CN102899465B - 电工纯铁真空脉冲氢气退火装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置，包括炉体、扩散泵、炉盖、进气软管、出气软管、蝶阀和扩散泵出气管，所述炉体上设置炉盖，该炉体与扩散泵相连接，所述扩散泵的进气软管上设置第一电磁阀，扩散泵的扩散泵出气管上设置蝶阀，扩散泵出气管上还设置两个出气孔，该两个出气孔位于蝶阀的两侧，所述两个出气孔通过出气软管相连，出气软管上设置第二电磁阀。本发明增加了自控***，工艺简单易操作,使控制精确程度、自动化程度得到提高，节省了人力。
Description
技术领域
本发明属于金属热处理领域，特别是一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置及方法。
背景技术
DT4电工纯铁原处理是使用真空退火的工艺和真空退火炉设备,但存在着缺陷,处理后常有磁性能不能满足技术要求的现象,曾出现多批次产品性能不合格,重复处理仍不合格，处于待打废状态,已经成为型号生产的瓶颈。此外还存在处理后的产品表面附有氧化色，给后续化学镀带来负作用，甚至造成废品。
此后考虑利用氢气还原性,用氢气退火的方法返修。普通氢气退火炉都在常压下持续通入氢气,出气口点火燃烧废气,退火设备存在安全隐患,一旦氢氧比达到3:7时,就可能发生***。
因此，现有的装置和方法都不能满足对DT4电工纯铁加工的需求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置，包括炉体、扩散泵、炉盖、进气软管、出气软管、蝶阀和扩散泵出气管，
所述炉体上设置炉盖，该炉体与扩散泵相连接，所述扩散泵的进气软管上设置第一电磁阀，扩散泵的扩散泵出气管上设置蝶阀，扩散泵出气管上还设置两个出气孔，该两个出气孔位于蝶阀的两侧，所述两个出气孔通过出气软管相连，出气软管上设置第二电磁阀。
一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体的有效加热区内
步骤3、将热电偶从炉盖***炉内有效加热区，并拧紧螺帽固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至900±20℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s~700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4h~4.5h，在此过程中炉内温度保持在900±20℃；
步骤6、对工件进行冷却，从900±20℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s~700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复上述通、排氢气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用真空脉冲氢气退火方法,对电工纯铁进行热处理，完全满足DT4电工纯铁的高磁性要求；达到如下技术指标：
DT4:μm≥15.1（mH/m）,B5000≥1.71(T),Hc(A/m)≤32；
2）由于氢与空气中的氧混合可形成***性混合气体，必须从根本上克服存在这种混合气体的可能性，并要防止气氛泄漏，远离火种，本发明的方法使炉内处于负压状态,氢与空气中的氧不可能达到危险比例，解决了设备的安全性问题；
3）真空脉冲氢气退火的自动控制***运行正常，显著减轻了操作者的劳动强度，并且减小了操作过程中的人为影响因素，有利于产品质量的提高；
4）真空脉冲氢气退火，使氢气的还原反应充分进行，显著提高了DT4材料的表面质量，使工件表面色泽光洁，有益于后续的表面镀处理；
5）本发明增加了自控***，工艺简单易操作,使控制精确程度、自动化程度得到提高，节省了人力；处理的材料覆盖面扩大，磁性能达到前所未有的高指标；处理的产品表面光洁度好，使后续的化学镀质量提高；S热电偶增加了铠装保护套管，与H2隔绝，提高了热电偶使用寿命，解决了热电偶断裂的问题。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的电工纯铁真空脉冲氢气退火装置主视图。
图2为本发明的电工纯铁真空脉冲氢气退火装置侧视图。
图3为本发明的电工纯铁真空脉冲氢气退火装置中扩散泵及其管路连接图。
图4为本发明的电工纯铁真空脉冲氢气退火装置炉盖示意图。
具体实施方式
本发明是为提高DT4磁性材料的磁性能，满足高性能指标要求，达到提高材料磁性能的目的。
结合图1、图2和图3，本发明的一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置，包括炉体1、扩散泵2、炉盖3、进气软管4、出气软管5、蝶阀6和扩散泵出气管7，
所述炉体1上设置炉盖3，该炉体1与扩散泵2相连接，所述扩散泵2的进气软管4上设置第一电磁阀，扩散泵2的扩散泵出气管7上设置蝶阀6，扩散泵出气管7上还设置两个出气孔，该两个出气孔位于蝶阀6的两侧，所述两个出气孔通过出气软管5相连，出气软管5上设置第二电磁阀。
结合图4，所述炉盖3包括热电偶3-1、螺帽3-2、支撑环3-3、内六角螺钉3-4、盖板3-5、炉盖本体3-6、铠装套3-7；
所述炉盖本体3-6与盖板3-5通过内六角螺钉3-4紧固，盖板3-5上固连支撑环3-3，铠装套3-7通过螺帽3-2固连在支撑环3-3的中部，该铠装套3-7贯穿盖板3-5和炉盖本体3-6，铠装套3-7内设置热电偶3-1。
在实际操作时，热电偶安装位置必须能达到工件的有效加热区，热电偶安装后不应影响设备的真空度，操作者可进行操作。热电偶增加铠装套，避免热电偶在还原气氛中被反应后出现断裂失效。
热电偶的安装位置只能利用设备本身具有的预留孔，在炉体的侧面不能安装电偶，因炉内的冷却水套要上下运动，热电偶水平方向***时会影响水套的上下运动，而在炉顶部有一了望孔可以利用。热电偶如直接从上部垂直***炉腔既不影响冷却水套的运行，又便于在电偶上加一铠装套(因铠装套不能折弯)，达到保护热电偶的目的。
本发明装置在工作的时候，通过进出气管路与电磁阀的连接，如图1、图2和图3所示，氢气由气瓶沿管路进入第一电磁阀，再沿进气软管4进入到真空炉内，在扩散泵出气管7的碟阀6前后加一并联管路出气，当控制电磁阀的电路关闭时，打开碟阀6，***按原真空退火炉工作状态工作；
当碟阀6关闭时，出气由出气软管5经第二电磁阀，再回到原扩散泵出气管路7，经机械泵排出室外，***按真空脉冲退火状态工作。这样可使设备具备两种功能。管路布置如图3所示。
本发明通过电路设计，外加一小控制柜，完成抽真空、通氢气、保温的技术功能，并与主控制电路相连，不产生干涉和紊乱，解决原人工操作烦琐的问题。
本发明采用不锈钢管焊接以及金属软管连接***管路，管路安装前先进行加压水检漏，本发明的出气管引至室外，气瓶安放在工房外，从而以保证操作安全。
本发明的一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体1的有效加热区内；
步骤3、将热电偶3-1从炉盖3***炉内有效加热区，并拧紧螺帽3-2固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至900±20℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s~700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4h~4.5h，在此过程中炉内温度保持在900±20℃；这样可以达到净化磁性材料，提高磁性能的目的。
步骤6、对工件进行冷却，从900±20℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s~700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复上述通、排氢气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述：
实施例1
通过对原有真空退火炉进行技术改造，增加了自动控制脉冲气氛的装置，使原有的电工纯铁真空氢气退火手动控制，变为自动控制，减轻了操作者的劳动强度，提高了热处理过程的控制精度。在此基础上对DT4电工纯铁磁性材料进行了工艺试验，获得的结果表明该技术可以提高磁性能，满足DT4的较高磁性能指标。真空脉冲氢气退火还有助于DT4电工纯铁工件表面质量改进，使工件表面光洁。通常的氢气退火是指在常压状态下通入氢气,本技术使DT4电工纯铁在抽真空状态下以脉冲状态通入氢气,利用氢的还原性提高磁性能，并防止常压氢处理可能出现的***危险。真空脉冲氢气退火的工艺如表（1）所示：
表（1）电工纯铁的工艺试验方法
1）安装铠装热电偶
热电偶在高温下暴露于氢气中很快会断裂，这是因为热电偶裸露在氢气中，会与氢气产生还原反应，导致电偶损坏。要防止断裂，需要在电偶上装铠套。路径的选择考虑如下：
真空退火炉内腔置有冷却水套，使用时要将水套升高到工件放置的高度，通入冷却水，所以在水套运动的路径上是不能***热电偶的；从高于水套的上侧通入热电偶，需要经过两个90℃的直弯，使用铠管不合适，而选择从炉盖的了望孔上通入热电偶，通过安装在炉盖上的瓷导管,将电偶直接通入炉膛有效控温区，热电偶穿入瓷导管后拧紧压套，将密封环压扁，填满间隙，从而使炉子的配合面密封，保持炉内真空度。
2）安装进出气管路和自控***
鉴于安全原因，氢气瓶不允许摆放在炉旁，选择挖沟槽铺管埋地下，所有管节头经过气密试验，确保无泄漏。由于炉内是负压,不存在常压下必须考虑的氢氧比为3/7时可能出现的***危险.气瓶放在安全地点,通过不锈钢管路将氢气导入真空退火炉内,进气路径上安装电磁阀；真空泵与炉体之间的路径上再装另一个电磁阀,该电磁阀的路径与原真空炉体的出气路径形成并联,主要是防止其中某一路径出现故障,均不影响炉子的正常使用。电磁阀由三个时间继电器控制,完成真空脉冲氢气退火过程的抽真空、通入氢气、保温三个阶段，三个阶段为一个循环，由自控电路进行热处理自动循环控制过程。自动循环控制参数如下表.
表(2)自动循环控制参数
| 继电器 | 抽真空 | 通入氢气 | 保温 |
| 时间(S) | 600 | 20 | 600 |
| 炉压 | 20pa | 0.05Mpa | 20pa |
实施例2
一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体1的有效加热区内；
步骤3、将热电偶3-1从炉盖3***炉内有效加热区，并拧紧螺帽3-2固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至880℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4h，在此过程中炉内温度保持在880℃；
步骤6、对工件进行冷却，从880℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复上述通、排氢气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
实施例3
一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体1的有效加热区内；
步骤3、将热电偶3-1从炉盖3***炉内有效加热区，并拧紧螺帽3-2固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至900℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持650s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4.2h，在此过程中炉内温度保持在900℃；
步骤6、对工件进行冷却，从900℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持650s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复上述通、排氢气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
实施例4
一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体1的有效加热区内；
步骤3、将热电偶3-1从炉盖3***炉内有效加热区，并拧紧螺帽3-2固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至920℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4.5h，在此过程中炉内温度保持在920℃；
步骤6、对工件进行冷却，从920℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复上述通、排氢气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
试验结果
表(3)DT4材料试验结果
| 序号 | μm(mH/m） | B5000(T) | Hc(A/m) |
| 1 | 26.7 | 1.735 | 21.46 |
| 2 | 26.9 | 1.710 | 21.29 |
| 3 | 28.3 | 1.770 | 22.04 |
| 4 | 30.0 | 1.775 | 18.87 |
| 5 | 25.4 | 1.707 | 21.63 |
| 6 | 25.7 | 1.721 | 21.62 |
| 7 | 28.8 | 1.732 | 16.45 |
| 8 | 24.4 | 1.719 | 18.87 |
| 9 | 27.5 | 1.722 | 17.52 |
| 10 | 20.7 | 1.710 | 20.90 |
| 11 | 28.1 | 1.711 | 19.04 |
| 12 | 26.2 | 1.747 | 19.27 |
| 13 | 28.1 | 1.711 | 19.04 |
| 14 | 24.4 | 1.705 | 18.86 |
| 15 | 25.8 | 1.755 | 18.39 |
| 指标 | ≥15.1 | ≥1.71 | ≤32 |
由上述结果可知，所述DT4技术指标由:μm≥15.1(mH/m)、B5000≥1.71(T),、Hc≤48(A/m)提高至μm≥15.1（mH/m）,B5000≥1.71(T),Hc≤32(A/m)。
电工纯铁真空脉冲氢气退火的装置及方法，可以应用于电工纯铁材料的各类工件，尤其是对于磁性能要求较高的工件，处理后的结果都能高于国标所规定的技术要求，特别是能够满足航天航空产品中的高磁性能指标，克服真空退火可能出现的磁性能不足的缺点。本发明还能提高工件的表面质量，工件处理前后的表面色泽差别不大，对后续表面处理特别好。本发明还解决了常压氢气退火可能存在的危险隐患，能够做到使用安全。本发明减轻了操作者的劳动强度，可以进行自动化控制。
Claims (3)
1.一种电工纯铁真空脉冲氢气退火装置，其特征在于，包括炉体[1]、扩散泵[2]、炉盖[3]、进气软管[4]、出气软管[5]、蝶阀[6]和扩散泵出气管[7]，
所述炉体[1]上设置炉盖[3]，该炉体[1]与扩散泵[2]相连接，所述扩散泵[2]的进气软管[4]上设置第一电磁阀，扩散泵[2]的扩散泵出气管[7]上设置蝶阀[6]，扩散泵出气管[7]上还设置两个出气孔，该两个出气孔位于蝶阀[6]的两侧，所述两个出气孔通过出气软管[5]相连，出气软管[5]上设置第二电磁阀。
2.根据权利要求1所述的电工纯铁真空脉冲氢气退火装置，其特征在于，所述炉盖[3]包括热电偶[3-1]、螺帽[3-2]、支撑环[3-3]、内六角螺钉[3-4]、盖板[3-5]、炉盖本体[3-6]、铠装套[3-7]；
所述炉盖本体[3-6]与盖板[3-5]通过内六角螺钉[3-4]紧固，盖板[3-5]上固连支撑环[3-3]，铠装套[3-7]通过螺帽[3-2]固连在支撑环[3-3]的中部，该铠装套[3-7]贯穿盖板[3-5]和炉盖本体[3-6]，铠装套[3-7]内设置热电偶[3-1]。
3.一种电工纯铁真空脉冲氢气退火方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对工件用汽油进行清洗，使工件表面无污垢、油迹；
步骤2、将工件放入炉体[1]的有效加热区内；
步骤3、将热电偶[3-1]从炉盖[3]***炉内有效加热区，并拧紧螺帽[3-2]固定好热电偶；
步骤4、对炉体进行抽真空，使真空度达到20Pa，之后对工件加热，使工件温度升至800℃，从800℃开始以50℃/h的加热速度使工件升温至900±20℃温度，在加热的过程中，持续对炉体抽真空，使真空度保持在20Pa；
步骤5、向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s～700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤4h～4.5h，在此过程中炉内温度保持在900±20℃；
步骤6、对工件进行冷却，从900±20℃开始，以50℃/h冷却速度降温至700℃，在此过程中继续向炉内通入氢气，并使通入的氢气在炉内保持600s～700s，之后将反应后的废气抽出炉外，之后重复本步骤的通氢气、排废气的过程；
步骤7、从700℃开始对工件进行随炉冷却，工件随炉冷却至500℃后，利用冷却水套冷却至200℃后出炉，完成对电工纯铁的处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |