金属制件淬火介质循环利用装置及其循环利用方法与流程

本发明属于热处理技术领域，尤其是一种金属制件淬火介质循环利用装置及其循环利用方法。

背景技术：

淬火是材料热处理的一种常用工艺，是将金属或合金等工件在高温下所具有的状态以过冷、过饱和状态固定至室温，或使基体转变成晶体结构与高温状态不同的亚稳态的热处理形式。在对金属进行淬火处理时，需要将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却。常用的淬火介质有水、无机盐溶液、矿物油等。金属或合金工件经过淬火处理后可以大幅度提高硬度及其耐磨性。

以常见的无机盐溶液淬火介质为例，在淬火过程中，由于金属制件淬火后部分淬火介质凝结于金属制件的表面，经过清水冲洗后流失，淬火槽内的淬火介质因此逐渐减少，需要不断的添加以保证淬火质量。淬火介质的流失不仅增加淬火过程的材料成本，同时，流失的淬火介质如果不进行处理，极易对自然环境造成污染。

为了降低淬火介质的流失，部分淬火装置采用对冲洗水进行收集并利用温差法通过降低冲洗水的温度使溶于冲洗水的淬火介质结晶析出。淬火介质溶于冲洗水后，本身浓度极低，如果要结晶析出必然要达到饱和状态，在浓度较低的情况下，通过降温实现淬火介质饱和析出难以实现。

技术实现要素：

发明目的：提供一种金属制件淬火介质循环利用装置及其循环利用方法，以解决现有技术存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种金属制件淬火介质循环利用装置，包括：

淬火部件，包括淬火槽以及用于吊装运输金属制件的输送线；所述淬火槽内注有淬火介质；

淋洗部件，包括淋洗室、设于淋洗室顶部的喷淋组件以及与淋洗室的底部连通的淋洗出水管；

介质回收部件，包括蒸发槽、用于对蒸发槽进行加热的加热炉、与蒸发槽连通的结晶槽以及用于将结晶槽内的结晶介质移出的移出组件；所述蒸发槽的侧壁与淋洗出水管连接，所述蒸发槽通过连通管与结晶槽连通，所述蒸发槽的顶部设有锥形冷凝盖，所述冷凝盖的底部设有集水槽；所述结晶槽的底部与移出组件固定连接；

回流部件，包括集水箱以及水泵，所述集水箱的顶部通过集水进水管与集水槽连接，所述集水箱通过集水出水管与水泵的进水端连接，所述水泵的出水端通过回水管与喷淋组件连接；当金属制件淬火后通过输送线移动至淋洗室，喷淋组件对金属制件进行清洗，清洗后的水通过淋洗出水管流入蒸发槽中，加热炉对蒸发槽进行加热使蒸发槽的中水汽蒸发并在冷凝盖液化凝结成水滴流入集水槽，集水槽中的水通过集水进水管流入集水箱中，气泵将集水箱中的水通过集水出水管抽出并通过回水管输送至喷淋组件对淬火后的金属制件进行喷淋清洗。

在进一步的实施例中，所述结晶槽包括结晶内槽以及套于结晶内槽的结晶外槽，所述结晶内槽的侧壁绕有螺旋冷水管，所述螺旋冷水管的进水端水平延伸出结晶外槽，所述螺旋冷水管的出水端从结晶外槽的底部延伸出结晶外槽；通过不断的向冷水管中注入冷水，加速结晶槽内的介质溶液冷却，从而使介质快速结晶析出。

在进一步的实施例中，所述结晶槽的底部呈倒锥状结构，结晶的介质向结晶槽的底部集中沉积，从而便于将结晶的介质移出；所述移出组件包括倾斜设置的移动筒体、插于移动筒体内的转轴以及与转轴连接的第一驱动组件；所述移动筒体的侧壁靠近底部一端设有与结晶槽底部侧壁连接的进料口，所述移动筒体侧壁靠近顶部的一端设有出料口；所述转轴沿其长度方向设有螺旋叶片；所述第一驱动组件与移动筒体的顶端固定连接，所述第一驱动组件可带动转轴转动；所述第一驱动组件带动转轴转动使螺旋叶片转动，螺旋叶片转动将结晶槽底部沉积的结晶介质沿移动筒体向上提升，结晶介质从出料口移出；通过此设置实现对结晶介质的回收。

在进一步的实施例中，所述淬火部件还包括搅拌组件，所述搅拌组件包括水平设置的搅拌轴以及与搅拌轴连接的第二驱动组件；所述搅拌轴位于淬火槽内靠近底部的一端，所述搅拌轴的周面上设有若干搅拌叶片，所述搅拌轴与淬火槽的侧壁转动连接，所述搅拌轴的一端延伸出淬火槽与第二驱动组件连接；将回收的结晶介质重新添加进淬火槽，第二驱动组件带动搅拌轴转动，从而使所述搅拌叶片不断的搅动介质溶液，促进结晶的介质加速溶解。

在进一步的实施例中，所述淬火槽的底部设有加热腔，所述淬火槽内设有温度传感器，所述加热腔通过加热支管与加热炉的烟道连通，所述加热支管上设有电磁阀；温度传感器对淬火槽内的淬火介质进行温度检测，当淬火介质温度较低时，电磁阀打开使加热炉中的高温废气进入加热腔对淬火槽进行加热，实现温度补偿。

在进一步的实施例中，所述淬火槽的顶部设有“λ”形顶盖，所述顶盖的下端面与淬火槽的顶面固定连接，所述顶盖的侧面内壁上开设若干凝水槽；高温金属制件与淬火介质溶液接触时，淬火介质溶液中的液体水会产生气化产生水蒸气，水蒸气在遇到顶盖液化成水滴重新滴入淬火槽，降低淬火槽内淬火介质溶液中水分的流失，使介质溶液的浓度保持稳定。

在进一步的实施例中，所述淋洗出水管包括管体部、插于管体部内的清理轴以及与管体部的一端固体连接的第三驱动组件；所述管体部靠近第三驱动组件的一端设有连接管，所述连接管与淋洗室的底部连接，所述管体部的另一端与蒸发槽固定连接；所述清理轴的一端延伸出管体部与第三驱动组件连接，所述清理轴的周面上包覆有螺旋软体刷；第三驱动组件带动清理轴转动，使螺旋软体刷不停的清理淋洗出水管的内壁，减少水垢的沉积。

在进一步的实施例中，所述连通管的内径为5-8cm。

一种金属制件淬火介质循环利用装置的循环利用方法，包括：

步骤1：高温金属制件随输送线移动至淬火槽内进行淬火工艺，淬火结束后，金属制件随输送线移动至淋洗室；

步骤2：淋洗室中的喷淋组件喷水对金属制件上残留的介质溶液进行清洗，清洗后的介质稀释溶液从淋洗出水管流至蒸发槽内；

步骤3：蒸发槽和结晶槽连通，蒸发槽和结晶槽内的介质稀释溶液保持相同的液位，加热炉对蒸发槽进行加热使蒸发槽内的溶液沸腾，溶液中的水分蒸发并在冷凝管上凝结流入集水槽中，集水槽中的水通过集水进水管流入集水箱中，水泵抽取集水箱中的水至喷淋组件实现喷淋用水的循环；水分的蒸发，蒸发槽和结晶槽内的淬火介质溶液的浓度升高；通过向结晶槽内的冷凝管中不断注入冷水，降低结晶槽内的介质溶液的温度，使介质结晶析出，结晶的介质向结晶槽的底部沉积；

步骤4：第一驱动组件运动带动转轴转动从而使螺旋叶片旋转，螺旋叶片旋转将结晶槽底部沉积的介质通过移出筒体的出料口移出，移出的结晶介质循环使用并重新注入淬火槽内；

步骤5：第二驱动组件带动搅拌轴转动，搅拌轴上的搅拌叶片搅动淬火介质溶液，促进结晶的淬火介质溶解，使淬火介质溶液的浓度保持均匀。

有益效果：本发明提出了金属制件淬火介质循环利用装置及其循环利用方法，通过设计相互连通的蒸发槽和结晶槽，通过加热炉对蒸发槽进行加热，提高蒸发槽和结晶槽中的淬火介质的浓度，通过向冷凝管中不断注水，降低结晶槽中的淬火介质的温度，降低结晶槽中的淬火介质的溶解度使淬火介质结晶析出；同时设计移出组件将结晶的淬火介质移出，将移出的淬火介质重新投入淬火槽，实现淬火介质的循环使用；通过设计回流部件将集水箱中的水传输至喷淋组件对淬火后的金属制件进行清洗，实现喷淋用水的循环使用。通过设计温度传感器、加热腔、加热支管以及电磁阀，实现对淬火槽中淬火介质溶液的温度补偿。与现有技术相比，本发明提供的金属制件淬火介质循环利用装置能够实现对淬火介质的收集以及循环利用，同时还能实现对喷淋用水的循环利用，提高资源利用率，降低环境污染。

附图说明

图1是本发明的金属制件淬火介质循环利用装置的结构示意图。

图2是本发明的淬火部件的结构示意图。

图3是本发明的蒸发槽的结构示意图。

图4是本发明的图3的局部视图。

图5是本发明的结晶槽和移出组件的结构示意图。

图6是本发明的移出组件的结构示意图。

图7是本发明的结晶槽的半剖示意图。

图8是本发明的淬火槽的顶盖的结构示意图。

图9是本发明的淋洗出水管的结构示意图。

图1至图9各处标记分别为：淬火部件10、淬火槽11、输送线12、吊钩121、搅拌组件13、搅拌轴131、搅拌叶片1311、第二驱动组件132、第二电机1321、第二减速机1322、机架133、加热腔134、温度传感器135、加热支管136、电磁阀137、顶盖138、凝水槽1381、淋洗部件20、淋洗室21、喷淋组件22、淋洗出水管23、管体部231、连接管2311、清理轴232、螺旋软体刷2321、第三驱动组件233、第三电机2331、第三减速机2332、介质回收部件30、蒸发槽31、支柱311、冷凝盖312、集水槽3121、外螺纹连接部3122、内螺纹连接部313、加热炉32、结晶槽33、框型支架331、结晶内槽332、结晶外槽333、螺旋冷水管334、移出组件34、移动筒体341、进料口3411、出料口3412、转轴342、螺旋叶片3421、第一驱动组件343、第一电机3431、第一减速机3432、连通管35、回流部件40、集水箱41、集水进水管411、集水出水管412、水泵42、回水管421。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人认为，在金属制件淬火过程中，部分淬火介质会凝结与金属制件的表面，经清水冲洗后流失。因此需要及时向淬火介质溶液中添加淬火介质，造成淬火工程的材料成本的增加。同时，流失的淬火介质如果不进行有效处理，极易造成对自然环境的污染。现有的淬火装置中，通常采用温差法通过降低冲洗水的温度使淬火介质结晶析出。但是，在淬火介质溶于冲洗水后，冲洗水中的淬火介质的浓度极低。因此在淬火介质浓度极低的情况下，通过降温实现淬火介质饱和析出难以实现。因此，如何有效对流失的淬火介质进行回收循环利用成为亟需解决的问题。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种金属制件淬火介质循环利用装置。结合图1，该装置包括淬火部件10、淋洗部件20、介质回收部件30以及回流部件40。

结合图2，淬火部件10包括淬火槽11以及输送线12。具体的，淬火槽11内注有淬火介质溶液。输送线12从淬火槽11的一侧延伸进淬火槽11内部并从淬火槽11的另一侧延伸出淬火槽11。输送线12上设有用于吊运金属制件的吊钩121。随着输送线12的运行，吊钩121携带金属制件从淬火槽11的一侧进入淬火槽11内，高温的金属制件浸入淬火介质溶液进行淬火。淬火后的金属制件随着输送线12的运行从淬火槽11的另一侧移出。

淋洗部件20包括淋洗室21、喷淋组件22以及淋洗出水管23。具体的淋洗室21沿输送线12的运行方向设于淬火槽11的一侧，淬火后的金属制件从淬火槽11移出后进入淋洗室21。喷淋组件22采用多个喷头，这些喷头设于淋洗室21的顶部，当淬火后的金属制件进入淋洗室21后，喷头喷水对金属制件进行清洗，将凝结于金属制件上的淬火介质溶液清洗干净，清洗后的金属制件随输送线12的运动移出淋洗室21，被喷淋下来的淬火介质溶液稀释到喷淋水中并从淋洗出水管23排出，为了便于喷淋水的排出，淋洗出水管23的一端与淋洗室21的底部连通。

结合图3至图5，介质回收部件30包括蒸发槽31、加热炉32、结晶槽33以及移出组件34。具体的，蒸发槽31的侧壁与淋洗出水管23远离淋洗室21的一端连接，从淋洗出水管23排水的淬火介质的稀释溶液流动至蒸发槽31内。蒸发槽31与结晶槽33之间通过连通管35进行连通，流入蒸发槽31中的淬火介质稀释溶液进一步流动至结晶槽33内。蒸发槽31的侧面外壁焊接有多个支柱311，蒸发槽31通过支柱311实现支撑。结晶槽33通过框型支架331进行支撑，结晶槽33的侧面外壁与框型支架331焊接固定。加热炉32位于蒸发槽31的下方，通过加热炉32对蒸发槽31进行加热，使蒸发槽31中的淬火介质稀释溶液沸腾，从而加速稀释溶液中的水分蒸发气化，从而提高淬火介质稀释溶液的淬火介质浓度。由于结晶槽33和蒸发槽31连通，从而使得结晶槽33中的淬火介质稀释溶液的淬火介质浓度也相应的提高。结晶槽33中的淬火介质稀释溶液不断的进行散热，因此淬火介质稀释溶液的温度较低，便于淬火介质的结晶析出。结晶析出的淬火介质通过移出组件34移出结晶槽33，移出组件34与结晶槽33的底部固定连接。为了降低蒸发槽31中淬火介质的淬火介质稀释溶液和结晶槽33中的淬火介质稀释溶液的热交换速率，本实施例中的连通管35的内径为5-8cm，在确保蒸发槽31和结晶槽33连通的基础上，尽量减小连通管35的内径。蒸发槽31的顶部还设有锥形的冷凝盖312，冷凝盖312的底部还设有环形的集水槽3121，集水槽3121的槽口向上，集水槽3121的内径大于蒸发槽31的外径，同时冷凝盖312的底部还设有外螺纹连接部3122，蒸发槽31的顶部内壁设有内螺纹连接部313，外螺纹连接部3122与内螺纹连接部313适配，冷凝盖312与蒸发槽31之间螺纹连接。蒸发的水蒸气遇到冷凝盖312液化成水液滴并沿着冷凝盖312的内壁面下滑至集水槽3121中。

结合图6，本实施例中的移出组件34包括移动筒体341、转轴342以及第一驱动组件343。其中移动筒体341倾斜设置，移动筒体341的侧壁靠近底部的一端开有进料口3411，该进料口3411与结晶槽33底的底部侧壁固定连接；同时移动筒体341的侧壁靠近顶部的一端的还设有一个出料口3412；转轴342的周面上设有一个沿转轴342长度方向的螺旋叶片3421；第一驱动组件343与移动筒体341的顶端固定连接，其中，第一驱动组件343包括第一电机3431以及与第一电机3431连接的第一减速机3432；第一减速机3432的外壳与移动筒体341的顶端固定连接，第一减速机3432的输出端与转轴342同轴连接。第一电机3431运行时，通过第一减速机3432带动转轴342转动，从而使转轴342上的螺旋叶片3421不断的旋转，随着螺旋叶片3421的旋转，结晶槽33内结晶的淬火介质随螺旋叶片3421不断倾斜向上移动，最终从出料口3412排出，通过对排出的淬火介质进行回收并重新投放进淬火槽11内实现淬火介质的循环利用。为了便于结晶的淬火介质向结晶槽33的底部沉积，结晶槽33的底部设计成倒锥形结构，结晶的淬火介质向结晶槽33的底部积聚，便于结晶的淬火介质的移出。

回流部件40包括集水箱41以及水泵42。具体的，集水箱41的顶部高度低于集水槽3121的高度，集水槽3121的底部连接有集水进水管411，集水进水管411远离集水槽3121的一端与集水箱41的顶部连接，集水槽3121中积聚的水通过集水进水管411流入集水箱41中。集水箱41的侧壁靠近底部的一端连接有集水出水管412，集水出水管412远离集水箱41的一端与水泵42的进水端连接，水泵42的出水端连接有回水管421，回水管421远离水泵42的一端与喷淋组件22的喷头连接。通过水泵42的运转，将集水箱41中的水抽至喷头对淬火后的金属制件进行清洗，实现对喷淋用水的回收和利用，提高了水资源的利用率。

由于结晶槽33和蒸发槽31之间连通，因此结晶槽33和蒸发槽31之间不可避免会产生热交换，导致结晶槽33中的淬火介质稀释溶液的温度降低速率较慢，进而导致淬火介质难以快速饱和析出。为了提高淬火介质的结晶速率，结合图7，本实施例中的结晶槽33包括结晶内槽332和结晶外槽333，结晶外槽333套于结晶内槽332，结晶内槽332和结晶外槽333均为封闭式结构，结晶内槽332的外径小于结晶外槽333的内径，结晶内槽332的侧壁上绕有螺旋冷水管334，该螺旋冷水管334的进水端水平延伸出结晶外槽333，该螺旋冷水管334的出水端从结晶外槽333的底部竖直延伸出结晶外槽333。通过向冷水管中不断是注入冷水，随着冷水的流动将结晶槽33中的热量快速的吸收，从而使结晶槽33中的淬火介质稀释溶液快速冷却，提高淬火介质的结晶效率。另外，由于冷水不断的将结晶槽33中的热量吸收，结晶槽33的温度进一步下降，淬火介质的溶解度进一步降低，从而可以使更多的淬火介质结晶析出，从而提高淬火介质的回收量，提高淬火介质的循环使用率。

将淬火介质回收后重新投放进淬火槽11内，由于淬火介质处于晶体状态，因此需要的一定的溶解时间。同时，投放后的淬火介质在溶解过程中会导致淬火介质溶液的局部浓度过高，进而影响金属制件的淬火质量。为了缓解这一情况，结合图2，在进一步的实施例中，淬火部件10还包括搅拌组件13。具体的，搅拌组件13包括搅拌轴131以及第二驱动组件132，搅拌轴131水平设置，搅拌轴131位于淬火槽11内靠近底部的一端，搅拌轴131的周面上设有若干搅拌叶片1311，搅拌轴131的两端分别与淬火槽11的侧面转动连接，并且搅拌轴131的一端延伸出淬火槽11与第二驱动组件132连接。第二驱动组件132包括第二电机1321以及第二减速机1322，第二电机1321以及第二减速机1322以及淬火槽11均设于机架133上。第二电机1321通过第二减速机1322带动搅拌轴131转动，使搅拌轴131上的搅拌叶片1311不断的搅动淬火介质溶液，加速淬火介质晶体的溶解速率。同时，在搅拌过程中，也提高了淬火介质溶液的均匀性，提高金属制件的淬火质量。

需要指出的是，在金属制件淬火过程中，淬火介质溶液的温度不宜过低，如果淬火介质溶液的温度过低，会导致金属制件的淬火质量下降，极易产生局部应力导致开裂变形。为了避免这种情况，结合图1，在淬火槽11的底部设置加热腔134，同时设置一个温度传感器135，该温度传感器135的检测端位于淬火槽11内。另外，加热腔134通过加热支管136与加热炉32的烟道连通，加热支管136上设有一个电磁阀137，该电磁阀137与温度传感器135电性连接。通过温度传感器135对淬火槽11内的淬火介质进行温度检测，当淬火介质溶液的温度较低时，电磁阀137开启，加热炉32中的高温废气通过加热支管136进入加热腔134对淬火槽11进行加热，从而实现温度补偿，避免淬火介质溶液的温度过低。同时，也促进了对加热炉32的高温废气的利用，进一步提高资源的利用率。

由于金属制件在淬火过程中温度较高，当金属制件与淬火介质溶液接触时，会产生大量的水蒸气，而在水蒸气蒸发过程中，随着水蒸气的不断蒸发，淬火介质溶液的浓度会产生波动，进而影响金属制件的淬火质量。为了解决这一情况，结合图8，淬火槽11的顶部设有“λ”形顶盖138，顶盖138的下端面与淬火槽11的顶面固定连接，所述顶盖138的侧面内壁上开设若干凝水槽1381，凝水槽1381沿顶盖138的侧面内壁倾斜向下。蒸发的水蒸气遇到顶盖138会凝结成水滴，并沿凝水槽1381滑落至淬火槽11中。通过这一设置降低了淬火介质溶液的水分的流失，进而使介质溶液的浓度保持稳定，提高金属制件的淬火质量。

淬火后的金属制件温度仍然较高，喷淋组件22喷水对金属制件进行清洗后的淬火介质稀释溶液温度也较高，该溶液通过淋洗出水管23排出时，会在淋洗出水管23中形成水垢，导致淋洗出水管23产生堵塞。为了解决这一问题，结合图9，淋洗出水管23包括管体部231、清理轴232以及第三驱动组件233。管体部231的一端与第三驱动组件233连接，管体部231的另一端与蒸发槽31固定连接。管体部231靠近第三驱动组件233的一端设有连接管2311，该连接管2311与淋洗室21的底部固定连接。清理轴232插于管体部231内，清理轴232的周面上包覆有螺旋软体刷2321，该螺旋软体刷2321采用橡胶材质制成；所述清理抽靠近第三驱动组件233的一端延伸出管体部231。第三驱动组件233包括第三电机2331以及与第三电机2331连接的第三减速机2332，第三减速机2332的外壳与管体部231的端部固定连接，第三减速机2332的输出端与清理轴232的端部固定连接。第三电机2331运行通过第三减速机2332带动清理轴232转动，使螺旋软体刷2321不停的刮刷管体部231的内壁，从而避免水垢的沉积。

工作原理：高温金属制件随输送线12移动至淬火槽11内进行淬火工艺，淬火结束后，金属制件随输送线12移动至淋洗室21。淋洗室21中的喷淋组件22喷水对金属制件上残留的介质溶液进行清洗，清洗后的介质稀释溶液从淋洗出水管23流至蒸发槽31内；蒸发槽31和结晶槽33连通，蒸发槽31和结晶槽33内的介质稀释溶液保持相同的液位，加热炉32对蒸发槽31进行加热使蒸发槽31内的溶液沸腾，溶液中的水分蒸发并在冷凝管上凝结流入集水槽3121中，集水槽3121中的水通过集水进水管411流入集水箱41中，水泵42抽取集水箱41中的水至喷淋组件22实现喷淋用水的循环；随着水分的蒸发，蒸发槽31和结晶槽33内的介质溶液的浓度升高。通过向结晶槽33内的冷凝管中不断注入冷水，降低结晶槽33内的介质溶液的温度，使介质结晶析出，结晶的介质向结晶槽33的底部沉积。第一驱动组件343运动带动转轴342转动从而使螺旋叶片3421旋转，螺旋叶片3421旋转将结晶槽33底部沉积的介质通过移出筒体的出料口3412移出，移出的结晶介质循环使用并重新投放进淬火槽11内。第二驱动组件132带动搅拌轴131转动，搅拌轴131上的搅拌叶片1311搅动淬火介质溶液，促进结晶的淬火介质溶解，使淬火介质溶液的浓度保持均匀。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。