CN2291418Y - 高压高流率真空气冷淬火炉 - Google Patents

Abstract

一种具有高淬透性、低温对流加热和淬火控制冷却的高压高流率真空气淬炉,其淬火冷却装置包括由冷却鼓风机和热交换器组成的第一级冷却和在炉体外壳内层冷却风道内的第二级冷却,并在低温对流加热鼓风机持续不断作用下,气体经导热风管和气流分配管被加热并形成沿工件旋转的涡流,其冷却炉体分隔装置和冷却控制装置根据工件薄厚壁处热电偶温度变化进行控制,本实用新型具有高淬透性,加热均匀,冷却可控,减少变形,适用范围广等优点。

Description

高压高流率真空气冷淬火炉

本实用新型涉及一种用机械装置使气体循环的真空无氧化热处理炉，特别涉及一种以具有高渗透性，低温对流加热，淬火控制冷却为其特征的高压高流率真空气淬炉。

从目前技术发展水平看，热处理炉的主要发展方向是可控气氛炉和真空炉，真空气淬炉具有气淬后工件亮度高，变形小；淬火后不需要清洗；加热和冷却时可在心部放置监测热电偶，保证在加热和冷却时表面和心部温差最小；对形状复杂的模具易实现低温对流加热和淬火控制冷却；能避免大截面高速钢零件真空油淬后产生白亮层等优点。因此具有高淬透性、低温对流加热和淬火控制冷却的高压高流率真空气淬炉备受人们的重视。

高压高流率真空气淬炉，国外研究的比较系统比较深。目前做得比较好的是北美和欧洲，其6个巴高压高流率真空气淬炉均能达到在满装炉量下(200～300Kg)淬透Φ100mm高速钢。但他们各有测重点，北美注重热交换器在气淬中所起的作用，因此热交换器做得很精致，效率很高；欧洲则重视真空炉体对淬火气体的冷却作用，国内对高压气淬炉也作过不少的研究，但目前基本上仍处于仿制阶段，其6个巴高压高流率真空气淬炉仅能达到在满装炉量下淬透Φ60mm以下的高速钢、本实用新型设计者在国内外丰富的经验和阅历使得该真空炉尽可能多地利用了国外各家真空炉的成功经验和第一手实验资料，设计出一种独特、高效的淬火冷却和低温对流加热装置。

本实用新型的目的是提供一种具有高淬透性、低温对流加热和淬火控制冷却的高压高流率真空气淬炉。增加高压气体循环性和在每一个循环中所传递的热量，其淬火冷却能力在满装炉量下，最小可淬透Φ100mm高速钢。低温对流加热系统使工件在低温段得到迅速均匀加热。对形状复杂，壁厚不均匀的工件可进行控制冷却。能进行大中型工模具，不锈钢，钛合金、弹性元件等的真空热处理，能进行真空钎焊，真空烧结等要求无氧化处理的工件。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种高压高流率真空气冷淬火炉，主要由炉体、加热装置，淬火冷却装置和控制装置组成；

a.其淬火冷却装置包括由设置于炉体内后端的冷却鼓风机(1)，热交换器(2)组成的第一级冷却，和设置于炉体外壳内层的环套形冷却风道(6)组成的第二级冷却，冷却风经设置于真空炉前门的系列导向装置(9)进行导向，并由低温对流加热鼓风机(11)弥补和增强循环气体导向时的速度和气体量损失，从而形成淬火冷却循环气体主回路(14)，对有效加热区(7)中的工件进行冷却；

b.其加热装置除有环置于工件周围的主加热体外，并设有低温对流加热，由设置于真空炉前门(15)内的低温对流加热鼓风机(11)和与其出风口连接的导风管(10)，与导风管(10)连接的气流分配管(8)组成，该气流分配管(8)上设有若干气孔(19)，低温对流加热气体在低温对流加热鼓风机(11)持续不断作用下具有一定的压力，通过低温对流加热导风管(10)和气流分配管(8)，使低温对流加热气体被加热并按某一方向沿工件旋转形成由里及外向有效加热区(7)中心运动的涡流；

c.其控制冷却装置包括控制冷却炉体分隔装置和控制冷却控制装置，根据放置在工件薄厚壁处的热电偶温度变化进行手动或自动控制控制冷却控制装置的关和开。

本实用新型的目的并通过以下措施实现：

所述炉体是带有冷却水夹层的圆柱体，其一端为装置淬火冷却装置的电动机，鼓风机和保护罩的封头，该封头为有冷却水的夹层构造，另端为装置低温对流加热电机、鼓风机和保护罩的封头，该封头亦为有冷却水的夹层构造，并有圆法兰边与炉壳的法兰边连接构成真空炉体的前门，所述炉壳及两端封头组成了真空炉的封闭壳体；在靠近壳体圆法兰一边放置有一个圆柱形的绝热密封真空炉胆，工件放置在该炉胆有效加热区中进行加热冷却和低温对流加热和控制冷却；紧靠着真空炉胆是一个圆柱型密封的热交换器保护罩，热交换器放置在该保护置中，真空炉胆与热交换器保护罩外径相同，在真空炉胆与炉壳之间的环状空间构成了第二级冷却风道，真空炉前门处设置有系列导向装置，所述低温对流鼓风机通过若干低温对流加热导风管，该导风管连接低温对流加热和气流分配管，该气流分配管上设有若干喷气孔。

所述各气流分配管圆周上的若干喷气孔，其方位沿着使喷出气本成旋转涡流运动的方位设置。

所述真空炉内壳上涂有能迅速有效地从循环气体上捕捉热量并把热量传递给真空炉壳夹层中冷却水的涂料层。

所述设置于真空炉前门的系列导向装置由若干使气体流向与真空炉中心线角度范围为20-160度之间且最佳为沿90度转向的寻向板构成，该导向板部分固定在真空炉前门上，另一部分固定在真空炉胆上。

所述控制炉体的分割装置为轴向插板，该插板将炉体分割为上、下两个部分，所述控制冷却开控装置为设置于热交换器保护套和真空炉内壳之间的圆弧状挡板，该挡板由控制机构启闭，该控制机构由监测热电偶的温度变化通过自动或手动进行操纵。

本实用新型有以下积极有益的效果：

1.高渗透性：

本实用新型淬火冷却装置的显著特点是，淬火时，循环气体在工件放置的有效加热区加热后，首先进入第一级冷却，然后经过第二级冷却，最后经设置于真空炉前门的系列导向装置⑨到淬火冷却循环气体主回路。故该淬火冷却系统能有效地延长循环气体的循环路程，改变循环气体的走向，增强循环气体的循环性和在每一个循环过程中吸收的热量(从工件上)或释放的热量(向热交换器和真空炉内壳)。

2.加热均匀：

本实用新型低温对流加热装置的显著特点是，在低温对流加热阶段，低温对流加热鼓风机连续不断的作用，使得低温对流加热和气流分配管具有一定的压力，该压力使气体沿着数排孔喷出形成图2所示旋转涡流，气流一方面通过自身从加热丝上得来的热量，另一方面又从主加热体上吸收的热量不断地对工件进行对流加热，从而使工件得到均匀一致的加热。

3.可实现对形状复杂工件进行控制冷却，减少变形：

本实用新型控制冷却装置的显著特点是：淬火冷却时，工件的某一部分由于壁薄或放的量少，通常可以关闭这一部分冷却装置，使气体只集中流向需强力冷却的部分。对于复杂工模具，可在不同壁厚处放置监测热电偶，气淬时，根据工件各部分监测热电偶所显示的温度，可对控制冷却装置进行手动或自动关闭或打开，从而实现对复杂工模具进行控制冷却。

真空炉低温对流加热和控制冷却对形状复杂，壁厚不均的工模具及其它钎焊件很重要。当加热时，如果只有辐射加热的话，工件壁薄的地方温度可能已经很高，而壁厚的地方则可能很低，这在热处理时是要求尽可能避免的。低温对流加热则可使工件薄壁厚壁处都得到均匀一致的加热。因为当工件某一部分温度高于气温时，则该部份向气体传热，反之，气体则向该部分传热。另一个优点是能迅速加快工件在低温段的升温速度，这对回火尤为重要。当冷却时，如果设有控制冷却，对于形状复杂，壁厚不均匀的工件，气淬时，冷却不均匀，会造成严重的变形。而控制冷却能尽可能地降低工件上不同部位的温差，从而也就减少了变形。

4.适用范围广泛：

本实用新型的真空炉可广泛地应用在机械工业、航空工业、电子工业等领域，适合处理高速钢、工具钢、模具钢、不锈钢、钛合金等真空热处理，真空钎焊、真空烧结。

下面结合附图说明本实用新型高压高流率真空气淬炉的结构及工作过程。

图1为本实用新型高压高流率真空气淬炉整体结构和淬火冷却循环气体走向示意图。

图2为本实用新型高压高流率真空气淬炉低温对流加热气体涡流形成原理示意图，为图1的A-A截面。

图3为本实用新型高压高流率真空气淬炉控制冷却原理示意图，为图1的B-B截面。

图1所示的高压高流率真空气淬炉整体结构和淬火冷却循环气体走向为实施本实用新型的一个实施例。

本实用新型高压高流率真空气淬炉主要由淬火冷却系统鼓风机1，热交换器2，真空炉内壳3，真空炉壳夹层中冷却水4，真空炉外壳5，第二级冷却风道6，放置工件的有效加热区7，低温对流加热和气流分配管8，真空炉前门系列导向装置9，低温对流加热导风管10，低温对流加热鼓风机11，控制冷却控制装置12，真空炉炉胆13，淬火冷却循环气体主回路14，真空炉前门15，低温对流加热气体涡流流向16，控制冷却炉体分割装置17，控制冷却时淬火循环气体流向18，图中⊙表示气体流向箭头自图面穿出，○表示气体流向箭头向图面穿入。在低温气流加热和气流分配管8上设有若干气孔19，在真空炉炉胆的圆周上设置有若干通气孔20。

由真空炉内壳3，热交换器2保护罩和真空炉炉胆13外壳形成第二级冷却风道6。由淬火冷却装置鼓风机1，第二级冷却风道6，真空炉前门系列导向装置9和低温对流加热鼓风机11形成了淬火冷却循环气体主回路14。由低温对流加热鼓风机11，低温对流加热导风管10和低温对流加热和气流分配管8形成了低温对流加热气体涡流流向16。由控制冷却控制装置12和控制冷却炉体分割装置17形成了控制冷却时的淬火循环气体流向18。

在本实用新型高压高流率真空气淬炉中，其淬火冷却系统主要由热交换器2，淬火冷却系统鼓风机1，真空炉内、外壳3、5，真空炉内外壳夹层中的冷却水4，真空炉炉胆及外壳13，真空炉前门系列导向装置9，和低温对流加热鼓风机11等组成，如图1所示。高压气淬时，在淬火冷却装置鼓风机1和低温对流加热鼓风机11作用下，使高压气体沿真空炉炉胆13内部经工件放置的有效加热区7，热交换器2，第二级冷却风道6，再经过真空炉前门系列导向装置9，最后达到淬火冷却循环气体主回路14，还有一部份气体，则通过真空炉炉胆13圆周上的喷嘴喷向工件放置的有效加热区。淬火气体就是沿着这样的路径不断地循环。

经过工件加热后的循环气体首先通过热交换器2进行第一级冷却。然后由淬火冷却装置鼓风机1把循环气体从热交换器1中吸出并强制沿循环气体第二级冷却风道6运行。在真空炉体内壳3上涂有一层特殊涂料，该涂料能迅速有效地从循环气体上捕捉热量并把热量传递给真空炉壳夹层中的冷却水4。为使循环气体从真空炉前门15到淬火冷却循环气体主回路14处所受的阻力最小，同时考虑到真空炉胆13加热时辐射散热最少，在真空炉前门15和真空炉炉胆13上设计了真空炉前门系列导向装置9和循环气体的第二级驱动一低温对流加热鼓风机11。真空炉前门系列导向装置9与真空炉中心线角度范围为20～160°，最佳为90°，一部分固定在真空炉前门15上，另一部分固定在真空炉炉胆13上。气淬时，低温对流加热鼓风机11向外吹风，弥补和加强循环气体经真空炉前门系列导向装置9时所造成的速度和气体量损失。

在本实用新型高压高流率真空气淬炉中，低温对流加热装置主要由低温对流加热鼓风机11，低温对流加热导风管10和低温对流加热和气流分配管8等组成。当低温对流加热时，通过低温对流加热鼓风机11把气体送到数根均匀分布的低温对流加热导风管10中，依次再送入低温对流加热和气流分配管8中，在该管中装有电加热丝，气体经过该管时将被加热，该管在某一圆周方向上开有数排孔，故气体沿着这些孔喷出时形成了一定方向的气流。

在本实用新型高压高流率真空气淬炉中，其控制冷却装置主要由控制冷却炉体分割装置17和控制冷却控制装置12组成，这两个装置把真空炉体分割为上和下两部分，控制冷却控制装置12封闭热交换器2保护套和真空炉内壳3之间的圆弧，分为控制真空炉体上、上两部分，根据气淬时，监测热电偶的温度变化，手动或自动关闭和打开控制冷却控制装置12。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

例如，对形状复杂的H13模具进行真空淬火，打开真空炉门15，把需处理的模具放入真空炉胆13中。在模具不同壁厚处放置监测热电偶，通常把薄壁处放置在上部，厚壁处放置在料台支撑上即下部，这样有利于减少模具在加热和冷却时的变形。抽真空(真空泵未画出)到一定程度后，关闭真空泵，向真空炉回充一定量的高纯氮气，启动低温对流加热鼓风机11，启动真空炉主加热电源和低温对流加热电源。当温度加热到600℃以上时，关闭低温对流加热电源和低温对流加热鼓风机11，再启动真空泵抽真空至高真空度。在室温～600℃范围内低温对流加热效率很高，模具易得到均匀一致的加热。在该过程中，由于低温对流加热鼓风机11持续不断的作用，使得低温对流加热和气流分配管8具有一定的压力，在数排气流分配管作用下，使对流加热气体沿模具产生涡流，由外及里向有效加热区7中心运动，使有效加热区7中所有的工件都得到均匀一致的加热。当模具加热到850℃时，保温1小时让模具表面和心部温度接近一致，然后继续加热到1020℃奥氏体化温度保温3小时。保温结束时，真空炉自动进行高压气淬。气淬时，经过有效加热区7的气体被加热到很高温度，由于淬火冷却系统鼓风机1的作用，高温高压气体被强制通过热交换器2得到第一级强力冷却，然后继续被强制通过第二级冷却风道6进行第二级长距离冷却，从第二级冷却风道6过来的气体经真空炉前门系列导向装置9作用使循环气体导向，而低温对流加热鼓风机11则弥补和增强了导向时所造成的速度和气体量损失。从而使循环气体聚束为强度大，范围小的强力气体从有效加热区7中通过模具。真空炉胆13圆周上的许多喷嘴不仅有助于循环气体在第二级冷却风道6中的充分冷却，而且有助于循环气体在有效加热区7中通过模具时的充分加热。对形状复杂、壁厚不均匀的模具，必须采用控制冷却才能减少淬火变形。根据模具厚、薄壁处的温差选择怎样进行控制冷却，如果模具薄厚壁相差悬殊，在气淬开始时就关闭控制冷却控制装置12，由模具薄厚壁处的温度变化选择是一直关闭还是断续启动；如果模具薄厚壁相差不大，在气淬开始时启动控制冷却控制装置12，由模具薄厚壁处的温度变化选择是一直启动还是断续启动。由此得到均匀一致的冷却。

本实用新型高压高流率真空气淬炉气淬时，其压力为2～12个大气压。

本实用新型高压高流率真空气淬炉能处理高速钢、工具钢、模具钢、不锈钢等的真空热处理、真空钎焊、真空烧结等要求无氧化处理的工件。

Claims (6)

1.一种高压高流率真空气冷淬火炉，主要由炉体、加热装置，淬火冷却，装置和控制装置组成，其特征是：

a.其淬火冷却装置包括由设置于炉体内后端的冷却鼓风机(1)，热交换器(2)组成的第一级冷却，和设置于炉体外壳内层的环套形冷却风道(5)组成的第二级冷却，冷却风经设置于真空炉前门的系列导向装置(9)进行导向，并由低温对流加热鼓风机(11)弥补和增强循环气体导向时的速度和气体量损失，从而形成淬火冷却循环气体主回路(14)，对有效加热区(7)中的工件进行冷却；

b.其加热装置除有环置于工件周围的主加热体外，并设有低温对流加热，由设置于真空炉前门(16)内的低温对流加热鼓风机(11)和与其出风口连接的导风管(10)，与导风管(10)连接的气流分配管(8)组成，该气流分配管(8)上设有若干气孔(19)，低温对流加热气体在低温对流加热鼓风机(11)持续不断作用下具有一定的压力，通过低温对流加热导风管(10)和气流分配管(8)，使低温对流加热气体被加热并按某一方向沿工件旋转形成由里及外向有效加热区(7)中心运动的涡流；

c.其控制冷却装置包括控制冷却炉体分隔装置(17)和控制冷却控制装置(12)，根据放置在工件薄厚壁处的热电偶温度变化进行手动或自动控制控制冷却控制装置(12)的关和开。

2.限据权利要求1所述的高压高流率真空气冷淬火炉，其特征在于：所述炉体(3)是带有冷却水夹层(4)的圆柱体，其一端为装置淬火冷却装置的电动机，鼓风机和保护置的封头，该封头为有冷却水的夹层构造，另端为装置低温对流加热电机、鼓风机(11)和保护罩的封头，该封头亦为有冷却水的夹层构造，并有圆法兰边与炉壳的法兰边连接构成真空炉体的前门，所述炉壳及两端封头组成了真空炉的封闭壳体；在靠近壳体圆法兰一边放置有一个圆柱形的绝热密封真空炉胆(13)，工件放置在该炉胆有效加热区(7)中进行加热冷却和低温对流加热和控制冷却；紧靠着真空炉胆是一个圆柱型密封的热交换器保护罩(2)，热交换器放置在该保护罩中，真空炉胆(13)与热交换器保护罩(2)外径相同，在真空炉胆与炉壳之间的环状空间构成了第二级冷却风道(6)，真空炉前门处设置有系列导向装置(9)，所述低温对流鼓风机通过若干低温对流加热导风管(10)，该导风管连接低温对流加热和气流分配管(8)，该气流分配管上设有若干喷气孔。

3.根据权利要求1所述的高压高流率真空气冷淬火炉，其特征在于：所述各气流分配管(8)圆周上的若干喷气孔(19)，其方位沿着使喷出气体成旋转涡流运动的方位设置。

4.根据权利要求1所述的高压高流率真空气冷淬火炉，其特征在于：所述真空炉内壳(5)上涂有能迅速有效地从循环气体上捕捉热量并把热量传递给真空炉壳夹层中冷却水(4)的涂料层。

5.根据权利要求1所述的高压高流率真空气冷淬火炉，其特征在于：所述设置于真空炉前门的系列导向装置由若干使气体流向与真空炉中心线角度范围为20-160度之间且最佳为沿90度转向的导向板(9)构成，该导向板部分固定在真空炉前门上，另一部分固定在真空炉胆(13)上。

6.根据权利要求1所述的高压高流率真空气冷淬火炉，其特征在于：所述控制炉体的分割装置为轴向插板(17)，该插板将炉体分割为上、下两个部分，所述控制冷却开控装置为设置于热交换器保护套和真空炉内壳之间的圆弧状挡板(12)，该挡板由控制机构启闭，该控制机构由监测热电偶的温度变化通过自动或手动进行操纵。

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