專利名稱：用于金屬工件熱處理的真空爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬工件熱處理的真空爐，該真空爐有一個(gè)圓柱形壓力爐罩，其中有一個(gè)被軸向排列的熱導(dǎo)體包圍並裝有熱絕緣層的爐料室，以及一個(gè)氣體冷卻裝置，依靠該裝置使冷卻氣體可以經(jīng)排氣口，穿過爐料室，再經(jīng)過熱交換器。這種真空爐尤其適用于對各種鋼號所制的所有類型的工具和零件進(jìn)行淬火。在某些情況下，它們也可以用于其它的熱處理，例如退火和焊接。
同類型的真空爐已在德國專利說明書2，839，807和2，844，843中做了描述。它們主要包括一個(gè)圓柱形壓力爐罩，其中有一個(gè)由熱絕緣壁封閉並由加熱元件加熱的爐料室和一個(gè)氣體冷卻裝置。在爐料室內(nèi)將工具和零件在真空下加熱到奧氏體溫度，為了淬火，在壓力下將冷的惰性氣體在爐中循環(huán)。在這種情況下冷卻氣體以高速流向熱爐料，從爐料上吸收熱能再經(jīng)過其冷卻的熱交換器並被送回爐料室。按照德國專利說明書2，839，807所述，冷卻氣體是經(jīng)排氣口進(jìn)入爐料室的，排氣口是連接在分開的軸向排列的送氣管上的。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是爐子中送氣管材料和制造的消耗高。送氣管與排氣口必須由耐高溫材料構(gòu)成。德國專利說明書2，844，843中使用的鼓風(fēng)機(jī)有一個(gè)缺點(diǎn)，即冷卻氣體在很大程度上只是沿著熱爐料表面流動而不能透到爐料的內(nèi)部。
從德國公開說明書1，919，493中可知，為了在室溫至大約750℃之間的溫度范圍內(nèi)加快對爐料的加熱，依靠鼓風(fēng)機(jī)使?fàn)t中的惰性氣體循環(huán)，這樣除輻射之外還產(chǎn)生對流。然而，即使在這種情況之下，熱導(dǎo)體與爐料之間的熱交換也不是最佳的。
因此本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于金屬工件熱處理的真空爐，該真空爐有一個(gè)圓柱形壓力爐罩，其中有一個(gè)被軸向排列的熱導(dǎo)體包圍並裝有熱絕緣層的爐料室和一個(gè)氣體冷卻裝置，依靠它使冷卻氣體可以經(jīng)排氣口，穿過爐料室，再經(jīng)過熱交換器。這種真空爐能確保盡可能迅速和均勻地冷卻熱的爐料，它具有最簡單的結(jié)構(gòu)並能盡可能快的加熱。
按照本發(fā)明，這一目的這樣可以達(dá)到將熱導(dǎo)體設(shè)計(jì)成管子並使氣孔朝向爐料室并用電絕緣塊連接到冷卻氣體配給裝置上。
冷卻氣體配給裝置最好裝一臺鼓風(fēng)機(jī)，它迫使冷卻氣體穿過加熱管並從爐料室中再將其抽出。
此外，如果在冷卻氣體配給裝置區(qū)域內(nèi)給熱絕緣層的壁上開一個(gè)可封閉的開口，會有更多的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，在爐料加熱期間，加熱氣流可保持在爐子內(nèi)部，同時(shí)分流給熱交換器。
對于昂貴的冷卻氣體來說，給爐子裝一個(gè)冷卻氣體循環(huán)系統(tǒng)同樣是很有利的。


圖1和圖2圖示了本發(fā)明真空爐典型實(shí)例的縱剖面圖，圖1模擬爐子直到大約750℃的加熱態(tài)，圖2模擬冷卻態(tài)。
該爐子包括一個(gè)圓柱形壓力爐罩(1)，爐罩的一個(gè)端面為爐門(2)，通過爐門可給爐子裝料與出料。爐料室(3)由圓柱管形式的熱絕緣層(4)圍在外面，它由熱絕緣材料組成，並且在端面裝有合適的壁，其中至少有一個(gè)壁(5)是活動的。熱絕緣層(4)屏蔽爐料室(3)防止熱量向外輻射，這樣只損失很少的能量。在熱絕緣層(4)的內(nèi)側(cè)，設(shè)計(jì)成加熱管並且氣孔(7)朝向爐料室(3)的導(dǎo)電導(dǎo)熱體(6)都圍繞爐料室(3)呈軸向排列。這些加熱管(6)壁厚比如1至3毫米，內(nèi)徑比如40至150毫米。氣孔(7)的直徑是這樣選定的，即一根加熱管上氣孔面積的總和與管子內(nèi)徑的面積相當(dāng)。用電絕緣塊(8)將加熱管(6)固定在冷卻氣體配給裝置(9)上，該冷卻氣體配給裝置在壓力爐罩中與爐門(2)對應(yīng)的一面裝有驅(qū)動馬達(dá)(10)和鼓風(fēng)機(jī)(11)?？拷鋮s氣體配給裝置(9)的熱絕緣層(4)的壁上開一個(gè)靠滑塊(13)可以封閉與開啟的開口(12)。在壓力爐罩(1)與熱絕緣層(4)之間裝有水冷熱交換管(14)。
當(dāng)爐料室(3)加料(比如工具)之后，用惰性氣體充滿爐料室並加熱?；瑝K(13)打開熱絕緣層中的開口(12)(圖1)，這樣惰性氣體在鼓風(fēng)機(jī)(11)的驅(qū)動下進(jìn)入加熱管(6)並由此通過分布在整個(gè)加熱管上的氣孔(7)進(jìn)入爐料室(3)，再通過熱絕緣層中的開口(12)返回鼓風(fēng)機(jī)(11)。當(dāng)惰性氣體經(jīng)過加熱管(6)被送入后，它急速地接受后者的溫度，這對于在暗輻射范圍內(nèi)靠熱氣體對爐料快速並均勻的加熱是很重要的。對著爐料的直射熱氣流具有使?fàn)t料(包括其內(nèi)部)受到均勻加熱的效果。這種在保護(hù)氣體下的加熱操作直到大約750℃均可采用。在必須加熱直到大約1300℃的硬化處理情況下，那末要從爐內(nèi)清除惰性氣體，進(jìn)一步加熱只靠熱輻射來完成，在此溫度范圍內(nèi)這是很有效的。
為了對加熱的爐料淬火，將開口(12)關(guān)閉，在壓力下使?fàn)t子充滿冷的惰性氣體。在此過程中，將熱絕緣層(4)的壁(5)搬離圓柱形管，因此產(chǎn)生一個(gè)間隙，使?fàn)t料室(3)與壓力罩(1)和熱絕緣層(4)之間的空間連接起來(圖2)。冷卻氣體被鼓風(fēng)機(jī)(11)驅(qū)動經(jīng)過冷的加熱管(6)以高速進(jìn)入爐料室(3)，由此再經(jīng)熱交換管(14)返回到冷卻氣體配給裝置(9)而完成循環(huán)。用合適的高氣壓和高氣流速度的惰性氣體，用本發(fā)明真空爐所達(dá)到的淬火強(qiáng)度可與油浴淬火相比。結(jié)果是與前述不同的鋼號也可以用氣冷淬火和硬化。
同時(shí)作為送氣管的加熱管(6)最好含有碳纖維-增強(qiáng)碳。決定產(chǎn)生熱量的加熱管的導(dǎo)電橫截面與決定氣流量的加熱管內(nèi)徑必須相匹配。加熱元件與送氣管的合并給制造這種爐子的技術(shù)帶來顯著的簡化。
如果使用昂貴的惰性氣體淬火，使其循環(huán)是很有利的。為此目的，在淬火操作完成之后用壓氣機(jī)將冷卻氣體從爐子內(nèi)部抽出並送入高壓儲存器中，以便進(jìn)一步使用。
權(quán)利要求
1.用于金屬工件熱處理的真空爐，它有一個(gè)圓柱形的壓力爐罩，其中有一個(gè)被軸向排列的熱導(dǎo)體包圍並裝有熱絕緣層的爐料室和一個(gè)氣體冷卻裝置，依靠它冷卻氣體可以經(jīng)排氣口，穿過爐料室，再經(jīng)過熱交換器，其特征在于熱導(dǎo)體(6)設(shè)計(jì)成管子，使氣孔朝向爐料室來安裝並通過電絕緣塊(8)連接到冷卻氣體配給裝置上。
2.按照權(quán)利要求1的真空爐，其特征在于冷卻氣體配給裝置(9)裝有一臺鼓風(fēng)機(jī)(11)。
3.按照權(quán)利要求1和2的真空爐，其特征在于在氣體冷卻配給裝置(9)區(qū)域內(nèi)熱絕緣層(4)的壁開有一個(gè)可封閉的開口(12)。
4.按照權(quán)利要求1至3的真空爐，其特征在于裝有一個(gè)用于冷卻氣體的循環(huán)系統(tǒng)。
全文摘要
若將熱導(dǎo)體設(shè)計(jì)成管子，使氣孔朝向爐子內(nèi)部安裝并通過電絕緣塊與冷卻氣體配給裝置連接，就可以在真空爐中用惰性氣體對金屬工件進(jìn)行快速加熱和快速冷卻。
文檔編號C21D1/773GK1033840SQ88108739
公開日1989年7月12日 申請日期1988年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月28日
發(fā)明者波爾·海爾曼, 愛溫·海姆勒, 福瑞茨·海爾波福-萊斯克, 福雷德里克·普博瑞, 羅夫·斯科特 申請人:底古薩股份公司