RU2403519C2 - Система термической обработки со щелевыми аэраторами - Google Patents
Система термической обработки со щелевыми аэраторами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2403519C2 RU2403519C2 RU2007109465/03A RU2007109465A RU2403519C2 RU 2403519 C2 RU2403519 C2 RU 2403519C2 RU 2007109465/03 A RU2007109465/03 A RU 2007109465/03A RU 2007109465 A RU2007109465 A RU 2007109465A RU 2403519 C2 RU2403519 C2 RU 2403519C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- gas
- aerators
- materials
- slotted
- Prior art date
Links
- 238000005276 aerator Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 title abstract 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 76
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 60
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
- F27B17/0016—Chamber type furnaces
- F27B17/0083—Chamber type furnaces with means for circulating the atmosphere
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
- C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
- F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
- F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
- F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B9/3005—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types arrangements for circulating gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
- F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B9/3005—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types arrangements for circulating gases
- F27B9/3011—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types arrangements for circulating gases arrangements for circulating gases transversally
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
- F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
- F27D7/04—Circulating atmospheres by mechanical means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/09002—Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Система термической обработки материалов содержит: корпус печи, включающий под, свод и одну или более стен и топочную камеру, расположенную внутри корпуса печи, опору в сборе, размещаемую в топочной камере, на которую помещают материалы для термической обработки, тепловой источник, служащий для нагрева материалов в топочной камере, и, по меньшей мере, один щелевой аэратор, расположенный в поверхности стены или свода топочной камеры, обеспечивающий циркуляцию газа в топочной камере и сообщающийся с источником газа. Щелевой аэратор содержит щель, расположенную в поверхности стены или свода топочной камеры, при этом один конец щели содержит газовпускной патрубок для подачи высокоскоростной струи газа через щель для вовлечения газа в топочную камеру и получения высокообъемной циркуляции газа внутри топочной камеры. Технический результат: повышение технологичности термической обработки. 22 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Ссылка на родственные заявки
В настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной патентной заявки США №60/607681, поданной 7 сентября 2004 года, согласно 35 USС 119(е) содержание которой в порядке ссылки полностью включено в настоящее описание.
Предпосылки создания изобретения
При обработке таких материалов, как керамика, для обеспечения равномерного нагрева изделия и сведения к минимуму образования деформации, изгиба или трещин изделия вследствие неравномерного нагрева часто необходим постоянный тепловой режим. Из публикация патента США US 2004-0173608 А1 (патентная заявка №10/775542), правопреемником которого является правопреемник настоящей заявки, известна система, в которой равномерный нагрев достигается при помощи одного или нескольких аэраторов, которые расположены в топочной камере и обеспечивают высокую степень однородности газовой среды и постоянную температуру. Один или более аэраторов также могут быть использованы для принудительного конвекционного охлаждения изделия. Один или более аэраторов предпочтительно представляют собой аэраторы, описанные в патенте США US 5795146, правопреемником которого также является правопреемник настоящей заявки. Аэраторы обеспечивают интенсивный поток, необходимый для поддержания более постоянной температуры и осуществления температурного контроля, и способны обеспечивать постоянный тепловой режим в пределах ±3,5°С на протяжении технологического цикла.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предложена система термической обработки, в которой используются щелевые аэраторы, расположенные на поверхности одной или нескольких стен или свода топочной камеры. В контексте настоящей заявки термин "щелевой аэратор" означает аэратор, который образован щелью в стене или на другой поверхности топочной камеры с любой формой поперечного сечения и соплом на одном конце для направления высокоскоростной струи газа через щель. Например, поперечное сечение щели может иметь V-образную, прямоугольную или изогнутую форму. В качестве альтернативы, щелевой аэратор может быть образован углом соседних стен топочной камеры или за счет направления высокоскоростной струи вдоль участка самой стены без создания физической щели. Поскольку аэраторы расположены в или на самих стенах печи, отсутствуют конструктивные ограничения, которые связаны с трубчатыми аэраторами. Аэраторы могут быть расположены в топочной камере, где бы не поместились или были бы непрактичны в эксплуатации трубчатые аэраторы. Таким образом, изобретение делает излишним использование дополнительных труб или оборудования в печи для создания структуры аэратора.
Изобретение применимо на практике в печах периодического действия, в особенности в печах с относительно высокими топочными камерами, с тенденцией неравномерного профиля распределения температур от верха до низа камеры. Изобретение также применимо в печах непрерывного действия, в которых изделие перемещают по топочным камерам с целью осуществления заданного технологического цикла.
Описание чертежей
Далее изобретение более подробно описано со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг.1 показано изометрическое изображение с частичным разрезом одного из вариантов осуществления предложенного в изобретении щелевого аэратора,
на фиг.2 вертикальный вид сбоку с частичным разрезом щелевого аэратора, показанного на фиг.1,
на фиг.3 показано изометрическое изображение с частичным разрезом другого варианта осуществления предложенного в изобретении щелевого аэратора,
на фиг.4 показано изометрическое изображение углового аэратора, образованного поверхностями двух стен,
на фиг.5 показано изометрическое изображение аэратора, образованного вдоль участка поверхности стены,
на фиг.6 показана блок-схема печи согласно изобретению и
на фиг.7 показан вид в разрезе топочной камеры печи периодического действия согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 и 2 показано изометрическое изображение и вертикальный вид сбоку, соответственно, варианта осуществления щелевого аэратора. На стене 12 топочной камеры расположена щель 10 с прямоугольной формой поперечного сечения. Щель имеет наклонное дно 14, которое образует скошенную или наклонную по отношению к поверхности стены 12 плоскость в нижней части щели. Верхний конец щели находится в районе свода топочной камеры и имеет патрубок или газовое сопло 16 для подачи высокоскоростной струи газа вниз по щели. Высокоскоростная струя газа вовлекает газ из топочной камеры, увеличивая объем газа, который отводится вблизи дна щели и попадает из щели в камеру. Длина и размеры поперечного сечения щели могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить заданную степень расширения и циркуляции газа в топочной камере, имеющей конкретное назначение.
Щель может иметь поперечное сечение любой формы и не ограничена прямоугольной формой, проиллюстрированной в варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2. Прямоугольная форма обеспечивает относительную простоту изготовления путем пропиливания или прорезания стен топочной камеры, которые обычно выполнены из огнеупорного кирпича. Щель может иметь, например, V-образную форму поперечного сечения. На фиг.3 показан альтернативный вариант осуществления щелевого аэратора, у которого щель 11 имеет полукруглую форму поперечного сечения. В качестве альтернативы, щель может иметь форму дуги, изогнутой под углом, отличающимся от 180°, или иметь некруговую форму.
Сопло или патрубок для подачи поступающего потока газа может иметь любую желаемую форму. Например, может использоваться коническое сопло. В другом варианте осуществления сопло может быть прямоугольным для создания слоя газа. Форма поперечного сечения щелевого аэратора и форма газового сопла могут быть выбраны с учетом совместимости. Может использоваться любой газ, приемлемый для конкретного применения, такой как воздух, азот, аргон или водород.
В щелевых аэраторах используется эффект Коанды, когда высокоскоростная струя газа стремится следовать по ближайшей поверхности, вдоль которой она протекает. Высокоскоростная струя создает область низкого давления вдоль потока, которая вовлекает газ из камеры в поток, за счет чего увеличивается объем перемещаемого газа. Аэратор использует энергию поступающей высокоскоростной струи газа для перемещения гораздо больших объемов находящегося в топочной камере газа в нужном направлении для обеспечения теплопереноса, за счет чего турбулентный газ вступает в контакт с изделием в камере, способствуя удалению газа и придавая изделию требуемый химический состав. Поток газа большого объема, который создают в камере аэраторы, также обеспечивает равномерное распределение тепла в камере и равномерный нагрев изделия. Щелевой аэратор способен перемещать в камере объем газа, по меньшей мере в 10 раз и предпочтительно по меньшей мере в 20 раз превышающий объем, подаваемый в камеру через сопло аэратора.
Предпочтительно длина щели по меньшей мере в 10 раз превышает ее максимальную ширину в поперечном сечении. Щель меньшей длины обычно не всасывает достаточного объема газа, чтобы быть эффективной.
На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления углового аэратора, образованного соседними стенами 18 и 20 топочной камеры. В верхней части угла расположено газовое сопло, подающее высокоскоростную струю газа вдоль кромки угла и противоположных участков стен.
На фиг.5 проиллюстрирован дополнительный вариант осуществления 5, в котором в верхней части стены топочной камеры расположено сопло 16, из которого высокоскоростная струя газа поступает вдоль стены и движется в целом по прямолинейной траектории. Во всех перечисленных вариантах осуществления высокоскоростная струя вовлекает газ из камеры в высокоскоростной поток, вызывая расширение газа и распределение увеличившегося в объеме газа внутри камеры.
Газовой средой топочной камеры обычно является воздух, инертный газ, такой как азот или аргон или их сочетание, используемое для обработки керамики совместного низкотемпературного обжига и других керамических изделий и обработки топливных элементов. При обработке порошковых металлов газовой средой обычно является сочетание водорода и азота. В некоторых случаях в качестве газовой среды может использоваться водяной пар в сочетании с другим газом или без другого газа. Как указано выше, один или более щелевых аэраторов подают газ в топочную камеру и обеспечивают расширение и циркуляцию газа с целью достижения заданной равномерности газовой среды и температуры печи, воздействующей на обрабатываемые изделия или материалы. За счет применения изобретения может быть обеспечена равномерная температура в пределах 3,5°С. Один или более щелевых аэраторов также способны обеспечивать принудительное конвекционное охлаждение изделия.
Число щелевых аэраторов и их расположение в печи выбирают таким образом, чтобы обеспечить заданный характер газового потока в конкретной камере с целью обеспечения равномерной температуры и газовой среды в камере для равномерного нагрева находящегося в ней изделия и равномерного воздействия газовой среды на изделие. Для обеспечения заданного характера потока или циркуляции газа управление аэраторами может осуществляться совместно или с возможностью переключения. Например, на протяжении повторных циклов работы аэраторы на одной стороне топочной камеры могут быть включены, в то время как аэраторы на противоположной стороне камеры выключены и наоборот.
Изобретение может быть осуществлено в разнообразных печах периодического или непрерывного действия применительно к конкретным обрабатываемым изделиям или материалам и другим производственным потребностям. На фиг.6 в схематической форме показана печь. Топочная камера 30 рассчитана на определенное количество материалов или изделий для термической обработки. С топочной камерой соединен тепловой источник 32 одного или нескольких типов. Из источника 34 подачи газа газ по одному или нескольким аэраторам 36 поступает в топочную камеру для создания в ней газовой среды, приемлемой для обработки определенных материалов или изделий. Работой источника подачи газа и теплового источника управляет контроллер 38, который обычно представляет собой микроконтроллер или компьютер.
В качестве теплового источника могут использоваться конвекционные нагреватели, радиационные нагреватели или нагреватели с использованием токов сверхвысокой частоты или их сочетания. Нагрев токами сверхвысокой частоты может быть надлежащим образом использован для размягчения и спекания. При нагреве с использованием токов сверхвысокой частоты и без использования токов сверхвысокой частоты источник, не использующий токи сверхвысокой частоты, должен быть совместимым во избежание нежелательных отражений токов сверхвысокой частоты или абсорбции в топочной камере. Обычно нагрев токами сверхвысокой частоты может использоваться в одной камере с конвекционным нагревом. В случае использования радиационного нагрева радиационные нагреватели обычно должны находиться в топочной камере, отделенной от камеры, нагреваемой энергией токов сверхвысокой частоты, поскольку обычные радиационные нагреватели изготовлены из карбида кремния или другого материала, способного поглощать СВЧ-излучение.
В процессе цикла нагрева тепловым источником 32 управляет контроллер 38, который обеспечивает заданный профиль температур и равномерный объемный нагрев материалов или изделий на протяжении цикла нагрева. Управление тепловым источником на протяжении технологического цикла осуществляют применительно к конкретному обрабатываемому материалу или изделию, включая состав материала и его форму или массу.
На фиг.7 показан вид в разрезе топочной камеры печи периодического действия для определенного количества обрабатываемых материалов. Печь включает корпус 40, заключающий в себе изоляционный материал 42, которым окружена топочная камера 44. На поде 46 печи помещается определенное количество обрабатываемых материалов 48. Под может быть установлен на подвижном устройстве (не показано), способном перемещаться вверх в камеру и опускаться в положение, в котором под и изделие, помещающееся на поде, находятся вне топочной камеры для загрузки и разгрузки изделия. Для перемещения пода между верхним и нижним положениями используется подъемный механизм (не показанный). Подъемный механизм может включать один или более ходовых винтов или других известных из уровня техники механизмов. С каждой стороны камеры расположены электрические нагреватели 50, каждый из которых подвешен на держателе 52, закрепленном в своде камеры (на фиг.7 проиллюстрирована лишь одна сторона). Выводы 54 могут быть соединены с соответствующим источником питания. Число и конфигурация нагревателей может меняться в зависимости от заданных требований к нагреву.
Щелевые аэраторы 56 расположены на каждой боковой стене печи (на фиг.7 проиллюстрирована лишь одна сторона). Вдоль каждой стороны печи расположено множество аэраторов, при этом каждый аэратор на одной стороне расположен в целом на одной линии с аэратором на противоположной стороне. В каждый из аэраторов подают газ из источника газа, который поступает в газовое сопло 58, расположенное в отверстии в своде камеры на верхнем конце щелевого аэратора на своде или вблизи свода топочной камеры.
Через под 46 проходит одно или более отверстий 47 от одной до другой стороны камеры. В боковой стене вблизи каждого конца отверстия 47 расположен аэратор 60. Аэратор 60 предпочтительно представляет собой аэратор трубчатого типа, известный из патента США US 5795146, правопреемником которого является правопреемник настоящей заявки и содержание которого в порядке ссылки полностью включено в настоящее описание. Одно или более отверстий 47 в поде обеспечивают траекторию циркуляции через под от одной до другой стороны топочной камеры. Аэраторы 60 действуют совместно с щелевыми аэраторами 56, обеспечивая рециркуляцию газа в камере для достижения заданной равномерности воздействия температуры и воздействия на изделие.
Как указано выше, высокоскоростная струя газа из аэраторов вовлекает газ в топочной камере в поток газа и приводит к расширению и циркуляции газа. Соотношение между объемом вовлеченного газа и объемом подаваемого газа может достигать 50:1. Предпочтительным для надлежащей работы печи является соотношение по меньшей мере 10:1, более предпочтительно по меньшей мере 20:1.
В одном из вариантов осуществления управление аэраторами может осуществляться взаимодополняющим образом, когда в течение одного временного интервала аэраторы на одной стороне камеры включены, а аэраторы на противоположной стороне выключены. В течение следующего временного интервала режим работы аэраторов меняется на противоположный, когда ранее выключенные аэраторы включены, а ранее включенные аэраторы выключены. Попеременный режим работы аэраторов дополнительно обеспечивает равномерность газовой среды в камере за счет попеременного изменения траекторий циркуляции. В выключенном состоянии сопла щелевых аэраторов полностью не перекрыты, а пропускают небольшое количество газа, обычно около 5% объема всей струи для охлаждения газового сопла во избежание повреждения газового сопла при высокой рабочей температуре печи и для предотвращения попадания воздуха или других загрязняющих веществ в топочную камеру через сопло.
Аэраторы также могут применяться для обеспечения принудительного конвекционного охлаждения изделия, например, во время остывания на протяжении термического цикла. Для достижения заданной скорости охлаждения изделия струей газа из аэраторов управляют в сочетании с управлением тепловыми источниками.
Число и расположение аэраторов в топочной камере выбирают таким образом, чтобы обеспечить заданный характер газового потока в камере с целью обеспечения требуемой равномерности температуры и однородности газовой среды. Расположение, проиллюстрированное на фиг.7, является типичным для печей периодического действия одного типа. Изобретение может применяться в печах периодического действия других типов, таких как печи с неподвижным подом. В некоторых вариантах осуществления аэраторы 60, показанные на фиг.7, не требуются, поскольку струя газа может быть создана исключительно щелевыми аэраторами на стенах печи.
Обрабатываемые материалы или изделия помещают на соответствующую опору. Одной из типичных форм опоры является тарелка с множеством отделений для соответствующих обрабатываемых наименований, при этом тарелки могут быть штабелированы поверх друг друга, благодаря чему одновременно в топочной камере может быть обработано относительно большое количество наименований. Могут использоваться опоры других типов, например стойка соответствующей конфигурации для определенных обрабатываемых изделий или наименований. В некоторых случаях целесообразно переложить изделие верхней и нижней пластинами или другими опорами, чтобы предотвратить деформацию изделия во время цикла нагрева. Держатели изделий изготавливают из огнеупорного материала, способного выдерживать рабочие температуры печи.
Изобретение также может быть осуществлено в виде термического процесса и системы непрерывного действия. В такой системе изделие перемещают вдоль топочной камеры, которая обычно может иметь множество зон, обеспечивающих заданный цикл нагрева и остывания, приемлемый для определенного обрабатываемого изделия или материала. Щелевые аэраторы могут быть расположены в топочной камере аналогично тому, как это описано выше, с целью обеспечения равномерного нагрева и увеличения объема газа. По длине топочной камеры также может быть расположен один или более аэраторов для продвижения остающегося в камере газа по длине топочной камеры, чтобы переместить загрязненную газовую среду печи на участок откачки вблизи переднего конца печи.
Изобретение не должно быть ограничено конкретно описанными подробностями. Изобретение может быть осуществлено в печах периодического и непрерывного действия различных конструкций и в печах с одной или множеством зон. Изобретение также может быть применено с разнообразными устройствами транспортировки для перемещения изделий в печь и из печи или между участками или зонами печи. Таким образом, подразумевается, что изобретение должно во всей полноте охватывать объем и сущность прилагаемых притязаний.
Claims (23)
1. Система термической обработки материалов, содержащая корпус печи, включающий под, свод и одну или более стен, и топочную камеру, расположенную внутри корпуса печи, опору в сборе, размещаемую в топочной камере, на которую помещают материалы для термической обработки, тепловой источник, служащий для нагрева материалов в топочной камере, и, по меньшей мере, один щелевой аэратор, расположенный в поверхности стены или свода топочной камеры, обеспечивающий циркуляцию газа в топочной камере и сообщающийся с источником газа, содержащий щель, расположенную в поверхности стены или свода топочной камеры, при этом один конец щели содержит газовпускной патрубок для подачи высокоскоростной струи газа через щель для вовлечения газа в топочную камеру и получения высокообъемной циркуляции газа внутри топочной камеры.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что щель расположена в стене топочной камеры и проходит вниз от свода топочной камеры, а газовпускной патрубок расположен в верхней части щели для подачи вдоль щели высокоскоростной струи газа с вовлечением газа в топочную камеру, обеспечивая высокообъемную циркуляцию газа внутри топочной камеры.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что газовпускной патрубок обеспечивает коническую газовую струю.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что газовпускной патрубок обеспечивает создание слоя газа.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что длина щели, по меньшей мере, в 10 раз превышает ее максимальную ширину в поперечном сечении.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что щель имеет поперечное сечение квадратной, прямоугольной, круглой, изогнутой, прямосторонней или V-образной формы.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что щель выполнена с углом между двумя стенами топочной камеры.
8. Система по п.1, дополнительно содержащая множество щелевых аэраторов.
9. Система по п.1, дополнительно содержащая множество щелевых аэраторов на первой и второй сторонах топочной камеры, обеспечивающих равномерную газовую среду в топочной камере.
10. Система по п.9, дополнительно содержащая под, множество отверстий, проходящих через под от одной до другой стороны топочной камеры, и при этом множество щелевых аэраторов на первой и второй сторонах топочной камеры образуют пары, каждая из которых образована щелевыми аэраторами, расположенными на соответствующих сторонах топочной камеры на одной прямой с соответствующим отверстием в поде.
11. Система по п.10, дополнительно содержащая множество трубчатых аэраторов, каждый из которых расположен в соответствующем отверстии в боковой стене корпуса печи напротив соответствующего отверстия в поде.
12. Система по п.11, отличающаяся тем, что каждый трубчатый аэратор имеет трубчатый корпус с соплом, которое сообщается с источником газа для подачи высокоскоростной струи газа в топочную камеру и вовлечения газа в топочную камеру для обеспечения высокообъемной циркуляции газа внутри топочной камеры.
13. Система по п.1, дополнительно содержащая контроллер для управления источником подачи газа в аэратор.
14. Система по п.1, дополнительно содержащая контроллер для управления тепловым источником с целью обеспечения заданного профиля температур в течение цикла нагрева.
15. Система по п.14, отличающаяся тем, что контроллер обеспечивает управление струей газа щелевых аэраторов.
16. Система по п.1, отличающаяся тем, что щелевые аэраторы обеспечивают создание принудительного конвекционного охлаждения материалов на протяжении части термического цикла.
17. Система по п.1, содержащая, по меньшей мере, щелевой аэратор на каждой стороне топочной камеры и работающая в попеременном режиме для обеспечения равномерной циркуляции газа в камере и равномерного нагрева материалов.
18. Система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой источник содержит один или более электрических нагревателей, расположенных в топочной камере.
19. Система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой источник содержит один или более микроволновых нагревателей, расположенных в топочной камере.
20. Система по п.1, отличающаяся тем, что топочная камера находится в печи периодического действия, в которую загружают материалы для обработки и выгружают материалы после обработки.
21. Система по п.1, отличающаяся тем, что топочная камера находится в печи непрерывного действия, через которую на протяжении цикла обработки транспортируют материалы.
22. Система по п.1, отличающаяся тем, что опора в сборе содержит подъемный под, способный перемещаться между нижним положением для загрузки и выгрузки материалов для термической обработки и верхним положением для размещения материалов в топочной камере.
23. Система по п.1, отличающаяся тем, что щелевой аэратор содержит участок стены топочной камеры, проходящий вниз от свода топочной камеры, и газовое сопло, расположенное в верхней части участка стены в своде, для обеспечения создания высокоскоростной струи газа вдоль участка стены с обеспечением вовлечения газа в топочную камеру и высокообъемной циркуляции газа внутри топочной камеры.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60768104P | 2004-09-07 | 2004-09-07 | |
| US60/607,681 | 2004-09-07 | ||
| US11/187,192 | 2005-07-22 | ||
| US11/187,192 US7425692B2 (en) | 2004-09-07 | 2005-07-22 | Thermal processing system having slot eductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007109465A RU2007109465A (ru) | 2008-10-20 |
| RU2403519C2 true RU2403519C2 (ru) | 2010-11-10 |
Family
ID=35996668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007109465/03A RU2403519C2 (ru) | 2004-09-07 | 2005-09-01 | Система термической обработки со щелевыми аэраторами |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7425692B2 (ru) |
| EP (1) | EP1802931B1 (ru) |
| JP (1) | JP2008512633A (ru) |
| CN (1) | CN101095026B (ru) |
| AU (1) | AU2005282671A1 (ru) |
| RU (1) | RU2403519C2 (ru) |
| WO (1) | WO2006028997A2 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013123356A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | Bloom Energy Corporation | Solid oxide fuel cell stack heat treatment methods and apparatus |
| US10371445B1 (en) | 2016-11-15 | 2019-08-06 | Consolidated Nuclear Security, LLC | Passive thermal control of microwave furnace components |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB503613A (en) * | 1936-10-09 | 1939-04-11 | Fours Ind Et Metallurg Soc D | Improved tunnel-oven for ceramic products |
| US3170681A (en) * | 1963-06-24 | 1965-02-23 | North American Mfg | Apparatus for scale free heating of metals |
| US3583691A (en) | 1969-05-26 | 1971-06-08 | Alco Standard Corp | Furnace with preheated combustion air and ceramic burner blocks |
| US4664618A (en) * | 1984-08-16 | 1987-05-12 | American Combustion, Inc. | Recuperative furnace wall |
| US4596526A (en) | 1985-03-04 | 1986-06-24 | Worthington Industries, Inc. | Batch coil annealing furnace and method |
| US5795146A (en) | 1996-05-23 | 1998-08-18 | Btu International, Inc. | Furnace chamber having eductor to enhance thermal processing |
| JP3403181B2 (ja) | 2001-03-30 | 2003-05-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理装置及び熱処理方法 |
| JP2003225761A (ja) * | 2001-11-28 | 2003-08-12 | Oak Nippon Co Ltd | 金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け装置 |
| WO2004073037A2 (en) | 2003-02-10 | 2004-08-26 | Btu International, Inc. | Process and system for thermally uniform materials processing |
-
2005
- 2005-07-22 US US11/187,192 patent/US7425692B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-09-01 JP JP2007530410A patent/JP2008512633A/ja not_active Withdrawn
- 2005-09-01 WO PCT/US2005/031375 patent/WO2006028997A2/en active Application Filing
- 2005-09-01 RU RU2007109465/03A patent/RU2403519C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-09-01 EP EP05794217.9A patent/EP1802931B1/en not_active Not-in-force
- 2005-09-01 CN CN2005800379981A patent/CN101095026B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-09-01 AU AU2005282671A patent/AU2005282671A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1802931A4 (en) | 2008-09-10 |
| CN101095026B (zh) | 2012-06-13 |
| JP2008512633A (ja) | 2008-04-24 |
| AU2005282671A2 (en) | 2006-03-16 |
| CN101095026A (zh) | 2007-12-26 |
| EP1802931B1 (en) | 2014-12-03 |
| AU2005282671A1 (en) | 2006-03-16 |
| RU2007109465A (ru) | 2008-10-20 |
| WO2006028997A3 (en) | 2007-05-03 |
| US7425692B2 (en) | 2008-09-16 |
| EP1802931A2 (en) | 2007-07-04 |
| WO2006028997A2 (en) | 2006-03-16 |
| US20060051715A1 (en) | 2006-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7196297B2 (en) | Process and system for thermally uniform materials processing | |
| JP2020535371A (ja) | 材料を熱的又は熱化学的に処理する装置及び方法 | |
| US3415503A (en) | Conditioned atmosphere furnace muffle | |
| RU2403519C2 (ru) | Система термической обработки со щелевыми аэраторами | |
| JP2009014227A (ja) | 熱処理炉 | |
| JP2007187398A (ja) | 連続式熱処理炉 | |
| KR100981141B1 (ko) | 연속 공정 노 | |
| JP2002333283A (ja) | 熱処理炉、および熱処理炉のガス供給方法 | |
| JP2002313796A (ja) | 基板熱処理装置 | |
| KR20150024250A (ko) | 열처리로 | |
| JP2011007462A (ja) | 熱処理炉 | |
| JP3218719B2 (ja) | 連続焼成炉 | |
| US20150176098A1 (en) | Furnace for heating metal goods | |
| KR20210127134A (ko) | 가스 배출용 분사 장치, 공정 가스 공급용 공정 가스 시스템, 및 재료의 열적 또는 열화학적 처리용 장치 및 방법 | |
| JP2009014256A (ja) | 連続焼成炉 | |
| JP2006300435A (ja) | 循環式焼成炉 | |
| JP2006029644A (ja) | 連続熱処理炉 | |
| JP2008512633A5 (ru) | ||
| JP3957516B2 (ja) | オゾン処理装置 | |
| JPH06323738A (ja) | ローラーハースキルン | |
| JP2008292117A (ja) | 連続焼成装置 | |
| KR100442018B1 (ko) | 열처리장치 | |
| JP2011012823A (ja) | プッシャー式連続焼成炉 | |
| JP2006245491A (ja) | 基板熱処理装置および基板熱処理製造方法 | |
| JPH09298163A (ja) | 連続拡散処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20081203 |
|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20100322 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160902 |