水平多層雙循環(huán)風(fēng)回轉(zhuǎn)式多功能金屬工件熱處理爐構(gòu)造
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種“水平多層雙循環(huán)風(fēng)回轉(zhuǎn)式多功能金屬工件熱處理爐構(gòu)造”。屬于金屬工件加熱和熱處理領(lǐng)域、特別是高端鋁合金工件的固溶和時(shí)效熱處理領(lǐng)域。
【技術(shù)背景】
[0002]在金屬工件加熱和熱處理領(lǐng)域，特別是鋁合金工件固溶和時(shí)效熱處理領(lǐng)域及空氣淬火熱處理領(lǐng)域，鋁合金工件的快速均勻低能耗熱處理一直是業(yè)界的追求目標(biāo)。
[0003]金屬工件熱處理前，必須將工件加熱到一定溫度并均勻保溫一定時(shí)間。鋁合金工件固溶熱處理之前需要將工件均勻地加熱到550°C左右再進(jìn)行固溶處理；時(shí)效熱處理則需要將工件均勻加熱到200°C左右進(jìn)行時(shí)效處理；鋁合金空氣淬火熱處理則要求將工件從550°C急速降低到200°C或更低溫度。連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐長度一般在20米左右，加熱空間大，爐材用量大、散熱面積大，熱量損失多。工件前進(jìn)尾出連續(xù)循環(huán)進(jìn)行，為滿足加熱工藝需求進(jìn)料門和出料門必須足夠大，且設(shè)備運(yùn)行中必須隨進(jìn)出料開啟爐門，導(dǎo)致爐氣外冒和冷風(fēng)吸入，使工件加熱能耗增加，并增加工件氧化，增加工作環(huán)境溫度。對于批量和品種變化較多的高端鋁合金工件的熱處理，連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐不是性價(jià)比最好的方案。因此從節(jié)能、節(jié)省材料、節(jié)省設(shè)備占居空間、高性價(jià)比地?zé)崽幚砀叨虽X合金部件，需要節(jié)能、節(jié)材、節(jié)省設(shè)備占居空間的緊湊型加熱和熱處理設(shè)備。
[0004]連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐是通過在加熱區(qū)和均勻保溫區(qū)配置多個(gè)燃燒器(燒嘴)或電加熱器實(shí)現(xiàn)的，多點(diǎn)供熱必然帶來爐氣溫度分布的不均勻性，進(jìn)而導(dǎo)致工件加熱和保溫過程中工件溫度的不均勻性，特別是工件尺寸復(fù)雜和尺寸不均勻性較大的情況時(shí)，工件體表溫差分布大且不均勻，表面溫度過高造成過燒，心部溫度不夠，不能高效加熱和均勻保溫，影響熱處理產(chǎn)品質(zhì)量。
[0005]為了減小工件體表溫差，為了保證加熱和保溫均勻性要求，連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐必須增加加熱和保溫時(shí)間，進(jìn)而導(dǎo)致能耗增加，生產(chǎn)效率低下。為保證產(chǎn)能要求，必須增加爐體長度造成設(shè)備投資、運(yùn)行和維護(hù)成本增加。
[0006]為了減小爐氣溫度分布的不均勻性，連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐在加熱區(qū)和保溫區(qū)必須增加燃燒器或加熱器配置數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致加熱設(shè)備制造、控制、運(yùn)行和維護(hù)成本的增加。
[0007]現(xiàn)有連續(xù)式的長方形直通式有料筐空氣淬火熱處理爐中，工件周邊冷卻空氣流動(dòng)速度不夠或流速分布不均勻是造成熱處理工件機(jī)械性能不合格的主要原因。
[0008]連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐中的工件是線性放置，先進(jìn)先出，不能選擇性控制特定工件的進(jìn)出。特別是處理不同材質(zhì)、規(guī)格和批量的工件時(shí)，無法按工件材質(zhì)、規(guī)格和批量的不同和加熱工藝要求分別控制進(jìn)出料過程和加熱和均熱及淬火冷卻過程。
[0009]連續(xù)式的長方形直通式熱處理爐的爐體長，設(shè)備占據(jù)場地大，增加場地使用成本、設(shè)備制造成本和維護(hù)成本，特別是隨著土地使用成本、設(shè)備制造和維護(hù)原材料成本的不斷上升，對設(shè)備緊湊性的要求在不斷提高?！?br/>【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010]本發(fā)明公開了一種適用于金屬工件加熱和熱處理領(lǐng)域，特別是鋁合金工件快速均勻低能耗熱處理領(lǐng)域的“水平多層雙循環(huán)風(fēng)回轉(zhuǎn)式多功能金屬工件熱處理爐構(gòu)造”
[0011]解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是循環(huán)風(fēng)在爐內(nèi)加熱區(qū)和保溫區(qū)或空氣淬火區(qū)域內(nèi)的均勻分布高速流動(dòng)、金屬工件的快速均勻加熱或快速冷卻、最大限度減小循環(huán)風(fēng)流動(dòng)阻力、高效利用循環(huán)風(fēng)能量、有效控制爐門冒風(fēng)和吸風(fēng)，熱處理金屬工件、特別是高端復(fù)雜形狀鋁合金工件的低能耗加熱和固溶和時(shí)效熱處理。
[0012]本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)特征如下:
[0013]設(shè)置雙加熱器加熱循環(huán)風(fēng)分別為加熱區(qū)和均熱區(qū)提供熱風(fēng)；
[0014]設(shè)置雙循環(huán)風(fēng)機(jī)循環(huán)加熱區(qū)和均熱區(qū)熱風(fēng)或供給淬火區(qū)冷風(fēng)；
[0015]分別設(shè)置入口進(jìn)風(fēng)面積可調(diào)的進(jìn)口分層熱風(fēng)或冷風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板(la，lb)，根據(jù)爐內(nèi)加熱區(qū)和均熱區(qū)工件加熱或冷卻淬火需要分配熱風(fēng)或冷風(fēng)；
[0016]在爐內(nèi)設(shè)置爐內(nèi)圓環(huán)形分層導(dǎo)風(fēng)板(11)，形成加熱空間熱風(fēng)或冷卻空間冷風(fēng)的分層均勻流動(dòng)和有效分配的構(gòu)造；
[0017]使用可調(diào)循環(huán)風(fēng)入口分層導(dǎo)風(fēng)板(la，lb)，爐內(nèi)分層圓環(huán)形導(dǎo)風(fēng)板(11)，形成熱風(fēng)或冷風(fēng)的分層均勻流動(dòng)的構(gòu)造，通過優(yōu)化調(diào)整各層結(jié)構(gòu)尺寸有效均勻分配加熱區(qū)和保溫區(qū)循環(huán)風(fēng)或空氣淬火區(qū)域循環(huán)風(fēng)的構(gòu)造；
[0018]設(shè)置爐內(nèi)雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)及其可調(diào)弧形開口構(gòu)造(4a，4b);雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)可對稱配置或不對稱配置；
[0019]設(shè)置中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒⑵；
[0020]使用爐內(nèi)中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒(2)，雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)及其可調(diào)弧形開口構(gòu)造(4a，4b)，形成多層快速加熱和均熱導(dǎo)風(fēng)通道或多層冷卻通道，控制加熱和均熱空間循環(huán)熱風(fēng)或冷卻空間的風(fēng)速和風(fēng)速分布的構(gòu)造。
[0021]設(shè)置外導(dǎo)風(fēng)墻(5a，5b，6a，6b，7)；
[0022]設(shè)置外導(dǎo)風(fēng)墻的圓弧構(gòu)造(6a，6b)；
[0023]設(shè)置水平雙循環(huán)風(fēng)負(fù)壓風(fēng)箱入口構(gòu)造(8a，Sb);
[0024]設(shè)置水平雙循環(huán)風(fēng)回風(fēng)水平通道構(gòu)造(9a，9b)；
[0025]使用爐內(nèi)中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒(2)，雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)及其可調(diào)開口構(gòu)造(4a，4b)，外導(dǎo)風(fēng)墻及其導(dǎo)風(fēng)圓弧構(gòu)造(5a，5b，6a，6b，7)，雙循環(huán)風(fēng)負(fù)壓風(fēng)箱入口構(gòu)造(8a，8b)，水平雙循環(huán)風(fēng)回風(fēng)通道構(gòu)造(9a，9b)，導(dǎo)引循環(huán)風(fēng)加熱和均熱工件或冷卻工件后返回各自循環(huán)風(fēng)風(fēng)箱的構(gòu)造。
[0026]使用爐內(nèi)中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒(2)，雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)及其可調(diào)開口構(gòu)造(4a，4b)，外導(dǎo)風(fēng)墻其導(dǎo)風(fēng)圓弧構(gòu)造(5a，5b，6a，6b，7)，水平雙循環(huán)風(fēng)負(fù)壓風(fēng)箱入口構(gòu)造(8a，8b)，水平雙循環(huán)風(fēng)回風(fēng)水平通道構(gòu)造(9a，9b)，控制爐內(nèi)壓力分布，進(jìn)而有效控制爐門冒風(fēng)和吸風(fēng)，降低爐門開啟導(dǎo)致的風(fēng)的能量損失的構(gòu)造。
[0027]使用爐內(nèi)中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒(2)，雙圓弧內(nèi)導(dǎo)風(fēng)墻(3a，3b)及其可調(diào)開口構(gòu)造(4a，4b)，外導(dǎo)風(fēng)墻及其導(dǎo)風(fēng)圓弧構(gòu)造(5a，5b，6a，6b，7)，水平雙循環(huán)風(fēng)負(fù)壓風(fēng)箱入口構(gòu)造(8a，Sb)，水平雙循環(huán)風(fēng)通道構(gòu)造(9a，9b)，使循環(huán)風(fēng)流動(dòng)阻力最小化，風(fēng)能量損耗最小化的構(gòu)造。
[0028]設(shè)置水平布置的多層回轉(zhuǎn)圓管組(12);
[0029]設(shè)置圓周垂直布置的長圓管組(17)支撐多層水平布置回轉(zhuǎn)臺(tái)圓管組(12);
[0030]設(shè)置垂直于各回轉(zhuǎn)臺(tái)圓管組(12)的水平圓管橫梁組(13)和(14);
[0031]設(shè)置料臺(tái)中七、王回轉(zhuǎn)軸(16)；
[0032]使用鑲嵌焊接在一起的中心封閉導(dǎo)風(fēng)圓筒(2)、回轉(zhuǎn)臺(tái)圓管組(12)、水平圓管橫梁組(13)和(14)、中心主回轉(zhuǎn)軸(16)、支撐長圓管組(17)共同形成整體桁架支撐結(jié)構(gòu)(圖4)；
[0033]鑲嵌焊接短圓管組與料架圓橫梁構(gòu)成雙料架單元(15-1-1?15-1-4)；
[0034]雙料架支撐短圓管組焊接于各層水平圓管組(12)和各層圓環(huán)形分層導(dǎo)風(fēng)板(11)，雙料架單元繞各層支撐圓管組圓周方向均勻布置構(gòu)成圓形多層雙料架單元組；
[0035]桁架支撐結(jié)構(gòu)(圖4)，多層雙料架單元組、中心封閉圓筒(2)、圓環(huán)形分層導(dǎo)風(fēng)板
(11)共同構(gòu)成多層筒巢狀回轉(zhuǎn)料臺(tái)(圖5);
[0036]多層筒巢狀回轉(zhuǎn)料臺(tái)(圖5)按每個(gè)料架單元放置2個(gè)工件(20)(圖6);根據(jù)實(shí)際熱處理能力需要和工件尺寸，料架單元不限制于放置2件工件，料層數(shù)也不限制于6層。
[0037]在外導(dǎo)風(fēng)墻(5a，5b，6a，6b，7)上設(shè)置多層進(jìn)出料爐門(10)，爐門個(gè)數(shù)與料層數(shù)對應(yīng)，但不受層數(shù)限制；
[0038]設(shè)置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及其控制系統(tǒng)，程序驅(qū)動(dòng)筒巢狀回轉(zhuǎn)料臺(tái)(圖6)按金屬工件加熱或冷卻工藝要求繞中心主回轉(zhuǎn)軸(16)旋轉(zhuǎn)；
[0039]設(shè)置雙燃?xì)饧訜嵫b置或雙電加熱裝置及其控制系統(tǒng)，按金屬工件加熱和保溫工藝要求分別加熱循環(huán)熱風(fēng)和均熱熱風(fēng)；
[0040]設(shè)置雙循環(huán)風(fēng)機(jī)及其控制系統(tǒng)，使加熱和均熱循環(huán)熱風(fēng)分別返回各自循環(huán)熱風(fēng)風(fēng)箱；或使淬火冷風(fēng)冷卻工件后分別循環(huán)使用或排出。
[0041 ] 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0042]優(yōu)化的熱處理爐構(gòu)造緊湊，占地面積小，有利車間布置，同時(shí)降低車間土地使用成本和運(yùn)行維護(hù)成本；
[0043]回轉(zhuǎn)爐回轉(zhuǎn)料臺(tái)支撐構(gòu)件全部采用圓管制作，既降低了高價(jià)優(yōu)質(zhì)鋼材的使用量，又降低了回轉(zhuǎn)料臺(tái)重量，使回轉(zhuǎn)爐關(guān)鍵部件制造成本降低，同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷，進(jìn)而降低驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)成本和電耗；
[0044]優(yōu)化的熱處理爐構(gòu)造使循環(huán)風(fēng)流動(dòng)阻力最小化、風(fēng)能量損耗最小化，熱處理爐供風(fēng)能耗最小化；
[0045]優(yōu)化的熱處理爐構(gòu)造使?fàn)t內(nèi)風(fēng)速分布均勻化、熱風(fēng)在加熱區(qū)和保溫區(qū)被充分高效利用，利于降低熱風(fēng)加熱能耗；
[0046]優(yōu)化的導(dǎo)風(fēng)構(gòu)造可以控制爐內(nèi)風(fēng)速和壓力分布，使?fàn)t門開啟時(shí)既不冒熱風(fēng)又不