TW201247882A - Method and apparatus for quenching of materials in vacuum furnace - Google Patents

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201247882 六、發明說明： 相關申請案之相互參照 本案清求2011年5月 1 7日申請的美國臨時申請幸第 61/486,8 12號的權益。牲^ 将此以引用的方式將該申請案第 61/4 86,812號的揭示内容併入 ” 【發明所屬之技術領域】 本發明關於熱處理枒Μ 枓的項域，其涉及於高溫循環終 點時快速冷卻（也叫做驟冷 、 • 、 7 )在破處理的材料能在從高溫 、速V部的期間顯不預期的相轉移時即運用快速冷卻。現 代商業應財最常見的熱處理目的是改善硬度。 【先前技術】 許多熱處理製程係於真空爐中進行。在熱處理循環的 驟冷步驟期間，吾人經常想要提供_包含相對於被處理的 材料呈惰性的氣體之氛圍。（該被處理的材料在此也稱作 “曰熱負載件（heat lGad)，’或“HL”）。氦（He)及ι (Ar)或其換合物 是用於此應料通用惰性氣體。溫和反應性氣體或惰性氣 體矛'服和反應性氣體的摻合物是工藝上可接受者並且提供 車又不貝的替代物。氮（N2)和氫（H2)是此應用中使用的溫和反 應性氣體的實例，其可被混在一起或搭配輔助氣體添加物 例如二氧化碳（C02)或氬提供。 用於進行驟冷步驟之一共通方法是冷卻氣體的引 進，接著使該冷卻氣體於該真空爐及水冷式熱交換器内循 201247882 環。使用高傳導性氣體’例如氣和氣，及/或古八a 例如氬及二氧化碳，作為該冷卻氣體會造：刀二量氣體’ 卻速率Μ旦是這樣的氣體對於許多應用 r要的冷 說，氦的使用經常成本都报高。氦回收及再循以舉例來 本將會超過-簡易單舱真空爐的成本。：引= 風險(由於其可燃性)並且需要經過高度訓練的可 ::屬供應和爐系、统。此外。利用於周遭溫度引:= 達成期望的冷卻速率必需於相對高壓下進行㈣冷步: 例=15至35巴，而且讓該冷卻氣體於相對高速度下循環。 此壓力範圍需要比供應介於6至12巴之間的冷卻壓力的類 似結構更貴許多的堅固爐結構。高速冷卻氣流可能造成熱 負載件的不欲、定向及不均句冷卻，導致處理後的金屬零 件所不可接受的尺寸扭曲。 另-個提高冷卻速率的方&涉及使用呈液化或低溫 蒸氣形態的低溫流體。比起於非低溫下引進的冷卻氣體， 低咖"IL體能藉由該負载件與該冷媒之間的擴大溫差提高來 自熱負載件的熱通量。低溫流體已經取代在熱交換器中用 以冷部驟冷步驟中的冷媒的水。液化低溫氣體例如液態氮 (N)已經被用作為該冷媒。當其被注入該真空爐尹時此方 法因為液體沸騰的焓而獲益。不幸的是，當比起必須迅速 力乂移除的金屬負載件l〇ad)中累積的熱時，該低溫 流體的熱容及能被注入特定體積的真空爐中之LIN的潛熱 並不重要。藉由提高驟冷壓力有可能增加注入爐的低溫劑 里及’因此，提高冷卻效應。然而，如以上所註記’此方 201247882 法必需使用可於較高壓力下運轉的爐，其顯然更昂貴。對 於現行注射低溫流體的方法的另一限制是無法迅速注射傾 向迅速沸騰並且阻塞注射點或位於該熱爐内側的喷嘴的低 溫流體’因為其通常於飽和蒸氣條件輸送。 因此，需要於比現行方法低的成本下提供將該被處理 的材料驟冷所需的熱容的改良驟冷方法。 【發明内容】 有一個形態中，本發明包含一種材料之驟冷方法，該 方法包含：將低溫流體注入冷卻系統的第一流，該冷卻系 統適於使該低溫流體通過一熱交換器及一含有該材料的艙 循環，該第-流位於該艙上游及該熱交換器下游，若沒有 低溫流體從該冷卻系統排洩時注入該第一流的低溫流體量 足以造成該艙超過目標壓力；使該低溫流體通過該熱交換 器=含有該材料特循環；及從該冷卻系統㈣二流排茂 足量的低溫流體以使該艙的壓力保持不高於目標壓力。 在另-個形態中，本發明包含一種將低溫流體供應給 -製程之方法’其包含：經過第—供應管線把該低溫流體 ，儲存容器轉運至供應容器；隔離該供應容器與該儲存容 器；將該低溫流體從該儲存容器轉運至該壓力容器；隔離 該壓力容器與該儲存容器；m該壓力容器的壓力提高至第 一壓力，該第一壓力比該低溫流體被供應至該製程時的壓 力广打開介於該壓力容器與該供應容器之間的第二供應 官線’造成該供應容器的壓力提高；及將該低溫流體從該

S 201247882 供應谷器供應至該製程。 【實施方式】 時 在敘述諸多圖形舉你丨# nn 1 。 牛5兒明的本發明的具體實施例 為求清晰起見而使用特定与1鲁了疋列裳。然而，本發明不欲受 限於所選定的特定措辭， 方式操作以完成類似目的 圖形並未依比例精確描繪。 威瞭解各自特定措辭包括依類似 的所有工藝等效例。咸瞭解該等 以下描述本發明的特定具體實 施例。然巾，理應能瞭解的是本發Μ限於文中詳述的具 體實施例。 為了達到本說明書及申請專利範圍的目的，“過冷的 LIN忍扎處於比以下方程式所得的平衡溫度τ低的溫度的 液態氮（LIN)’其中Ρ等於以巴為單位的UN壓力而且丁係 以攝氏度表示： T = 13 X In (P) - 200 方程式 i 圖1是顯示用於冷卻熱負載件丨7的示範冷卻系統】9 的示意圖。如傳統，該冷卻系統19包括一鼓風機12，其 係由電動馬達14供以動力，及一熱交換器丨6。在驟冷步 驟的期間，啟動該鼓風機12並且於注射點18將低溫流體 (例如LIN)注入一冷媒流24。該低溫流體立即汽化並且循 環通過該熱負載件17，接著使一部分暖化的低溫蒸氣移動 通過該熱交換裔16並且通過該鼓風機12，在那裡再循環。 在此實施例中，該熱交換器16使用水作為其冷媒，但是任 何適用於該熱交換器1 6的介質均可予以取代。 201247882 17冷卻時使設置

24的同時通過該排洩點20釋出— 低溫流體較佳是依照當該熱負载件; 該冷卻系統19的真空爐中保持相對怪壓（ 式注入該冷媒流24。該冷卻系統19包括 該驟冷步驟的期間通過該排洩點20你#、 丨咐及琢熱交換器1 6的 量的LIN注入該冷卻流 一大部分的暖化LIN蒸 氣。這使更多LIN能在該驟冷製程期間被注入該冷卻流 24，藉以給予該冷卻系統19比沒有排洩可達到者更大的冷 卻能力。 較佳是被注入該冷卻流24的LIN量是保持該目標壓 力所需的LIN量的至少1.5倍，而且更佳是至少2倍。從 該冷卻系統1 9的排洩點20排洩的LIN蒸氣量較佳是足以 保持該目標壓力。舉例來說，如果於注射點1 8處注射能保 持該目標壓力所需的LIN量的3倍，較佳同時從排茂點2〇 排洩等同於被注射的LIN的三分之二的LIN蒸氣量。同樣 地，如果於注射點1 8處注射能保持該目標壓力所需的LIN 量的2倍，較佳同時從排洩點20排洩等同於被注射的LIN 的—半的LIN蒸氣量。理應能瞭解的是該等措辭‘‘注射點” 及“排洩點”意欲分別包括任何適合類型的注射及排洩裝 置’其包括可包括多重埠口的裝置。 圖2至4及12至13各自表示在不同真空爐配置中使 用圖1的冷卻系統19的概圖。在這些實施例各自當中，與

S 8 201247882 圖1的冷卻系統1 9共用的元件係藉由加上因數1 〇〇的參考 編號來表示。舉例來說，圖1的鼓風機12相當於圖2的鼓 風機112及圖3的鼓風機212。為求明晰，這些圖形給與圖 1共用之圖2至4及圖12至13所示的一些特徵編號但是 在本說明書中並沒有明確討論。 關於圖2至4分別舉例說明的真空爐丨丨〇、2 1 〇及3 j 〇 各者，特別要提及的是、氣體冷卻及氣體循環的順序一 直都相同.熱氣體係藉由鼓風機或壓縮機經由熱交換器抽 取’接著壓縮該冷卻過的氣體並且將其送返該熱負載件’ HL。LIN被注入位於該鼓風機與該熱負載件之間的冷媒流 也部分（即，等該冷媒已經被該熱交換器冷卻之後）。過量 的熱GAN (即，暖化的UN蒸氣）從位於該熱負載件與該熱 交換器之間的冷媒流的一部分排掉。 圖2舉例說明以箭頭顯示該冷媒的氣體循環圖的真空 爐110的示範具體實施例。在此實施例中，該熱交換器i 16 正好位於該鼓風機丨12前面。鼓風機112使氣體依輻射向 外，依大體平行於鼓風機U2旋轉面的方向沿著真空爐 110的外壁循環至真空艙111。 圖3顯示具有呈環狀的熱交換器216的真空爐 且有鼓風機212位於該熱交換器216的環内。鼓風機川 使氣體依大體垂直於鼓風機"2旋轉面的方向循環至直空 艙211 。 ”工 、圖4顯示-兩驗真空爐系统31()，該熱負載件肌係 於熱真空艙3 11 (在圖4的左側）中加熱並且接著轉運至 201247882 冷的冷卻艙3 1 3 (在圖4的右側）。門3 1 5分開該真空艙 3 1 1與該冷卻艙3 1 3並且在該加熱製程的期間關閉。在該真 空驗3 11中加熱熱負載件HL之後，開啟門3 1 5，將熱負載 件HL轉運至冷卻艙3丨3 ’並且關閉該門3丨5。接著於該冷 部搶3 1 3中進行該驟冷製程。 熟悉此技藝者明白圖4所示的氮的流線圖可能不同， 而且鼓風機312及熱交換器316可能設於該冷卻艙313外 側的冷卻環路322中。内部鼓風機3 12及熱交換器3 16係 依圖2及3所示者的類似方向設於該冷卻艙3丨3中的構形 也在本發明的範圍以内。 圖12及13分別提供文中所述的真空爐系統61〇及71〇 的其他具體實施例600及700。圖12及13二者描繪兩個 艙系統，其令該第一艙6〇1及701儲藏該熱負載件617及 717 而且。玄第一艙603及703包含經由冷卻環路622及722 與第艙601及701流體連通的水熱交換器及鼓風機或壓 縮機（沒顯不）。該二艙以所示的大型輸送管6〇5及7〇5相 連接。在兩個圖中，經由注射點6丨8及7丨8將液態氮 注入該系統並於排茂點62〇及72〇抽走過量E蒸氣。然而， 亡圖12中冷氣體的流動依反時針方向，然而在圖1 3中該 =動冷氣體係依順時針方向。在圖12及13二者中，該第 。：6〇1 & 7〇1另外包含外部殼層及允許熱和冷氣體流入 ^•出具有熱負載件617及717的第一艙之滲透性内部殼 層。 圖5舉例說明用於供應LIN給本發明的驟冷製程的供

10 201247882 應系統430。理應能瞭解的是該供應系統43〇可用以供庳 其他低溫流體並且可用以供應用於其他類型製程的低溫： 體。該供應系、统430特別適用於必需間歇性供應低溫流體 的製程。 在此實施例中，該供應系統43〇包括儲存容器々Μ， 其較佳保持於相對低壓Pl，例如，介於約25psiG(i 7巴） 與約125 PSIG (8,5巴）之間。該儲存容器432中的壓力可 藉由釋壓閥434來調節。應該要注意的是，除釋壓閥以外， 該供應系統430所用的閥可能是不責的螺管閥，其各自可 與防止LIN或GAN回流的止回閥結合。 在此實施例中，LIN被供應至一真空爐41〇，該真空 爐410位於一建築結構446内側。為了安全及其他理由， 該儲存容器432位於該建築結構446外側。把供應鋼瓶448 置於該建築結構446内及該真空爐41〇附近。一供應管線 45 1將該供應鋼瓶448連至該儲存容器432。該供應鋼瓶 448藉由一供應管線457連至該真空爐41〇，該供應管線 457具有置於其上面的閥456。該供應管線457適於供應 LIN至該真空爐41〇的UN注射點（沒顯示）。該供應鋼瓶 448較佳也包括—釋壓閥452。 s玄供應系統430也包括一壓力鋼瓶436，該壓力鋼瓶 436藉由一供應管線439連至該儲存容器432，該供應管線 439具有置於其上面的閥438。該壓力鋼瓶436藉由一供應 官線445連至該供應鋼瓶448 ’該供應管線445具有置於 其上面的閥444。汽化器442較佳置於該壓力鋼瓶436與 11 201247882 該供應鋼瓶448之間的沿線。 圖6舉例說明該真空爐41〇及該供應系統的示範 操作方法。該製程開始時，把待處理的材料(熱負載件)置 於该爐410中(步驟51〇)，關閉該爐艙並且將該艙抽到真空 (步驟512)°接著加熱該爐410及該材料（步驟514)。任意 地’可藉由將加熱過的惰性氣體果送至該爐艙中（步驟$⑹ 經由對流’接著抽空該惰性氣體來加速加熱（步驟518)。這 些任意步驟經常於低於7抓的爐溫下進行。材料的加熱 一直進行到該材料及爐41G達到目標溫度（步驟Μ。卜該材 料及爐410經常保持於該目標溫度經歷一段時期（步驟 522)。任意地，該材料可接著藉由將反應性氣體（例如烴） 引進《亥爐410 (步驟524)，接著抽空該反應性氣體（步驟526) 進行表面及/或擴散處理。 接下來，使該材料驟冷。然而，在驟冷操作開始實施 之前，該供應鋼瓶448内較佳含有足量LIN以提供單一驟 冷操作所需的LIN總量。較佳地，該供應鋼瓶448含有比 驟冷操作所需的LIN多至少、]0%。α下將說明供驟冷操作 用的供應鋼瓶448的製備程序實例。 首先，將LIN從該儲存容器432轉運至該供應鋼瓶448 及廢力鋼瓶436 (步驟61〇)。在此實施例中’給該供應鋼瓶 448裝配一 LIN位準感測器（沒顯示）。當中該供應鋼瓶448 的LIN位準滑落至第一預定位準（由該感測器測定）時，打 開閥450並且該LIN從該儲存容器432，流過該供應管線 45 1，並且來到該供應鋼瓶448。該供應鋼瓶448中的壓力

S 12 201247882 P5較佳是在LIN從該儲存容器432開始轉運之前減到比該 儲存容器壓力P1低的壓力。這可藉由正好在該填充步驟（步 驟6 10)之前開關該閥452完成。當該感測器偵測到該供應 鋼瓶448中的LIN位準已經升至第二預定位準時，關閉該 閥450。填充之後’主要由於摩擦及重力損失，使得該供 應鋼瓶448中的壓力將會稍微低於該儲存容器432中的壓 力P1。 因為LIN流過該供應管線45 1是間歇性，所以當該供 應鋼瓶448沒有被填充時即沒有LIN存於該供應管線。這 使得該供應管線451能由以低成本聚合物發泡物隔絕的金 屬或聚合物管製造，比起典型需要真空夾套管線的先前技 藝系統其實質上降低了該供應管線45 1的成本。 在遠填充步驟（步驟6 1 0)之後及下一個驟冷操作開始 實施之前’隔絕該壓力鋼瓶436及供應鋼瓶448與該系統 430的其餘部分（步驟612)，接著較佳是將該供應鋼瓶448 中的壓力P5提高至稍高於P1的壓力（步驟614)。為了完成 這件事，藉由開啟該閥438將小量LIN引入該壓力鋼瓶 436。接著關閉閥438並且藉由習知增壓線圈（沒顯示）將該 壓力鋼瓶436内的LIN增壓至壓力P2。在該驟冷操作期間 壓力P2超過（較佳是超過至少25%)該真空爐41〇中的預期 I力P6。在閥438關閉和閥444打開之間較佳是提供一時 間延遲（通常是幾分鐘）以該該壓力鋼瓶436達到預期壓力 P2 (步驟614)。必要時，該壓力鋼瓶436中的壓力p2可藉 由釋壓閥440釋出。 13 201247882 接著打開該閥444 (步驟6丨6)，其使un能流過該汽 化器442’在其中將UN轉化成高壓gan。該gan接著， 依類似活塞作用的方式’經由該供應管線445使該供應鋼 瓶448頂部空間增壓。為了保持該供應鋼瓶州中的預期 壓力P5,該閥444較佳是在UN供應至該真空爐41〇的期 保持開著。在一較不佳的選擇中，除了當lin從該儲存 合器432被轉運至s亥供應鋼瓶448的情形以外閥料4可以 一直保持開著。 提向如前段所述的供應鋼瓶448的頂部空間壓力Μ 具有使該供應鋼瓶448中的LIN，，過冷”的效應，其減少un 排却至較低壓環境期間的沸騰並且改善UN的下游流動特 性。因此，LIN T經由簡單金屬《聚合物發泡物管轉運至 該真空爐410,而不用習用真空夾套管。 該供應鋼瓶448中使用過冷的UN還有其他有益效 應。儲存於儲存容器432中的UN係飽和（與其蒸氣平衡） :坚力P1。當戎LIN被轉運至該供應鋼瓶時，該UN 將持’飽和於壓力P1經歷使熱從四周“洩漏，，至供應鋼瓶 448中所需的時期。由於供應鋼瓶448的低溫絕緣使得此 時期明顯長於爐加熱和驟冷操作的時標。所以使儲存於 该供應鋼瓶448中的LIN保持於沒高於相應於整個真空爐 驟冷彳盾環的壓力P1的平衡溫度很多的溫度。 為了減少LIN沸脫（b〇u_〇ff)，該供應鋼瓶4料較佳是 正好在該真空爐41〇的驟冷步驟開始實施之前從低於辦 壓至P5，其比p6高。

S 14 201247882 為了引發驟冷，開啟閥456(步驟618)以將UN喷入該 真空爐410。一旦該爐壓接近目標驟冷壓力，P6,該鼓風 機即開啟並且將閥420調定於該爐中的實際壓力超過“時 排茂過量LIN蒸氣（步驟528)。因為注入的un量比達到 該真空爐中預期的壓力P6所需的量多，所以開啟閥42〇 (設 於壓力P6釋放）以經由排汽導管454排掉過量的讀。當 該驟冷進行時，真空爐41G内的溫度迅速料，造成内部 壓力滑落至低於壓力P6,接著造成其他UN Μ供應管線 4 5 7注入。 注射速度及LIN喷入邊真空爐41〇内的均句度對於該 驟冷操作的成果有直接效應。過冷的UN也能於比飽和uN 高的流速下注入該真空爐41〇並且可藉由喷嘴（沒顯示）以 更均句許多且可預測的方式霧化喷入該真空爐•舉例 來說’於該驟冷製程開始時注射的 吋压射的LIN初始劑量較佳是於 心或更短内輸入。每將難以使用飽和的⑽達成（若非 無法完成的話），因為該算哈0皆r —，甘& 成寺贺肾（或其他注射裝置）將會非常 熱而且飽和的 LIN將在盥兮笙邊n4b 肝任興4荨喷嘴接觸時立即沸騰。然 而’這可使用過冷的LIN聿 運到，其將不會如此迅速沸騰。 '當達到最終爐驟冷溫度時，關閉閱42〇、444及456 並且停止該鼓風機（步驟53〇、on η Ci、 、鄉530 620及532)。接著將該真空 爐卸壓（較佳是卸壓至周遭壓 力）並且除去熱處理過的材料 (步驟532、534)。此製程可重 』U罜複進仃。在重複進行該填 充步驟（步驟610)之前，開啟關4<；9古2, 開啟閥452直到該供應鋼瓶448中 的壓力降至低於P1 (步驟622)。 15 201247882 實施例1 使用具有5立方米的真空爐熱處理具有5〇〇kg質量及 〇·50 kJ / (kg K)比熱的材料(熱負載件)。於驟冷操作開始時 7材料溫度是丨00(TC而且於該驟冷操作結束時的預期溫度 疋1 〇〇 C。把§玄真空爐建構得像圖2所示的真空爐丄1〇。應 該要注意的是關聯此實施例所提供的數據表示計算值。在 適用的情形中，能證明以這些計算結果為基礎的假設。 圖7是顯示對於該艙中每100度溫度滑落要保持12 巴的壓力（沒排洩）大概需要的氮量的圖形。最初的LIN注 射大概約15.5 kg而且整個驟冷製程大概需要總共約53 〇 kg的氮。 LIN注射造成之圖7所示的溫度滑落計算如下：

Tr = { Tf (Mf Cf + Mnp Cn) + Μη (Cn Τη - Η) } / ( Mf Cf + Μηρ Cn + Μη Cn ) 方程式2 其中： Μη =於指定溫度位準注射以配合12巴壓力要求的 LIN 質量[kg]

Mnp =預先注射的LIN的總質量（kg)

Mf =爐負載件的質量（kg)(在此實施例中500 kg) Cn = LIN蒸氣的比熱容（1 .〇5 kJ/(kg K);假設的係數）

Cf =爐負載件的比熱容（〇.50 kJ/(kg K)，假設的係 數）

S 16 201247882 Τη =注入的LIN的初始蒸氣溫度（77 Κ)

Tf =爐和負載件的初始溫度（κ)

Tr =爐負載件和注入的LIN蒸氣的換算溫度（κ) H = LIN沸騰焓=2〇〇kJ/kg，假設是常數（簡化） 圖8是顯示對於該艙中每1〇〇度溫度滑落要保持12 巴的壓力（配合於等同三分之二注射速率的速率下排；矣）大 概需要的氮量的圖形。最初的LIN注射大概約46·6 kg而 且整個驟冷製程大概需要總共約159,〇 kg的氮。在此實施 例中，於使該艙保持12巴的壓力所需速率（以質量為基準） 的三倍速率下注射LIN並且於等同該注射速率的約三分之 二倍速率下從該艙排洩氮（文中稱作“三倍質量的lin注 射”）。 由於注射三倍LIN量並且排洩三分之二所得的暖化蒸 氣造成之圖8所示的溫度滑落計算如下，其使用與方程式 2 (以上）相同的可變值：

Tr = { Tf (Mf Cf + Mnp Cn) + 3Mn (Cn Tn - H) } / ( Mf Cf + Mnp Cn + 3Mn Cn ) 圖9是顯示將三倍質量LIN注入爐艙的質量和體積流 速及在該驟冷製程的期間從該艙排洩氮的體積流速之圖 形。在圖9中’假設於10秒間隔每次該艙中的溫度滑落攝 氏_度下注射該UN (並且㈣幻。該⑽注射流速介 於每分鐘345公升的高值（初始注射於1〇〇〇。〇至每分鐘μ 公升。這些是相對高的液體流速，其最佳可使用在二來 17 201247882 源（例如圖5所示的供應系統430)所產生的壓差（pressure head)之下注入的過冷的LIN達成。熱氮氣的同時排出速率 介於每分鐘5,656標準立方呎（SCFM)至482 SCFM。這些屬 於相對高的氣體流速，其必需使用適度的大型排洩導管。 圖1 0是關於沒有排氣的LIN注射正好在每10秒的氮 注射及排氣間隔（X-軸）之前的艙和材料溫度對正好在每i 0 秒的氮注射及排氣間隔（y-軸）之後的溫度所描繪的圖形。圖 11顯示關於三倍質量的LIN注射結合排氣的同一資訊。該 等線“6巴”、“12巴”及“18巴”表示爐内的目標驟冷壓力。 如圖7及8已經舉例說明的，使用該蒸氣排洩驟冷方法的 溫度落差較大。 也值得注意的是事實上於低於100 °c的溫度下注射 LIN可能造成該爐内變成零下的溫度，其係有些合金鋼完 成馬氏體轉變（martensitic transformation)時需要的。 如圆7和8及10和11所反映的，三倍質量的LIN注 射造成比沒有排氣的LIN注射高相當多的熱負載件冷卻速 率。冷卻效率的提升可藉由該等圖形中的數個數據點來定 畺。舉例來說，在圖8中，關於12巴的目標壓力及1 〇〇〇 的初始注射爐溫，比起使用習知沒有排氣的UN注射的9 ι 5 °C (參見圖7)，利用三倍質量的LIN注射在首次UN注射 之後的即時平衡溫度是773 °C。另外，鋼的零下處理可於 低於等於200 t下開始注射。 總之，圖7至1丨詳細的的計算結果顯示本發明的方 法，其涉及真空爐中的‘過量，LIN的注射及沸騰結合‘過

S 18 201247882 量，氣體的同時排氣，能除去相當大量的熱及，因此，顯著 地加速金屬冷卻速率。應該要注意的是‘過量，lin的注射 及同時排氣在涉及中和低合金鋼的馬氏體轉變硬化的應用 中特別重要。 關此，已經從較佳具體實施例及替代具體實施例的觀 占揭示發明。虽然，熟悉此技藝者可預期本發明的教旨 的多個不同變化、修飾及替代方案而不會惊離其所欲的精 神及範疇。 【圖式簡單說明】 當聯合附加的圖开彳關绩口生 圃形閱°貴時，以上本發明的發明内容及 實施方式將較容易理解β Λ m 马了達成舉例說明本發明的目 的這些圖形中有顯示本發明之 . 乃之一特定具體實施例。然而， 所示的明確裝置及機構。在 應該要瞭解的是本發明不限於 這些圖形中： 個示範具體實施例的真空爐 圖1疋根據本發明的第— 不意圖； 圖2疋根據本發明的第 示意圖； 個示範具體實施例的真空爐 圖3是根據本發明的第 不意圖； 個示範具體實施例的真空爐 圖4是根據本發明的笛, 、弟四個示範具體實施例的真空爐 示意圖； 圖5是供根據本發明之 示範具體實施例的真空爐中 19 201247882 高壓驟冷用的UN供應系統示意圖； 圖6是描述圖5所示的爐及供腌 峨叹1、應系統的操作實例的流 程圖； ' 、 圖7是舉例說明氮注入根摅义 很媒先則技藝的真空爐造成伙 初始指定溫度的理論爐溫降低的圖形； 圖8是舉例說明三倍質詈翁 S氮，主入根據本發明的真空爐 造成從初始指定溫度的理論爐溫降低的圖形； 圖9是舉例說明根據本發 _ 月之一不|巳具體實施例的爐 被注入LIN的理論質量流速 檟々丨L速及排出N2的體積流 速的圖表； 圖1 〇是舉例說明將不同質 ^ ^ ^質量的N2注入根據先前技藝 的真二爐以達到於指定初始、.田 /m X下的特定壓力的理論爐溫 的圖表； 圖11是舉例說明將不同 士…a 貝®的N2注入根據本發明的 真工爐以達到於指定初始 圖表； I度下的特定壓力的理論爐溫的 圖12疋根據本發明 _ 爐示意圖； 個不範具體實施例的真空 圖13疋根據本發明的筮丄 爐示意圖。 的第/、個示範具體實施例的真空 20 201247882 【主要元件符號說明】 EM 電動馬達 HL 熱負載件 LIN 液態氮 12 鼓風機 14 電動馬達 16 熱交換器 17 熱負載件 18 注射點 19 冷卻系統 20 排洩點 24 冷媒流 110 真空爐 111 真空艙 112 鼓風機 116 熱交換器 210 真空爐 211 真空艙 212 鼓風機 216 熱交換器 310 兩艙真空爐系統 311 熱真空艙 312 鼓風機 313 冷卻艙 315 門 316 熱交換器 322 冷卻環路 410 真空爐 420 閥 430 供應系統 432 儲存容器 434 釋壓閥 436 壓力鋼瓶 438 閥 439 供應管線 440 釋壓閥 442 汽化器 444 閥 445 供應管線 446 建築結構 448 供應鋼瓶 450 閥 451 供應管線 452 釋壓閥 454 排洩導管 456 閥 457 供應管線 21 201247882 600 真空爐系統 601 第一艙 603 第二艙 605 輸送管 610 真空爐系統 617 熱負載件 618 注射點 620 排洩點 622 冷卻環路 700 真空爐系統 701 第一艙 703 第二艙 705 輸送管 710 真空爐系統 717 熱負載件 718 注射點 720 排洩點 722 冷卻環路 22

Claims (1)

1. 201247882 七、申請專利範圍： 1. 一種材料之驟冷方法，該方法包含下列步驟： 將低溫流體注入冷卻系統的第一流，該冷卻系統適於使 該低溫流體循環通過一熱交換器及一含有該材料的艙，該 第一流位於該艙上游及該熱交換器下游，若沒有低溫流體 從ό玄冷卻系統被排洩時，注入該第一流的該低溫流體的量 足以造成該艙超過目標壓力； 使該低溫流體循環通過該熱交換器及含有該材料的 艙；及 從該冷卻系統的第二流排洩足量的該低溫流體以使該 艙的壓力保持不高於目標壓力。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該注射步驟另外包 含將沒有低溫流體從該冷卻系統被排洩時造成該艙超過目 標壓力所需的該低溫流體的量的至少1 5倍注入該第一流。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該涑射步驟另外包 含將沒有低溫流體從該冷卻系統被排洩時造成該艙超過目 標壓力所需的該低溫流體的量的至少3倍涑入該第一流。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該浲射步驟係於引 發該循環步驟之前開始。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該排洩步驟包含通 23 201247882 過一釋壓閥釋出該低溫流體，該釋壓閥被設定於該目標壓 力時釋放。 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中該注射步驟包含注 射一包含過冷的低溫液體之低溫流體。 7.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該注射步驟包含將 -低溫流體注入冷卻系統的第一流，該冷卻系統適於使該 低溫流體循s通過熱交換器及含有才料的艙。 ，其包含下列步驟： ~儲存容器轉運至 8.種將低溫流體供應給一製程之方法 經過第一供應管線把該低溫流體從 一供應容器； 隔離該供應容器與該儲存容器； 將該低溫流體從該儲存容器轉運至一壓力容器 隔離該壓力容器與該儲存容器； 一壓力比進 讓該壓力容器的壓力提高至第一壓力，該第 行該製程時的壓力高； 線 打開介於該壓力容器與該供應容器 ’造成該供應容器的壓力提高；及 之間的第二供應管 將这低溫流體從該供應容器供應至今势牙呈 9.如申請專利範圍第8項之方法，复φ 中經過第一供應管線 將該低溫流體從一儲存容器轉運至一彳 應容器進一步包含 24 201247882 轉運充分的低溫流體以進行該製程。 1 0.如申請專利範圍第8項之方法，其進一步包含使該第二 供應管線在整個供應步驟的期間保持開啟。 1 1.如申請專利範圍第8項之方法，其中該開啟步驟造成該 供應容器中的低溫流體的一液體部分過冷。 1 2.如申請專利範圍第8項之方法，其中該製程包含使金屬 驟冷。 13.如申請專利範圍第8項之方法，其中該製程包含使金屬 在一真空爐中驟冷。 25