料机构、风冷系统、热闸阀、炉胆、控温热电偶组件、加热室、料盘组件和取料机构，装料室、冷却室和加热室三室为一体，装料室底部设有车轮，车轮设于地面导轨上；装料室和冷却室上均设炉门，送料机构与取料机构分别设于装料室和冷却室的炉壳内腔，送料机构设于装料室下部，取料机构设于冷却室下部；2个热闸阀分别设于装料室与加热室以及冷却室与加热室之间，2个热闸阀为既能密封又能隔热的复合阀门，风冷系统位于冷却室的上部；加热室设于装料室和冷却室之间；料盘组件设于炉胆的料台上；真空系统设两套，一套真空系统设于加热室，另一套真空系统设于装料室和冷却室；充气系统分别与装料室、加热室和冷却室三室连接。

2.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于装料室和冷却室由单层及双层椭圆封头与圆形法兰焊成，中部设有观察孔，法兰上装有真空密封圈，用压紧环压紧炉门。

3.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于加热室和冷却室壳体均由双层碳钢板卷筒后焊成，夹层内通冷却水，两端又与法兰焊接而成。

4.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于风冷系统顶部装有风扇，风扇下部装有热交换器及导风板。

5.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于加热室为一单室。

6.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于炉胆外壳为一整体方形结构，由隔热层、加热元件、料台组成，隔热层为陶瓷层、纤维层或碳毡层，表面为钼片，发热元件为石墨棒，炉胆下部装有石墨料台，多根料台柱穿过炉胆壁插入底部的支架内，炉胆底部装有4个滚轮，整个炉胆可沿炉壳内的导轨移动。

7.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于真空系统设两套，一套真空系统设于加热室，主泵为扩散泵，主泵前装有粉尘过滤器，中间泵为罗茨泵，前级真空泵为旋片式机械泵，并配有维持泵阀及维持泵；另一套真空系统设于装料室和冷却室，管路分两路：一路通装料室，另一路通冷却室，主泵为罗茨泵，前级泵为旋片泵。

8.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于充气系统设有贮气罐、手动阀、气动阀和管路。

9.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于电气控制系统设有以可编程序控制器CPM2A主机+扩展为核心的控制电源、交流主电路及电磁阀电路、直流主电路、阀及主电路的交流控制电路、机械动作的直流控制电路、温度控制电路、模拟屏指示及记录仪表电路和交直流电源电路。

10.如权利要求1所述的连续式三室气冷真空退火炉，其特征在于2个热闸阀为既能密封又能隔热的复合阀门。

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