一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型所述的一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置为一种全新的结构合理、冷却时降温速度可量化控制、炉温均匀性好、产品质量高且稳定性高的可控匀速降温装置，涉及机械加工的热处理设备和热处理工艺；其装置包括炉气降温闭路循环系统及废气排放系统；炉气降温闭路循环系统包括加热炉、与加热炉内部空间连通的回风管道和送风管道、掺冷风装置及空气循环驱动装置，废气排放系统包括与掺冷风管道连通的烟囱、设于烟囱上的高温阀门二及设于炉壁以检测炉内气压且与高温阀门二进行数据交换的微差压变送器。
【专利说明】
一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及机械加工的热处理设备和热处理工艺，适用于不同的热处理加热炉，如台车式炉、箱式炉、井式炉、罩式炉等各种加热炉，具体为一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置。
【背景技术】
[0002]可控匀速降温是?保证金属热处理质量的重要环节，如常用合金工具钢工件的球化退火工艺要求不同钢种的工件冷却降温时，须在800°C左右?550°C左右区间内，以10?50°C/h的冷却速度匀速降温。又如压力容器及机架焊接后去应力退火，工件须在700°C左右?350°C左右区间内，以20?60°C/h的冷却速度匀速降温，对于类似上述工艺而言，目前尚无实现可控匀速降温的成熟方案。
[0003]为满足金属热处理冷却过程对冷却速度的要求，通常采取下述三种方式:
[0004]—、在退火加热完成后，打开炉门冷却，通过改变炉门开启的大小调节退火的降温速度。
[0005]二、在加热炉膛下部两侧各开数个带调节阀的进气孔，在炉顶中轴线上开若干出气孔，退火加热结束后立即开启进气孔和出气孔，通过调节进气孔的开启程度来调节进风量调节退火的冷却速度。
[0006]三、在中国专利2015100001065.2“一种热处理炉的快速降温装置”中，将炉内高温炉气引入炉外快速降温装置中，通过掺冷风的方法使高温炉气降温后再进入加热炉使其快速降温。
[0007]上述三种措施虽然能够在某种程度上改善设备的冷却能力，但仍然存在以下严重不足:
[0008]上述前两种方法所得到的是从温控仪表上表达的工艺曲线，反映的仅仅是温控点的局部温度，而不是全炉膛的实际状况。对于第一种方法而言，炉门口处为冷空气进入端，炉门口温度与炉膛后墙处的温差很大。上述第二种方法中，炉膛下部为冷空气进入端，炉膛下部温度与炉膛上部的温差很大。这两种方法所得到的不良后果是:①炉膛内大的温差使炉内不同区域工件的温度和冷却速度出现较大差异，从而导致同炉次不同区域内工件热处理质量不均匀。②向炉内通入冷空气的量无法用上述两种方法得到控制，即工件冷却速度无法控制，导致不同炉次工件因装炉量不同使热处理质量波动幅度较大。
[0009]上述第三种方法所得到的结果，虽然通过掺冷风的方法提高了入炉空气的温度，减小了冷空气直接入炉给炉温带来的冲击，解决了冷风直接进入炉膛，破坏炉内温度均匀性，导致热处理质量不均匀的缺陷，而且也缩短了生产周期。但这种方式只能对冷却速度进行定性管理，因而不能对冷却速度进行量化控制。也就是说，这种方法可以满足热处理质量要求不高的产品的热处理，但不能满足不同材料的工件对冷却速度需要量化控制的要求，也不能满足工件相同但装炉量不同的时候对冷却速度需要量化控制的要求。即无法保证工件的热处理质量。【实用新型内容】
[0010]本实用新型为解决上述技术中存在的问题，提出了一种全新的结构合理、冷却时降温速度可量化控制、炉温均匀性好、产品质量高且稳定性高的可控匀速降温装置。
[0011]本实用新型所述的一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置包括炉气降温闭路循环系统及智能废气排放系统；
[0012]炉气降温闭路循环系统包括加热炉、与加热炉内部空间连通的回风管道和送风管道、掺冷风装置及空气循环驱动装置，所述空气循环驱动装置设于送风管道和回风管道之间并相互连通，所述掺冷风装置设于回风管道上，所述掺冷风装置与空气循环驱动装置之间的回风管道上设有温控装置一，用以检测掺入冷风后的空气温度，以控制掺冷风装置掺入冷风量，所述掺冷风装置与加热炉之间的回风管道上设有高温阀门一，所述空气循环驱动装置包括大风量循环风机，所述加热炉炉壁上设有温控装置二，用以检测炉内的空气温度，以控制空气循环驱动装置送入炉内的热风量；
[0013]智能废气排放系统包括与回风管道连通的烟囱、设于烟囱上的高温阀门二及设于炉内以检测炉内气压，且与高温阀门二进行数据交换的微差压变送器。
[0014]作为上述方案的优选，所述回风管道从加热炉侧壁的下部与加热炉内部空间连通，送风管道从加热炉顶壁与加热炉内部空间连通。
[0015]作为上述方案的优选，所述设于顶壁设有循环风扇。
[0016]作为上述方案的优选，所述掺冷风装置包括设于回风管道上的掺冷风风机，所述掺冷风风机所在的回风管道区段外壁设有一段两端封闭的外管道，所述外管道与回风管道之间形成掺冷风区，所述外管道内的回风管道区段上设有多个通孔，所述掺冷风风机与掺冷风区连通。
[0017]作为上述方案的优选，所述烟囱设于高温阀门一与炉壁之间的回风管道上。
[0018]作为上述方案的优选，所述掺冷风风机和大风量循环风机均连接有变频电机。
[0019]本实用新型的有益效果在于:
[0020]1、上述降温装置能够对炉气的冷却速度进行定量化控制，从而实现对工件冷却速度的控制，实现智能可控匀速降温。
[0021]2、通过掺冷风将高温炉气降温后返回炉内，可以有效减小室温空气直接进入加热炉给炉温造成较大冲击，同时利用循环风扇强制炉气循环对流保证炉温均匀，降低冷却时产生新热应力的倾向，提高压力容器及机架焊接后去应力退火的热处理质量。
[0022]3上述降温装置是采用先掺冷风降温后送风的方式，相比于先送风再掺冷风的降温方式，其大风量循环风机的耐热性能要求较低，投资减少、故障率降低，而且大风量循环风机在低温区间运行时排风量减小，所需的功率降低，有利于降低能耗。
[0023]4、智能废气排放系统，能够有效防止加热过程中炉膛从外界吸入冷空气破坏炉温均匀性，而且有利于降低能耗。
[0024]5上述装置结构简单，维修方便，冷却速度可控，炉温均匀性好，热处理质量优良且稳定性高，适用范围广，有利于市场推广。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型所述金属热处理冷却过程可控匀速降温装置的主视图。
[0026]图2为图1的俯视图。
[0027]图3为本实用新型中掺冷风区的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图详细描述本实用新型的实施例。
[0029]如图1所示，本实施例所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置的结构如下:
[0030]包括炉气降温闭路循环系统及智能废气排放系统；
[0031]炉气降温闭路循环系统包括加热炉1、与加热炉内部空间连通的回风管道4和送风管道10、掺冷风装置6及空气循环驱动装置，所述空气循环驱动装置设于送风管道10和回风管道4之间并相互连通，且掺冷风装置6位于空气循环驱动装置和回风管道4之间，
[0032]炉气降温闭路循环系统包括加热炉1、与加热炉内部空间连通的回风管道4和送风管道10、掺冷风装置6及空气循环驱动装置，所述空气循环驱动装置设于送风管道10和回风管道4之间并相互连通，所述掺冷风装置6设于回风管道4上，所述掺冷风装置6与空气循环驱动装置之间的回风管道4上设有温控装置一7，用以检测掺入冷风后的空气温度，以控制掺冷风装置6掺入冷风量，所述掺冷风装置6与加热炉I之间的回风管道4上设有高温阀门一5，所述空气循环驱动装置包括大风量循环风机8，所述加热炉炉壁上设有温控装置二3，用以检测炉内的空气温度，以控制空气循环驱动装置送入炉内的热风量；
[0033]智能废气排放系统包括与回风管道连通的烟囱12、设于烟囱12上的高温阀门二11及设于炉内以检测炉内气压且与高温阀门二 11进行数据交换的微差压变送器13。
[0034]在本实施例中，所述回风管道4从加热炉I侧壁的下部与加热炉I内部空间连通，送风管道10从加热炉I顶壁与加热炉I内部空间连通。所述加热炉I内顶壁还设有循环风扇2。
[0035]在本实施例中，所述掺冷风装置6包括设于回风管道4上的掺冷风风机14，所述掺冷风风机14所在的回风管道区段外壁设有一段两端封闭的外管道16，所述外管道16与回风管道之间形成掺冷风区15，所述外管道16内的回风管道区段上设有多个通孔17，所述掺冷风风机14与惨冷风区15连通。
[0036]在本实施例中，所述烟囱12设于高温阀门一5与炉壁之间的回风管道上。所述掺冷风风机14和大风量循环风机8均连接有变频电机9。
[0037]以下结合上述结构详细描述本实施例所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温方法的步骤:
[0038](I)加热炉加热时，关闭高温阀门一和高温阀门二。大风量循环风机抽出的一定量高温炉气通过回风管道后与冷风在掺冷风装置内混合，获得设定温度的热空气，温控装置一实时监测热空气的温度并控制掺冷风风机的掺冷风量至热空气温度达到设定值；
[0039](2)利用大风量循环风机将混合后的热空气返回加热炉内，与炉内高温空气混合，按工艺降温冷却曲线的设定值连续降低加热炉内的温度，此时温控装置二实时监测炉内空气温度并控制大风量循环风机送入炉内的热风量使炉内空气温度达到设定值；
[0040](3)微差压变送器对炉内气压实时监测，并控制高温阀门二的开启度，通过烟囱排放废气调节加热炉内的炉压为微正压，防止产生负压导至冷空气进入炉内对炉温产生冲击，影响冷却效果。
[0041]在上述步骤中，同时利用循环风扇将热空气在炉内空间的顶部与炉内空气充分混合，并强制加热炉内的热空气循环对流均匀炉温。
[0042]以下根据上述匀速降温方法和匀速降温装置，对本实施例做进一步说明。
[0043]本实用新型所述金属热处理冷却过程可控匀速降温方法和装置具有以下特点:
[0044]1、通过温控装置一和温控装置二检测相应的空气温度并控制掺冷风的量、掺冷风后混合气体的温度以及入炉混合气体的风量，从而能够定量控制炉内工件的降温速度，满足各种工件在不同热处理工艺冷却段对冷却速度的具体要求。
[0045]2、通过给抽出的高温炉气掺冷风降温来获取一定温度的热空气，再将其返回加热炉内，与炉内高温炉气混合获取温度适中的热空气，通过加热炉内的循环风扇促进返回加热炉的热空气与炉内高温炉气充分混合并强制炉气循环对流，使炉温均匀，对炉内工件降温。掺冷风将高温炉气降温后的气体再返回加热炉，是为了减小室温空气直接进入加热炉给炉温造成冲击。降温后具有一定温度的气体与高温炉气混合后的气体温度，比返回加热炉的热空气温度高，减小了其与工件的温差;与此同时，加热炉内的循环风扇强制炉气对流均匀温炉，降低了工件冷却时产生新热应力的倾向。这一点对压力容器去应力退火、焊接机架去应力退火、高合金铸件铸造后退火等尤其重要。
[0046]3、相比于先利用大风量循环风机送风再掺冷风降温的方式，本实用新型采用先掺冷风对高温空气降温再利用大风量循环风机送风的方式，其所需的大风量循环风机的耐温度要求更低，大风量循环风机在低温区间运行时排风量减小，所需的功率降低，有利于降低能耗和生产成本。
[0047]在上述实施例中，所述炉气降温闭路循环系统中，高温大风量循环风机配置了与之相匹配的变频电机，通过加热炉所配置的温控装置二预设的工艺温度，调节高温大风量循环风机的送风量，从而控制炉膛内工件冷却降温的速度。
[0048]在上述实施例中，所述炉气降温闭路循环系统中，掺冷风风机配置了与之相匹配的变频电机，通过所配置的温控装置一预设的工艺温度，调节掺冷风风机的风量。
[0049]在上述实施例中，所述智能废气排放系统中设有高温阀门二，并配置有与之相匹配的伺服电机和设于加热炉内的微差压变送器，共同控制炉内气压，使炉内压力保持在微正压水平，(30?50Pa)以避免炉压为负时，因加热炉密封不严吸入冷空气而影响炉温均匀性，从而保证热处理质量，降低能耗。
[0050]在热处理的加热状态下，高温阀门一和高温阀门二处于关闭状态，掺冷风风机和高温大风量循环风机、微差压变送器处于待机状态。进入冷却阶段时，开启高温阀门一、高温阀门二，微差压变送器接通电源进入工作状态，温控装置一实时监测掺冷风后的热空气温度值，并控制与掺冷风风机连接的变频电机转速，调节掺入冷风量。加热炉上的温控装置二设定的降温曲线，控制驱动高温大风量循环风机的变频电机转速，调节进入加热炉的热风量，以控制加热炉内工件的冷却速度。
[0051]加热炉上的微差压变送器实时监测炉内气压，控制驱动高温阀门二的伺服电机调节阀门的开启度，调节废气的排放量，以调节炉内气压。
【主权项】
1.一种金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:包括炉气降温闭路循环系统及智能废气排放系统； 炉气降温闭路循环系统包括加热炉、与加热炉内部空间连通的回风管道和送风管道、掺冷风装置及空气循环驱动装置，所述空气循环驱动装置设于送风管道和回风管道之间并相互连通，所述掺冷风装置设于回风管道上，所述掺冷风装置与空气循环驱动装置之间的回风管道上设有温控装置一，用以检测掺入冷风后的空气温度，以控制掺冷风装置掺入冷风量，所述掺冷风装置与加热炉之间的回风管道上设有高温阀门一，所述空气循环驱动装置包括大风量循环风机，所述加热炉炉壁上设有温控装置二，用以检测炉内的空气温度，以控制空气循环驱动装置送入炉内的热风量； 智能废气排放系统包括与回风管道连通的烟囱、设于烟囱上的高温阀门二及设于炉内以检测炉内气压，且与高温阀门二进行数据交换的微差压变送器。2.根据权利要求1所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:所述回风管道从加热炉侧壁的下部与加热炉内部空间连通，送风管道从加热炉顶壁与加热炉内部空间连通。3.根据权利要求1所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:所述加热炉内顶壁设有循环风扇。4.根据权利要求1所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:所述掺冷风装置包括设于回风管道上的掺冷风风机，所述掺冷风风机所在的回风管道区段外壁设有一段两端封闭的外管道，所述外管道与回风管道之间形成掺冷风区，所述外管道内的回风管道区段上设有多个通孔，所述掺冷风风机与掺冷风区连通。5.根据权利要求1所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:所述烟囱设于高温阀门一与炉壁之间的回风管道上。6.根据权利要求1所述的金属热处理冷却过程可控匀速降温装置，其特征在于:所述掺冷风风机和大风量循环风机均连接有变频电机。
【文档编号】C21D9/00GK205473901SQ201620231386
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】叶菁, 李岩松, 崔勇进
【申请人】武汉电炉有限公司