[发明专利]金属工件热处理用的甑式炉

说明书

本分案申请是基于申请号为200980128640.8(PCT/DE2009/000963)，申请日为2009年7月13日，发明名称为“金属工件热处理用的甑式炉”的中国专利申请提出的分案申请。

技术领域

该发明涉及一种热处理用的电气加热甑式炉，例如用于金属工件的光亮退火、氮气退火或者氮气/氢气退火、氮化或者氮碳共渗，对此甑式炉包含一个炉罩和曲颈甑、一个加热装置和翻转装置，其结构也存在多种用于提高热处理效率的组合变体。

背景技术

这一类的金属工件热处理甑式炉根据当前的技术水平，例如根据DE-AS 2010433、DE-0S 2754034、DE 3028952C2、DE 3143532A1、DE 3631389C2和DE 10338431A1已经公开了多种结构。

该发明优选使用水平甑式炉，该甑式炉在本质上包含平躺的管状曲颈甑，包围曲颈甑的隔热炉罩和用于加热曲颈甑的装置，但也可以使用其他结构类型的甑式炉，如含立式曲颈甑的甑式炉。

通常，曲颈甑拥有一个用于容纳保护气体和反应气体的、可密封用作工件(例如：物料)热处理的处理室或者物料室和用对物料进行定位和容纳/支撑的相应支架。

甑式炉中热处理的复杂过程始终包含对包裹在工件四周的气体的冷却过程。其薄弱环节会显著影响热处理的效率，因此需要对其影响的原因进行更进一步的研究。

1.在进行热处理时，最高650摄氏度的加热过程本质上通过对流加以支持。在曲颈甑内炉内气体进行翻转，以便实现快速加热，且加热过程包裹整个工件。对此需要使用安装在曲颈甑区域的翻转装置和气体输送辅助装置。

尤其是在热处理时，曲颈甑受到较高的负载。由于形状稳定性的需要，其壁厚至少为8毫米。

至少对于上述类型的甑式炉而言会因为物料重量和容纳支架的支撑元件在水平曲颈甑的下部形成点状负载。其缺点在于，该负载会随着物料重量的增加而上升，相反甑式炉材料的可负载性会随着炉温的上升而降低。因此这一类甑式炉工件热处理的装料能力和效率受到限制，且工件热处理的效率相对较低。

专业人士已经开始研究避免甑式炉在对金属工件进行热处理有害负载的方案。但这一类的解决方案仅涉及垂直安装的曲颈甑底部的去负载问题，即通过支架和/或者支撑装置支撑在外壳上，例如DE 2054666A中所述的方案。

对此，尽管对曲颈甑因物料重量以及其容纳支架的负载作了考虑，但无法提高热处理的效率。

此外，平衡器技术(IHU)已经在垂直甑式炉结构中作了公开，对于该甑式炉而言，所有的物料重量都位于混凝土制成的耐热支座上，并通过该支座加以支撑。其装料支架通过平衡器加以补偿的曲颈甑已经可以使用较薄的壁厚，其寿命也因为负载较低而得到延长。

除了不明显的优点以外，该解决方案还存在以下缺点，例如：

-该解决方案无法用于水平的甑式炉结构。

-支座以及其陶瓷绝缘材料和支架可能会对随后的过程产生有害的湿气。

-平衡器因为结构的原因相对较大，因此成本较高；平衡器会形成热桥，造成热量损失。

-底部的该结构有助于过渡至较低的温度，并形成冷凝水，冷凝水比水蒸气更难从曲颈甑中去除。

2.由于需要对曲颈甑内部的待处理工件均匀地进行加热，因此甑式炉中的加热装置和翻转装置具有特别重要的意义。

这一类的甑式炉一般可以使用电气加热元件或者气体燃烧器进行加热。加热装置通常位于炉罩和曲颈甑之间的夹室内，炉罩的内侧具有隔热层。

对于类似的气体燃烧器而言，在炉罩和曲颈甑之间的夹室内形成火焰和气流；由于该气流，通过辐射和对流对曲颈甑进行加热，由此可以实现对曲颈甑的均匀加热。

对于电气加热的甑式炉而言，电气加热元件同样也位于炉罩和曲颈甑之间的夹室内。例如：加热元件为波纹状，以便在曲颈甑的炉室内将待处理的工件均匀加热至期望的650摄氏度。

加热元件向曲颈甑的热传递仅通过辐射进行，因而电气加热时缺少气体加热时对加热均匀性有决定性意义的对流部分。

为了对曲颈甑内的炉内气体进行强力且遍及整个处理物的翻转，使用高效的翻转装置，该翻转装置和加热装置必须共同作用，相互协调。根据目前的技术水平比较有利的是在曲颈甑的炉室内对炉内气体实施翻转。因此仅在曲颈甑内使用相应的装置，例如翻转设备和气体导向装置。

3.对于该甑式炉已经多次建议首先需要提高热处理的效率。但是，在甑式炉中对热处理工件均匀加热后，随后对工件进行均匀且强力的冷却也有着重要意义，由于存在非生产性的处理步骤，因此需要对其进行进一步的研究。