一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型所述的一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置為一種全新的結構合理、冷卻時降溫速度可量化控制、爐溫均勻性好、產品質量高且穩定性高的可控勻速降溫裝置，涉及機械加工的熱處理設備和熱處理工藝；其裝置包括爐氣降溫閉路循環系統及廢氣排放系統；爐氣降溫閉路循環系統包括加熱爐、與加熱爐內部空間連通的回風管道和送風管道、摻冷風裝置及空氣循環驅動裝置，廢氣排放系統包括與摻冷風管道連通的煙囪、設于煙囪上的高溫閥門二及設于爐壁以檢測爐內氣壓且與高溫閥門二進行數據交換的微差壓變送器。
【專利說明】
一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及機械加工的熱處理設備和熱處理工藝，適用于不同的熱處理加熱爐，如臺車式爐、箱式爐、井式爐、罩式爐等各種加熱爐，具體為一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置。
【背景技術】
[0002]可控勻速降溫是?保證金屬熱處理質量的重要環節，如常用合金工具鋼工件的球化退火工藝要求不同鋼種的工件冷卻降溫時，須在800°C左右?550°C左右區間內，以10?50°C/h的冷卻速度勻速降溫。又如壓力容器及機架焊接后去應力退火，工件須在700°C左右?350°C左右區間內，以20?60°C/h的冷卻速度勻速降溫，對于類似上述工藝而言，目前尚無實現可控勻速降溫的成熟方案。
[0003]為滿足金屬熱處理冷卻過程對冷卻速度的要求，通常采取下述三種方式:
[0004]—、在退火加熱完成后，打開爐門冷卻，通過改變爐門開啟的大小調節退火的降溫速度。
[0005]二、在加熱爐膛下部兩側各開數個帶調節閥的進氣孔，在爐頂中軸線上開若干出氣孔，退火加熱結束后立即開啟進氣孔和出氣孔，通過調節進氣孔的開啟程度來調節進風量調節退火的冷卻速度。
[0006]三、在中國專利2015100001065.2“一種熱處理爐的快速降溫裝置”中，將爐內高溫爐氣引入爐外快速降溫裝置中，通過摻冷風的方法使高溫爐氣降溫后再進入加熱爐使其快速降溫。
[0007]上述三種措施雖然能夠在某種程度上改善設備的冷卻能力，但仍然存在以下嚴重不足:
[0008]上述前兩種方法所得到的是從溫控儀表上表達的工藝曲線，反映的僅僅是溫控點的局部溫度，而不是全爐膛的實際狀況。對于第一種方法而言，爐門口處為冷空氣進入端，爐門口溫度與爐膛后墻處的溫差很大。上述第二種方法中，爐膛下部為冷空氣進入端，爐膛下部溫度與爐膛上部的溫差很大。這兩種方法所得到的不良后果是:①爐膛內大的溫差使爐內不同區域工件的溫度和冷卻速度出現較大差異，從而導致同爐次不同區域內工件熱處理質量不均勻。②向爐內通入冷空氣的量無法用上述兩種方法得到控制，即工件冷卻速度無法控制，導致不同爐次工件因裝爐量不同使熱處理質量波動幅度較大。
[0009]上述第三種方法所得到的結果，雖然通過摻冷風的方法提高了入爐空氣的溫度，減小了冷空氣直接入爐給爐溫帶來的沖擊，解決了冷風直接進入爐膛，破壞爐內溫度均勻性，導致熱處理質量不均勻的缺陷，而且也縮短了生產周期。但這種方式只能對冷卻速度進行定性管理，因而不能對冷卻速度進行量化控制。也就是說，這種方法可以滿足熱處理質量要求不高的產品的熱處理，但不能滿足不同材料的工件對冷卻速度需要量化控制的要求，也不能滿足工件相同但裝爐量不同的時候對冷卻速度需要量化控制的要求。即無法保證工件的熱處理質量。【實用新型內容】
[0010]本實用新型為解決上述技術中存在的問題，提出了一種全新的結構合理、冷卻時降溫速度可量化控制、爐溫均勻性好、產品質量高且穩定性高的可控勻速降溫裝置。
[0011]本實用新型所述的一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置包括爐氣降溫閉路循環系統及智能廢氣排放系統；
[0012]爐氣降溫閉路循環系統包括加熱爐、與加熱爐內部空間連通的回風管道和送風管道、摻冷風裝置及空氣循環驅動裝置，所述空氣循環驅動裝置設于送風管道和回風管道之間并相互連通，所述摻冷風裝置設于回風管道上，所述摻冷風裝置與空氣循環驅動裝置之間的回風管道上設有溫控裝置一，用以檢測摻入冷風后的空氣溫度，以控制摻冷風裝置摻入冷風量，所述摻冷風裝置與加熱爐之間的回風管道上設有高溫閥門一，所述空氣循環驅動裝置包括大風量循環風機，所述加熱爐爐壁上設有溫控裝置二，用以檢測爐內的空氣溫度，以控制空氣循環驅動裝置送入爐內的熱風量；
[0013]智能廢氣排放系統包括與回風管道連通的煙囪、設于煙囪上的高溫閥門二及設于爐內以檢測爐內氣壓，且與高溫閥門二進行數據交換的微差壓變送器。
[0014]作為上述方案的優選，所述回風管道從加熱爐側壁的下部與加熱爐內部空間連通，送風管道從加熱爐頂壁與加熱爐內部空間連通。
[0015]作為上述方案的優選，所述設于頂壁設有循環風扇。
[0016]作為上述方案的優選，所述摻冷風裝置包括設于回風管道上的摻冷風風機，所述摻冷風風機所在的回風管道區段外壁設有一段兩端封閉的外管道，所述外管道與回風管道之間形成摻冷風區，所述外管道內的回風管道區段上設有多個通孔，所述摻冷風風機與摻冷風區連通。
[0017]作為上述方案的優選，所述煙囪設于高溫閥門一與爐壁之間的回風管道上。
[0018]作為上述方案的優選，所述摻冷風風機和大風量循環風機均連接有變頻電機。
[0019]本實用新型的有益效果在于:
[0020]1、上述降溫裝置能夠對爐氣的冷卻速度進行定量化控制，從而實現對工件冷卻速度的控制，實現智能可控勻速降溫。
[0021]2、通過摻冷風將高溫爐氣降溫后返回爐內，可以有效減小室溫空氣直接進入加熱爐給爐溫造成較大沖擊，同時利用循環風扇強制爐氣循環對流保證爐溫均勻，降低冷卻時產生新熱應力的傾向，提高壓力容器及機架焊接后去應力退火的熱處理質量。
[0022]3上述降溫裝置是采用先摻冷風降溫后送風的方式，相比于先送風再摻冷風的降溫方式，其大風量循環風機的耐熱性能要求較低，投資減少、故障率降低，而且大風量循環風機在低溫區間運行時排風量減小，所需的功率降低，有利于降低能耗。
[0023]4、智能廢氣排放系統，能夠有效防止加熱過程中爐膛從外界吸入冷空氣破壞爐溫均勻性，而且有利于降低能耗。
[0024]5上述裝置結構簡單，維修方便，冷卻速度可控，爐溫均勻性好，熱處理質量優良且穩定性高，適用范圍廣，有利于市場推廣。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型所述金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置的主視圖。
[0026]圖2為圖1的俯視圖。
[0027]圖3為本實用新型中摻冷風區的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖詳細描述本實用新型的實施例。
[0029]如圖1所示，本實施例所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置的結構如下:
[0030]包括爐氣降溫閉路循環系統及智能廢氣排放系統；
[0031]爐氣降溫閉路循環系統包括加熱爐1、與加熱爐內部空間連通的回風管道4和送風管道10、摻冷風裝置6及空氣循環驅動裝置，所述空氣循環驅動裝置設于送風管道10和回風管道4之間并相互連通，且摻冷風裝置6位于空氣循環驅動裝置和回風管道4之間，
[0032]爐氣降溫閉路循環系統包括加熱爐1、與加熱爐內部空間連通的回風管道4和送風管道10、摻冷風裝置6及空氣循環驅動裝置，所述空氣循環驅動裝置設于送風管道10和回風管道4之間并相互連通，所述摻冷風裝置6設于回風管道4上，所述摻冷風裝置6與空氣循環驅動裝置之間的回風管道4上設有溫控裝置一7，用以檢測摻入冷風后的空氣溫度，以控制摻冷風裝置6摻入冷風量，所述摻冷風裝置6與加熱爐I之間的回風管道4上設有高溫閥門一5，所述空氣循環驅動裝置包括大風量循環風機8，所述加熱爐爐壁上設有溫控裝置二3，用以檢測爐內的空氣溫度，以控制空氣循環驅動裝置送入爐內的熱風量；
[0033]智能廢氣排放系統包括與回風管道連通的煙囪12、設于煙囪12上的高溫閥門二11及設于爐內以檢測爐內氣壓且與高溫閥門二 11進行數據交換的微差壓變送器13。
[0034]在本實施例中，所述回風管道4從加熱爐I側壁的下部與加熱爐I內部空間連通，送風管道10從加熱爐I頂壁與加熱爐I內部空間連通。所述加熱爐I內頂壁還設有循環風扇2。
[0035]在本實施例中，所述摻冷風裝置6包括設于回風管道4上的摻冷風風機14，所述摻冷風風機14所在的回風管道區段外壁設有一段兩端封閉的外管道16，所述外管道16與回風管道之間形成摻冷風區15，所述外管道16內的回風管道區段上設有多個通孔17，所述摻冷風風機14與慘冷風區15連通。
[0036]在本實施例中，所述煙囪12設于高溫閥門一5與爐壁之間的回風管道上。所述摻冷風風機14和大風量循環風機8均連接有變頻電機9。
[0037]以下結合上述結構詳細描述本實施例所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫方法的步驟:
[0038](I)加熱爐加熱時，關閉高溫閥門一和高溫閥門二。大風量循環風機抽出的一定量高溫爐氣通過回風管道后與冷風在摻冷風裝置內混合，獲得設定溫度的熱空氣，溫控裝置一實時監測熱空氣的溫度并控制摻冷風風機的摻冷風量至熱空氣溫度達到設定值；
[0039](2)利用大風量循環風機將混合后的熱空氣返回加熱爐內，與爐內高溫空氣混合，按工藝降溫冷卻曲線的設定值連續降低加熱爐內的溫度，此時溫控裝置二實時監測爐內空氣溫度并控制大風量循環風機送入爐內的熱風量使爐內空氣溫度達到設定值；
[0040](3)微差壓變送器對爐內氣壓實時監測，并控制高溫閥門二的開啟度，通過煙囪排放廢氣調節加熱爐內的爐壓為微正壓，防止產生負壓導至冷空氣進入爐內對爐溫產生沖擊，影響冷卻效果。
[0041]在上述步驟中，同時利用循環風扇將熱空氣在爐內空間的頂部與爐內空氣充分混合，并強制加熱爐內的熱空氣循環對流均勻爐溫。
[0042]以下根據上述勻速降溫方法和勻速降溫裝置，對本實施例做進一步說明。
[0043]本實用新型所述金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫方法和裝置具有以下特點:
[0044]1、通過溫控裝置一和溫控裝置二檢測相應的空氣溫度并控制摻冷風的量、摻冷風后混合氣體的溫度以及入爐混合氣體的風量，從而能夠定量控制爐內工件的降溫速度，滿足各種工件在不同熱處理工藝冷卻段對冷卻速度的具體要求。
[0045]2、通過給抽出的高溫爐氣摻冷風降溫來獲取一定溫度的熱空氣，再將其返回加熱爐內，與爐內高溫爐氣混合獲取溫度適中的熱空氣，通過加熱爐內的循環風扇促進返回加熱爐的熱空氣與爐內高溫爐氣充分混合并強制爐氣循環對流，使爐溫均勻，對爐內工件降溫。摻冷風將高溫爐氣降溫后的氣體再返回加熱爐，是為了減小室溫空氣直接進入加熱爐給爐溫造成沖擊。降溫后具有一定溫度的氣體與高溫爐氣混合后的氣體溫度，比返回加熱爐的熱空氣溫度高，減小了其與工件的溫差;與此同時，加熱爐內的循環風扇強制爐氣對流均勻溫爐，降低了工件冷卻時產生新熱應力的傾向。這一點對壓力容器去應力退火、焊接機架去應力退火、高合金鑄件鑄造后退火等尤其重要。
[0046]3、相比于先利用大風量循環風機送風再摻冷風降溫的方式，本實用新型采用先摻冷風對高溫空氣降溫再利用大風量循環風機送風的方式，其所需的大風量循環風機的耐溫度要求更低，大風量循環風機在低溫區間運行時排風量減小，所需的功率降低，有利于降低能耗和生產成本。
[0047]在上述實施例中，所述爐氣降溫閉路循環系統中，高溫大風量循環風機配置了與之相匹配的變頻電機，通過加熱爐所配置的溫控裝置二預設的工藝溫度，調節高溫大風量循環風機的送風量，從而控制爐膛內工件冷卻降溫的速度。
[0048]在上述實施例中，所述爐氣降溫閉路循環系統中，摻冷風風機配置了與之相匹配的變頻電機，通過所配置的溫控裝置一預設的工藝溫度，調節摻冷風風機的風量。
[0049]在上述實施例中，所述智能廢氣排放系統中設有高溫閥門二，并配置有與之相匹配的伺服電機和設于加熱爐內的微差壓變送器，共同控制爐內氣壓，使爐內壓力保持在微正壓水平，(30?50Pa)以避免爐壓為負時，因加熱爐密封不嚴吸入冷空氣而影響爐溫均勻性，從而保證熱處理質量，降低能耗。
[0050]在熱處理的加熱狀態下，高溫閥門一和高溫閥門二處于關閉狀態，摻冷風風機和高溫大風量循環風機、微差壓變送器處于待機狀態。進入冷卻階段時，開啟高溫閥門一、高溫閥門二，微差壓變送器接通電源進入工作狀態，溫控裝置一實時監測摻冷風后的熱空氣溫度值，并控制與摻冷風風機連接的變頻電機轉速，調節摻入冷風量。加熱爐上的溫控裝置二設定的降溫曲線，控制驅動高溫大風量循環風機的變頻電機轉速，調節進入加熱爐的熱風量，以控制加熱爐內工件的冷卻速度。
[0051]加熱爐上的微差壓變送器實時監測爐內氣壓，控制驅動高溫閥門二的伺服電機調節閥門的開啟度，調節廢氣的排放量，以調節爐內氣壓。
【主權項】
1.一種金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:包括爐氣降溫閉路循環系統及智能廢氣排放系統； 爐氣降溫閉路循環系統包括加熱爐、與加熱爐內部空間連通的回風管道和送風管道、摻冷風裝置及空氣循環驅動裝置，所述空氣循環驅動裝置設于送風管道和回風管道之間并相互連通，所述摻冷風裝置設于回風管道上，所述摻冷風裝置與空氣循環驅動裝置之間的回風管道上設有溫控裝置一，用以檢測摻入冷風后的空氣溫度，以控制摻冷風裝置摻入冷風量，所述摻冷風裝置與加熱爐之間的回風管道上設有高溫閥門一，所述空氣循環驅動裝置包括大風量循環風機，所述加熱爐爐壁上設有溫控裝置二，用以檢測爐內的空氣溫度，以控制空氣循環驅動裝置送入爐內的熱風量； 智能廢氣排放系統包括與回風管道連通的煙囪、設于煙囪上的高溫閥門二及設于爐內以檢測爐內氣壓，且與高溫閥門二進行數據交換的微差壓變送器。2.根據權利要求1所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:所述回風管道從加熱爐側壁的下部與加熱爐內部空間連通，送風管道從加熱爐頂壁與加熱爐內部空間連通。3.根據權利要求1所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:所述加熱爐內頂壁設有循環風扇。4.根據權利要求1所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:所述摻冷風裝置包括設于回風管道上的摻冷風風機，所述摻冷風風機所在的回風管道區段外壁設有一段兩端封閉的外管道，所述外管道與回風管道之間形成摻冷風區，所述外管道內的回風管道區段上設有多個通孔，所述摻冷風風機與摻冷風區連通。5.根據權利要求1所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:所述煙囪設于高溫閥門一與爐壁之間的回風管道上。6.根據權利要求1所述的金屬熱處理冷卻過程可控勻速降溫裝置，其特征在于:所述摻冷風風機和大風量循環風機均連接有變頻電機。
【文檔編號】C21D9/00GK205473901SQ201620231386
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】葉菁, 李巖松, 崔勇進
【申請人】武漢電爐有限公司