專利名稱：氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體冷卻式真空熱處理爐及其冷卻氣體換向裝置。

背景技術(shù)：
真空熱處理爐是一種在內(nèi)部減壓之后，再填充惰性氣體等以對(duì)被處理品進(jìn)行熱處理的熱處理爐。真空熱處理爐具有的優(yōu)點(diǎn)是，在進(jìn)行熱處理時(shí)，經(jīng)過加熱使附著在爐內(nèi)及被處理品上的水分等產(chǎn)生氣化后，再次進(jìn)行減壓并再填充惰性氣體等，這樣可完全去除水分，而消除由水分帶來的顏色，該熱處理(稱為光亮熱處理)。
此外，氣體冷卻式真空熱處理爐還具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如可進(jìn)行光亮熱處理而不會(huì)脫碳滲碳、變形少、作業(yè)環(huán)境良好等。然而早期的氣體冷卻式真空熱處理爐帶有一些缺點(diǎn)，由于是減壓冷卻式而導(dǎo)致冷卻速度不夠快。為此實(shí)際采用高速循環(huán)氣體冷卻方式，以提高冷卻速度。
圖1是在非專利文獻(xiàn)1中所公開的高速循環(huán)氣體冷卻爐的結(jié)構(gòu)圖。在該圖中，50是絕熱材、51是加熱器、52是有效作業(yè)區(qū)、53是爐體及水冷套、54是熱交換器、55是渦輪鼓風(fēng)扇、56是風(fēng)扇用電動(dòng)機(jī)、57是冷卻門、58是爐床、59是導(dǎo)氣裝置、60是冷卻氣體的流向(風(fēng)道)轉(zhuǎn)換的調(diào)節(jié)器。
此外，專利文獻(xiàn)1中描述了如下「真空爐中氣體循環(huán)冷卻促進(jìn)法」，即如圖2所示，一種真空爐，在密封性的真空容器61中設(shè)置由絕熱壁67圍成的加熱室66，在加熱室內(nèi)配置加熱器62，在真空中通過該加熱器對(duì)受加熱物64進(jìn)行加熱，同時(shí)還在真空容器61內(nèi)設(shè)置冷卻器62及風(fēng)扇63，通過冷卻器62對(duì)供到真空容器中的非氧化性氣體進(jìn)行冷卻，在風(fēng)扇63的旋轉(zhuǎn)作用下，從設(shè)置在與加熱室66相面對(duì)的絕熱壁67面上的開口68、69，使加熱室66內(nèi)的非氧化性氣體在加熱室66內(nèi)循環(huán)，從而強(qiáng)制循環(huán)氣體以冷卻受加熱物64，其特征在于，在該真空爐中的耐熱性筒罩65，至少其一端要形成逐漸擴(kuò)展的形狀，該筒罩是按如下方式配置的，即相隔適當(dāng)間距地包圍放置在加熱室66內(nèi)的受加熱物64的周圍，且它的兩端與上述開口68、69相對(duì)，于是非氧化性氣體得以在加熱室66內(nèi)循環(huán)。另外，圖中的70是冷卻氣體流向(風(fēng)道)的換向調(diào)節(jié)器。
(非專利文獻(xiàn)1) 山崎勝弘，金屬材料的真空熱處理(2)，熱處理30卷2號(hào)，平成2年4月 (專利文獻(xiàn)1) 特開平5-230528號(hào)公報(bào) 在非專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)1中描述了有高速循環(huán)氣體冷卻爐，由于該冷卻爐是在同一處進(jìn)行加熱和冷卻而具有如下的問題點(diǎn)。
(1)在加熱結(jié)束時(shí)，加熱用的加熱器和爐體的溫度會(huì)變得很高，而在冷卻時(shí)，加熱器和爐體的溫度同時(shí)冷卻，所以熱處理材料不能高速冷卻。
(2)在熱處理材料的周圍有加熱用的加熱器和爐體，所以冷卻時(shí)不能均勻供給冷卻氣體。
(3)即使是沿上下方向交替進(jìn)行氣體冷卻，也沒有將向上和向下兩方的冷卻氣體整流為均勻的速度和流向的裝置，因此很難降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
此外，在上述的非專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)1中所描述的高速循環(huán)氣體冷卻爐中，通常在采用上下方向的調(diào)節(jié)裝置來作為轉(zhuǎn)換向上和向下的氣流方向(風(fēng)道)的機(jī)構(gòu)。但是，當(dāng)上下調(diào)節(jié)裝置為冷卻氣體方向轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)時(shí)，會(huì)存在如下的問題。
(4)由于調(diào)節(jié)裝置的開關(guān)位置，在高速通過的風(fēng)壓作用下，其負(fù)荷變動(dòng)很大。因此，當(dāng)高壓氣體的情況下，因受到風(fēng)壓影響而難以用調(diào)節(jié)器方式順利驅(qū)動(dòng)。
(5)調(diào)節(jié)裝置的開關(guān)角度和開口面積不成比例。因此，對(duì)上下多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，很難將開口面積調(diào)整平衡，吸入口及排出口的開口面積產(chǎn)生差異，或其變動(dòng)變大，使冷氣量產(chǎn)生變動(dòng)，從而難以穩(wěn)定進(jìn)行氣體冷卻。
(6)上下因存在多個(gè)調(diào)節(jié)裝置而需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
(7)開口面積沿上下被調(diào)節(jié)裝置所限定，與爐體內(nèi)面積相比較小。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題點(diǎn)而提出來的。即，本發(fā)明的第一目的在于提供一種氣體冷卻式真空熱處理爐，該處理爐在冷卻時(shí)可對(duì)熱處理材料進(jìn)行高速冷卻，將冷卻氣體均勻地供給整個(gè)熱處理材料，并且在向上和向下的兩方，將冷卻氣體整流為速度均勻、流向相同的氣體，從而降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
此外，本發(fā)明的第二目的在于提供一種氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，該裝置不易受到風(fēng)壓的影響，可順利地對(duì)氣體流向(風(fēng)道)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不易產(chǎn)生開口面積的變動(dòng)、以及吸入口和排出口的開口面積差，可穩(wěn)定進(jìn)行氣體冷卻，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單一驅(qū)動(dòng)裝置中可進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并確保較大的開口面積。
為了實(shí)現(xiàn)第一目的，根據(jù)第一發(fā)明可提供一種氣體冷卻式真空熱處理爐，該氣體冷卻式真空熱處理爐裝有通過加壓的循環(huán)氣體來冷卻加熱過的被處理品的氣體冷卻爐，其特征在于，上述氣體冷卻爐包括冷卻室，在其包圍的冷卻區(qū)域靜置被處理品，在它的內(nèi)側(cè)沿上下方向形成有截面一定(恒定)的氣體流道；氣體冷卻循環(huán)裝置，對(duì)沿上下方向通過該冷卻室內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻并循環(huán)；氣體換向裝置，交替轉(zhuǎn)換沿上下方向通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向；上下的整流器，阻塞冷卻室的上端及下端，以實(shí)現(xiàn)通過的氣體的速度分布的均勻化。
根據(jù)第一發(fā)明，通過上下的整流器來阻塞冷卻室的上端及下端，從而使通過的氣體的速度分布變得均勻，由此可將通過冷卻區(qū)域的氣體流速變化控制在最低限度，使吹到被處理品上的冷卻氣體不會(huì)產(chǎn)生較多的紊流。此外，通過被處理品后的出口部也排出均勻的冷卻氣體，于是還可產(chǎn)生強(qiáng)制力以使冷卻氣體通過被處理品的中央部，從而降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
第二發(fā)明是第一發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，上述上下的整流器包括相互層疊的均勻分配部和整流部，該上下的整流器或同時(shí)具有均勻分配部和整流部雙方的功能，均勻分配部具有多個(gè)壓損產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)均勻配置在與上述上升氣流的垂直方向上，并對(duì)上升氣流附加壓力損失系數(shù)在0.1以上的流道阻力，以實(shí)現(xiàn)流速的均勻分配；整流部由多個(gè)整流柵組成，這些整流柵對(duì)通過均勻分配部的上升氣流的流向進(jìn)行整流。
根據(jù)第二發(fā)明，可通過多個(gè)壓損產(chǎn)生機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)流速分布的均勻化，通過多個(gè)整流柵實(shí)現(xiàn)氣流流向的均勻化。
第三發(fā)明是第一發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在本發(fā)明中設(shè)有輔助分配機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在冷卻室的上下，對(duì)進(jìn)出冷卻室的氣流方向進(jìn)行引導(dǎo)。
根據(jù)第三發(fā)明，通過設(shè)置輔助分配機(jī)構(gòu)(例如吹入板)，即使冷卻室的上下面積較大，也可使面對(duì)多處位置的氣流方向最佳化，提高均勻化流動(dòng)。
第四發(fā)明是第一發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，上述氣體冷卻循環(huán)裝置包括冷卻風(fēng)扇，與冷卻室相鄰設(shè)置，吸引通過冷卻室的氣體并加壓；熱交換器，間接冷卻由該冷卻風(fēng)扇吸引的氣體，上述氣體換向裝置包括中空罩，對(duì)上述熱交換器形成包圍，且兩者之間保持間隔；用來升降該罩的升降缸，上述罩具有在下降位置處，與冷卻室的下方相連通的下方吸引口；在上升位置處，與冷卻室的上方相連通的上方吸引口。
根據(jù)第四發(fā)明，通過氣體換向裝置將下方吸引口和上方吸引口交替地與冷卻風(fēng)扇的吸引側(cè)相連通，于是可在冷卻室內(nèi)沿著上下方向交替地轉(zhuǎn)換通過氣體的方向。通過這種轉(zhuǎn)換可降低因定位后的被處理品的位置而帶來的冷卻速度差，可降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
為了實(shí)現(xiàn)第二目的，根據(jù)第五發(fā)明來提供一種氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，該冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置具有冷卻室，在其包圍的冷卻區(qū)域靜置被處理品；氣體冷卻循環(huán)裝置，冷卻并循環(huán)通過該冷卻室內(nèi)的氣體，該冷卻氣體換向裝置通過加壓的循環(huán)氣體對(duì)加熱過的被處理品進(jìn)行冷卻，其特征在于，包括將冷卻室與氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板；沿固定隔板的表面而受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)隔板，固定隔板具有大體貫穿全面的開口，旋轉(zhuǎn)隔板具有與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口部分地連通的吸引開口和排出開口，于是可交替轉(zhuǎn)換通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向。
根據(jù)第五發(fā)明，只要沿將冷卻室和氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板的表面旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)隔板，就可交替轉(zhuǎn)換通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向，因此，即使是高壓氣體(高密度氣體)，但由于旋轉(zhuǎn)隔板進(jìn)行垂直于流向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，所以不易受到風(fēng)壓影響，也能順利地轉(zhuǎn)換風(fēng)道。
此外，旋轉(zhuǎn)隔板具有與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口相部分地連通的吸引開口和排出開口，因此不易產(chǎn)生開口面積的變動(dòng)與吸入口及排出口的開口面積差，由此可穩(wěn)定地進(jìn)行氣體冷卻。此外，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單一驅(qū)動(dòng)裝置中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可確保較大的開口面積。
第六發(fā)明是第五發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，上述冷卻室具有沿上下方向通過其內(nèi)側(cè)的氣體流道，開口位置是按如下方式進(jìn)行設(shè)置的，即氣體在冷卻室內(nèi)向著下方流動(dòng)時(shí)，吸引開口僅與冷卻室的下方相連通，且排出開口僅與冷卻室的上方相連通；氣體在冷卻室內(nèi)向著上方流動(dòng)時(shí)，吸引開口僅與冷卻室的上方相連通，且排出開口僅與冷卻室的下方相連通。
根據(jù)第六發(fā)明，在將冷卻室和氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的爐體內(nèi)面積A中，氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口各為1/2，并且在吸入口和排出口中各有1/2是下方、上方，這樣可將吸引開口和排出開口設(shè)定為爐體內(nèi)面積A的大約1/4。由此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可加大風(fēng)道面積，降低氣體的通過流速，減少壓力損失。
此外，在固定隔板和氣體冷卻循環(huán)裝置之間，整個(gè)內(nèi)側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口相連通，整個(gè)外側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的排出口相連通，因此可充分保持排出口/吸入口的間隙，即使僅開口半面，也可以延伸到相反面，從而有效利用整個(gè)熱交換器。
第七發(fā)明是第五發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，開口位置是按如下方式進(jìn)行設(shè)置的，即氣體在上述冷卻室內(nèi)沿上下方向流動(dòng)時(shí)，吸引開口選擇地僅與冷卻室的下方或僅與上方相連通，且排出開口僅與冷卻室的上方或僅與下方相連通；氣體在上述冷卻室內(nèi)沿水平方向流動(dòng)時(shí)，吸引開口選擇地僅與冷卻室的任一單側(cè)相連通，且排出開口選擇地僅與冷卻室的相反一側(cè)相連通。
根據(jù)第七發(fā)明，只要沿將冷卻室和氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板的表面來旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)隔板，就可將通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向自由轉(zhuǎn)換成上下方向及左右方向。
第八發(fā)明是第五發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，包括冷卻風(fēng)扇，其與冷卻室相鄰設(shè)置，吸引通過冷卻室的氣體并加壓；熱交換器，間接冷卻從該冷卻風(fēng)扇排出的氣體。
通過采用第八發(fā)明，在固定隔板和氣體冷卻循環(huán)裝置之間，整個(gè)內(nèi)側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口相連通，整個(gè)外側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的排出口相連通，因此可充分保持排出口/吸入口的間隙，即使僅開口半面，也可以延伸到相反面，從而有效利用整個(gè)熱交換器。
可根據(jù)結(jié)合附圖的如下說明，來闡明本發(fā)明的其它目的及有利的特征。



圖1是在非專利文獻(xiàn)1中公開的高速循環(huán)氣體冷卻爐的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是專利文獻(xiàn)1的在真空爐中的氣體循環(huán)冷卻促進(jìn)法的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中所采用的氣體冷卻式真空熱處理爐的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖3的局部放大圖。
圖5是沿圖4的A-A線的截面圖。
圖6是具有本發(fā)明第一實(shí)施例的冷卻氣體換向裝置的真空熱處理爐的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖7是圖6的局部放大圖。
圖8是圖7的B部放大圖。
圖9A、圖9B是沿圖7中C-C線的截面圖。
圖10A、圖10B是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的冷卻氣體換向裝置的截面圖，該截面圖與圖5一致。

具體實(shí)施例方式 下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，各附圖中的通用部分采用相同的附圖標(biāo)記，并省略重復(fù)的說明。
圖3是本發(fā)明中所采用的氣體冷卻式真空熱處理爐的整體結(jié)構(gòu)圖。如該圖所示，本發(fā)明的真空熱處理爐為一種多室型熱處理爐，包括真空加熱爐10、氣體冷卻爐20及移動(dòng)裝置30。
真空加熱爐10具有的功能是在被處理品1減壓后，可再次填充惰性氣體等來加熱被處理品。氣體冷卻爐20具有的功能是可用加壓循環(huán)氣體2來冷卻加熱過的被處理品1。移動(dòng)裝置30具有的功能是使被處理品1在真空加熱爐10和氣體冷卻爐20之間移動(dòng)。另外，本發(fā)明并不限定于多室型熱處理爐，也可以是在單室中進(jìn)行真空加熱和氣體冷卻的單室爐。
真空加熱爐10包括真空容器11，該容器的內(nèi)部被排成真空；加熱室12，在該加熱室的內(nèi)部放置被處理品1；前門13，用來將被處理品1放入加熱室或是從中取出；后門14，用來關(guān)閉移動(dòng)加熱室內(nèi)的被處理品1用的開口；放置臺(tái)15，在放置臺(tái)上放置有被處理品1，該被處理品可前后水平移動(dòng)；用來加熱被處理品1的加熱器16等。通過上述結(jié)構(gòu)，可使真空容器11的內(nèi)部減壓為真空，通過加熱器16將被處理品1加熱到規(guī)定的溫度。
移動(dòng)裝置30包括輸送桿32，其使被處理品1在真空加熱爐10和氣體冷卻爐20之間進(jìn)行水平移動(dòng)；后門升降裝置33，通過升降后門14來開關(guān)；前門升降裝置34，通過升降前門13來開關(guān)；中間門升降裝置34，升降氣體冷卻爐20的中間絕熱門21a來開關(guān)。在此例中，輸送桿32是齒輪齒條式驅(qū)動(dòng)，后門升降裝置33是直動(dòng)缸，前門升降裝置34和中間門升降裝置34是卷揚(yáng)機(jī)，但本發(fā)明并不限于此，也可以是其它的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過該結(jié)構(gòu)使后門14、前門13及中間絕熱門21a處于開放狀態(tài)，于是輸送桿32可讓被處理品1在真空加熱爐10和氣體冷卻爐20之間進(jìn)行水平移動(dòng)。
圖4是圖3的局部放大圖，圖5是沿圖4中A-A線的截面圖。如圖3～圖5所示，氣體冷卻爐20包括真空容器21、冷卻室22、氣體冷卻循環(huán)裝置24、氣體換向裝置26及整流器28。
真空容器21包括中間絕熱門21a，其設(shè)置在真空加熱爐10的前門13的對(duì)面；圓筒形容器體部21b，在其內(nèi)部放置被處理品1；循環(huán)部21c，其用來收放氣體冷卻循環(huán)裝置24；及可進(jìn)行開關(guān)的氣密式離合器環(huán)21d、21e。該結(jié)構(gòu)可開放離合器環(huán)21e，并使循環(huán)部21c從容器體部21b起，沿圖3的右方后退，于是可直接在容器體部21b的內(nèi)部存放被處理品1。此外，離合器環(huán)21d、21e使中間絕熱門21a和循環(huán)部21c與容器體部21b氣密連接在一起，并將加壓后的冷卻用氣體(氬、氦、氮、氫等)供給到內(nèi)部，從而可將加壓氣體用于冷卻。
冷卻室22與真空加熱爐10相鄰接，設(shè)置在容器體部21b的中央部。冷卻室22的真空加熱爐側(cè)用中間絕熱門21a隔開，而氣體冷卻循環(huán)裝置和兩側(cè)面用具有氣密性的絕熱壁22a、22b隔開。此外，該冷卻室22的上下端開口，且在它的內(nèi)側(cè)上沿截面方向形成有截面一定(恒定)的氣體流道。該冷卻室22的內(nèi)側(cè)是冷卻區(qū)域，被處理品1例如是齒輪、軸式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)葉片、靜止葉片、螺栓等小型金屬部件，將被處理品1收容在托盤和筐內(nèi)，靜止放置在位于冷卻室22的中央處的具有通氣性的放置臺(tái)23上。
放置臺(tái)23設(shè)置在與真空加熱爐10的放置臺(tái)15相同的高度處，能在內(nèi)置輥上自由移動(dòng)。此外如圖5所示，在容器體部21b和絕熱壁22b之間設(shè)有水平隔板22c，隔板對(duì)位于在冷卻室22的上下的氣體進(jìn)行氣密式分隔。
氣體冷卻循環(huán)裝置24包括冷卻風(fēng)扇24a，其與冷卻室22相鄰設(shè)置，吸引通過冷卻室22的氣體并加壓；熱交換器25，對(duì)由冷卻風(fēng)扇24a所吸引的氣體進(jìn)行間接冷卻。冷卻風(fēng)扇24a在安裝在真空容器21的循環(huán)部21c上的冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)24b的作用下，受到轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，從風(fēng)扇的中央部吸引氣體，從外周部排出。熱交換器25，例如是在內(nèi)部受到水冷的冷卻翅片管。通過上述結(jié)構(gòu)，可從中央部對(duì)熱交換器25中的冷卻循環(huán)氣體進(jìn)行吸引，從外周部排出氣體，并沿上下方向?qū)νㄟ^冷卻室22內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻并循環(huán)。
在本例中，氣體換向裝置26包括中空罩26a，其對(duì)熱交換器25形成包圍，在兩者間保持間隔升降缸27，用來升降中空罩26a。中空罩26a具有在下降位置處，與冷卻室22的下方相連通的下方吸引口26b；在上升位置處，與冷卻室22的上方相連通的上方吸引口。
上述結(jié)構(gòu)具有如下的作用，即通過氣體換向裝置26使下方吸引口26b和上方吸引口交替地與冷卻風(fēng)扇24a的吸引側(cè)相連通，于是可交替轉(zhuǎn)換沿上下方向通過冷卻室22內(nèi)的氣體方向，從而降低定位后的被處理品的位置所導(dǎo)致的冷卻速度差，降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
設(shè)置在上下部的整流器28，可用來阻塞冷卻室22的上端及下端，它具有使通過冷卻室22的氣體的速度分布均勻的功能。
上下的整流器28包括相互層疊的均勻分配部28a、和整流部28b。另外，整流器28還可同時(shí)具有均勻分配部和整流部的兩種功能。
均勻分配部28a具有多個(gè)壓損產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)均勻配置在與氣流2垂直相交的方向上(本例中是水平方向)，通過附加氣流的壓力損失系數(shù)在0.1以上的流道阻力，以實(shí)現(xiàn)流速的均勻分配。壓損產(chǎn)生機(jī)構(gòu)例如是貫穿孔，其可通過附加流道阻力來實(shí)現(xiàn)流速的均勻分配。流道阻力(壓損)在氣流2的全部壓力損失中所占比例越高，均勻分配化效果就越明顯，優(yōu)選的情況是，將上下的壓損產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的流道阻力(壓損)設(shè)定在上升氣流2的壓力損失系數(shù)0.1以上。
另外，壓力損失系數(shù)ζ和損失壓頭h、流速V、重力加速度g之間，具有如下公式(1)的關(guān)系。
H＝ζ·V2/(2·g)···(1) 整流部28b例如由排列成格柵狀的多個(gè)整流柵組成，這些格柵對(duì)通過均勻分配部28b的氣流2的流向進(jìn)行整流，使流向均勻。
上述結(jié)構(gòu)通過多個(gè)壓損產(chǎn)生機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)流速分布均勻化，通過多個(gè)整流柵實(shí)現(xiàn)氣流流向的均勻。
此外，就本發(fā)明的氣體冷卻式真空熱處理爐而言，在冷卻室22的上下設(shè)有輔助分配機(jī)構(gòu)29(例如吹入板)，其用來引導(dǎo)從冷卻室流出、流入的氣流方向，即使冷卻室的上下面積較大，也可使面對(duì)多處的氣流方向最佳化，提高均勻化流動(dòng)。
根據(jù)上述本發(fā)明，通過上下的整流器28來阻塞冷卻室22的上端及下端，從而使通過的氣體的速度分布均勻，由此可將通過冷卻區(qū)域的氣流的速度變化控制在最少限度，使吹到被處理品上的冷卻氣體不會(huì)產(chǎn)生較多的紊流。此外，由于被處理品1后的出口部也均勻排出冷卻氣體，所以也可產(chǎn)生強(qiáng)制力，使冷卻氣體也均勻通過被處理品的中央部，從而降低整個(gè)熱處理材料的應(yīng)力。
如上所述，本發(fā)明的氣體冷卻式真空熱處理爐具有如下顯著的效果，即可在冷卻時(shí)高速冷卻熱處理材料，能將均勻的冷卻氣體供給整個(gè)熱處理材料，且在向上和向下兩個(gè)方向上，把冷卻氣體整流成速度均勻、朝向均勻的氣體，從而降低熱處理材料整體的應(yīng)力等。
圖6是具有本發(fā)明第一實(shí)施例的冷卻氣體換向裝置的真空熱處理爐的整體結(jié)構(gòu)圖。該真空熱處理爐是一種包括真空加熱爐10、氣體冷卻爐及移動(dòng)裝置30的多室型熱處理爐，真空加熱爐10及移動(dòng)裝置30的結(jié)構(gòu)與上述圖3的結(jié)構(gòu)相同。
圖7是圖6的局部放大圖。如圖6及圖7所示，氣體冷卻爐20包括真空容器21、冷卻室22、氣體冷卻循環(huán)裝置24、冷卻氣體換向裝置40、整流器28及輔助分配機(jī)構(gòu)29。真空容器21、冷卻室22、整流器28及輔助分配機(jī)構(gòu)29的結(jié)構(gòu)與上述圖4及圖5的結(jié)構(gòu)相同。
氣體冷卻循環(huán)裝置24包括冷卻風(fēng)扇24a，與冷卻室22相鄰設(shè)置，吸引通過冷卻室22的氣體并加壓；熱交換器25，對(duì)由冷卻風(fēng)扇24a所排出的氣體進(jìn)行間接冷卻。冷卻風(fēng)扇24a在安裝在真空容器21的循環(huán)部21c上的冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)24b的作用下，受到轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，從風(fēng)扇的中央部吸引氣體，從外周部排出。熱交換器25，例如是在內(nèi)部受到水冷的冷卻翅片管。通過上述結(jié)構(gòu)，可用熱交換器25冷卻從外周部排出的循環(huán)氣體，并對(duì)沿上下方向通過冷卻室22內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻并循環(huán)。
圖8是圖7的B部放大圖。如該圖所示，本發(fā)明的冷卻氣體換向裝置40包括固定隔板42、旋轉(zhuǎn)隔板44及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置46。
固定隔板42將冷卻室22和氣體冷卻循環(huán)裝置24之間分隔，并隔斷兩者的間隔。在本例中，旋轉(zhuǎn)隔板44沿固定隔板42的表面，在與冷卻風(fēng)扇24a同軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置46的作用下，受到轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。本例中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置46是齒條和齒輪，其使旋轉(zhuǎn)隔板44旋轉(zhuǎn)1/2圈并上下倒置。直動(dòng)式齒條可采用空壓和液壓缸。此外，本發(fā)明并不限定于該結(jié)構(gòu)，也可使用其它的周知驅(qū)動(dòng)裝置。
在固定隔板42的中央部處，設(shè)有內(nèi)置軸承43a的軸承箱43。支架43b從真空容器21的循環(huán)部21c對(duì)該軸承箱43進(jìn)行支撐。
旋轉(zhuǎn)隔板44的中心部固定于旋轉(zhuǎn)軸45，通過嵌裝在中心部上的鍵來限制相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸45的旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)軸45通過軸承43a而被支撐于與其同軸的冷卻風(fēng)扇24a上。在旋轉(zhuǎn)軸45的軸端部(附圖中的左端與支撐板45a)和旋轉(zhuǎn)隔板44之間，夾持有壓縮狀態(tài)的壓縮彈簧47，它經(jīng)常向著旋轉(zhuǎn)隔板44施加作用力，從而可降低兩者之間的間隙。因此，附加彈簧可提高功能。
上述水平隔板22c(參考圖5)的端面與固定隔板42的端面上，附設(shè)有密封件48，其用來密封旋轉(zhuǎn)隔板44之間的、及與旋轉(zhuǎn)隔板44間的間隙。例如，該密封件48是摩擦較低的鉛黃銅、石墨等，可降低泄漏且使運(yùn)動(dòng)流暢。
圖9A及圖9B是沿圖7中C-C線的截面圖。圖9A是沿C-C線的截面圖，即是旋轉(zhuǎn)隔板44的主視圖，圖9B是除去旋轉(zhuǎn)隔板44的截面圖，即是固定隔板42的主視圖。
固定隔板42具有大體貫穿整個(gè)表面的開口42a。即在本例中，固定隔板42包括細(xì)長放射部42b，在與支架43b相同的位置處，沿半徑方向延伸；最外周、中央部及中間部的細(xì)環(huán)狀的圓形部42c。另外，在本圖中，在中央的圓形部42c處裝有上述軸承箱43。另外，開口42a的位置并不限定于本例，在可能的范圍內(nèi)可以較寬設(shè)定。
旋轉(zhuǎn)隔板44包括與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口部分地連通的吸引開口44a和排出開口44b。
在圖9A及圖9B的第一實(shí)施例中，冷卻室22具有沿上下方向通過其內(nèi)側(cè)的氣體流道，開口位置按如下方式進(jìn)行設(shè)置，即氣體在冷卻室22內(nèi)向著下方流動(dòng)時(shí)，使吸引開口44a僅與冷卻室的下方相連通，排出開口44b僅與冷卻室的上方相連通，而氣體在冷卻室22內(nèi)向著上方流動(dòng)時(shí)，吸引開口44a僅與冷卻室的上方相連通，排出開口44b僅與冷卻室的下方相連通。
另外，在本例中，吸引開口44a大體為1/2的圓形，排出開口44b大體為1/2的扇形，相對(duì)水平軸(上述水平隔板22c)而互為相反設(shè)置。
通過上述結(jié)構(gòu)，在將冷卻室22和氣體冷卻循環(huán)裝置24之間隔開的爐體內(nèi)面積A中，氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口各占1/2，且在吸入口和排出口中，各有1/2是下方、上方，這樣可將吸引開口44a和排出開口44b分別設(shè)定為大約爐體內(nèi)面積A的1/4。由此，可獲得較大的風(fēng)道面積，降低氣體的通過流速，減少壓力損失。
此外，在固定隔板42和氣體冷卻循環(huán)裝置24之間，整個(gè)內(nèi)側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口相連通，整個(gè)外側(cè)面與氣體冷卻循環(huán)裝置的排出口相連通，因此，可充分保持排出口/吸入口的間隙，即使僅開口半面，也可以延伸到相反面，從而有效利用整個(gè)熱交換器。
通過采用上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，只要沿將冷卻室和氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板的表面，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)隔板，就可交替轉(zhuǎn)換通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向，因此，即使是高速氣體(密度較高的氣體)，但由于旋轉(zhuǎn)隔板進(jìn)行垂直于流向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，所以不易受到風(fēng)壓影響，而能順利地轉(zhuǎn)換風(fēng)道。
此外，旋轉(zhuǎn)隔板具有吸引開口和排出開口，它們與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口部分地連通，因此開口面積的變動(dòng)與吸入口及排出口的開口面積的差異不易產(chǎn)生，由此可穩(wěn)定地進(jìn)行氣體冷卻。此外，還可轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單一驅(qū)動(dòng)裝置，于是可確保較大的開口面積。
另外，上述是對(duì)上下流的氣流的實(shí)施方式進(jìn)行了表示，但是也可以將旋轉(zhuǎn)隔板旋轉(zhuǎn)90°，把冷卻室的整流器安裝在側(cè)面(左右)，于是作為左右流的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
此外，以上所述為將熱交換器25設(shè)置在冷卻風(fēng)扇24a的出口與固定隔板42之間的流道上的實(shí)施方式，但是也可以將其設(shè)置在旋轉(zhuǎn)隔板44的外側(cè)(冷卻室22側(cè))以替代上述實(shí)施方式。
圖10A及圖10B是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的冷卻氣體換向裝置的截面圖，該截面圖與圖9A及圖9B中的截面圖相同。圖10A是沿C-C線的截面圖，即旋轉(zhuǎn)隔板44的主視圖，圖10B是除去旋轉(zhuǎn)隔板44的截面圖，即是固定隔板42的主視圖。
第二實(shí)施例可與兩種氣流流動(dòng)相對(duì)應(yīng)，即使氣體在冷卻室內(nèi)向上下方向流動(dòng)時(shí)(上下流)的氣流、和使氣體在冷卻室內(nèi)向水平方向流動(dòng)時(shí)(水平流)的氣流。
即在本例中，吸引開口44a大體是1/4圓形，排出開口44b大體是1/4扇形，二者相對(duì)水平軸(上述水平隔板22c)而互為相反設(shè)置。
在第二實(shí)施例中，氣體在冷卻室22內(nèi)沿上下方向流動(dòng)時(shí)，與圖9A及圖9B同樣，吸引開口44a選擇地僅與冷卻室22的下方或僅與上方相連通，且排出開口44b選擇地僅與冷卻室的上方或僅與下方相連通。此外，開口位置是按如下方式進(jìn)行設(shè)置的，如圖10A所示，即氣體在冷卻室22內(nèi)沿水平方向流動(dòng)時(shí)，吸引開口44a選擇地僅與冷卻室的任一單側(cè)相連通，且排出開口44b僅與冷卻室的相反的單側(cè)相連通。
通過上述機(jī)構(gòu)，只要沿將冷卻室和氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板的表面，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)隔板，就可將通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向自由轉(zhuǎn)換成上下方向及左右方向。
另外，本發(fā)明的冷卻氣體換向裝置，并不限定于加熱室和冷卻室相互分離的裝置，也可以使用在同一室進(jìn)行加熱和冷卻的單室爐。
如上所述，本發(fā)明的真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置具有如下顯著效果，即不易受風(fēng)壓的影響而可順利進(jìn)行冷卻氣體的流向(風(fēng)道)轉(zhuǎn)換，開口面積的變動(dòng)、與吸入口及排出口的開口面積差也不易產(chǎn)生，可穩(wěn)定進(jìn)行氣體冷卻，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單一驅(qū)動(dòng)裝置中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而確保較大的開口面積等。
另外，以上所述為本發(fā)明的氣體冷卻式真空熱處理爐及其冷卻氣體換向裝置的若干優(yōu)選實(shí)施方式，但可以認(rèn)為，這些實(shí)施例并非因此限定本發(fā)明所覆蓋的權(quán)利要求范圍。反之，在后附權(quán)利要求范圍中的全部改進(jìn)、修改及等同物，都包含于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1、一種氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，具有冷卻室，包圍靜置被處理品的冷卻區(qū)域；和氣體冷卻循環(huán)裝置，冷卻并循環(huán)通過該冷卻室內(nèi)的氣體；通過加壓的循環(huán)氣體對(duì)加熱過的被處理品進(jìn)行冷卻，其特征在于，
包括將冷卻室與氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板，和沿固定隔板的表面而受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)隔板，
固定隔板具有大體貫穿全面的開口，旋轉(zhuǎn)隔板具有與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口部分地連通的吸引開口和排出開口，于是可交替轉(zhuǎn)換通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向。
2、如權(quán)利要求1所述的氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，其特征在于，
上述冷卻室具有沿上下方向通過其內(nèi)側(cè)的氣體流道，
開口位置是按如下方式進(jìn)行設(shè)置的，即氣體在冷卻室內(nèi)向著下方流動(dòng)時(shí)，吸引開口僅與冷卻室的下方相連通，且排出開口僅與冷卻室的上方相連通；氣體在冷卻室內(nèi)向著上方流動(dòng)時(shí)，吸引開口僅與冷卻室的上方相連通，且排出開口僅與冷卻室的下方相連通。
3、如權(quán)利要求1所述的氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，其特征在于，
開口位置是按如下方式進(jìn)行設(shè)置的，即氣體在上述冷卻室內(nèi)沿上下方向流動(dòng)時(shí)，吸引開口選擇地僅與冷卻室的下方或僅與上方相連通，且排出開口選擇地僅與冷卻室的上方或僅與下方相連通；氣體在上述冷卻室內(nèi)沿水平方向流動(dòng)時(shí)，吸引開口選擇地僅與冷卻室的任一單側(cè)相連通，且排出開口選擇地僅與冷卻室的相反的單側(cè)相連通。
4、如權(quán)利要求1所述的氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，其特征在于，
上述氣體冷卻循環(huán)裝置包括冷卻風(fēng)扇，與冷卻室相鄰設(shè)置，吸引通過冷卻室的氣體并加壓；熱交換器，間接冷卻從該冷卻風(fēng)扇排出的氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體冷卻式真空熱處理爐的冷卻氣體換向裝置，具有冷卻室，包圍靜置被處理品的冷卻區(qū)域；和氣體冷卻循環(huán)裝置，冷卻并循環(huán)通過該冷卻室內(nèi)的氣體；通過加壓的循環(huán)氣體對(duì)加熱過的被處理品進(jìn)行冷卻，其特征在于，包括將冷卻室與氣體冷卻循環(huán)裝置之間隔開的固定隔板，和沿固定隔板的表面而受到旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)隔板，固定隔板具有大體貫穿全面的開口，旋轉(zhuǎn)隔板具有與氣體冷卻循環(huán)裝置的吸入口和排出口部分地連通的吸引開口和排出開口，于是可交替轉(zhuǎn)換通過冷卻室內(nèi)的氣體的方向。
文檔編號(hào)C21D1/773GK101294772SQ20081008318
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者勝俁和彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ihi