CN103074471B - 一种辊棒式球化退火生产线及等温球化退火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形等温球化退火生产线和运用该生产线进行等温球化退火的方法，该生产线依次包括辊棒式上料台、冷却装置、加热装置、辊棒式卸料台和上位机控制***；冷却装置包括辊棒式快冷炉和位于辊棒式快冷炉末端的强制快冷室，辊棒式快冷炉内设有工件传输装置，工件传输装置为双层结构，包括上层冷工件输入装置和下层热工件输出装置；该球化退火方法包括送料、炉内冷热工件热量交换、工件奥氏体化、等温处理、工件的冷却及输出和卸料等步骤；本发明用途广泛，可用于大批量零件或原材料的球化退火处理，也可用于零件的等温正火处理，且本发明生产线还具有节能环保、占地小，生产效率高等优点。

Description

一种辊棒式球化退火生产线及等温球化退火方法

技术领域

本发明涉及一种环形等温球化退火生产线和运用该生产线进行等温球化退火的方法。

背景技术

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。等温球化退火是过共析钢（如轴承钢）原材料（棒材、线材等）或零件毛坯常用的热处理工艺，一方面可降低硬度，提高切削性能，为机加工做准备，另一方面是为了获得细而弥散的球化碳化物，为后续热处理（淬火、回火）做组织准备，以便经后续热处理后获得良好的机械性能，提高热处理合格率。

过共析钢的等温球化退火工艺如下：（1）装炉升温到奥氏体化温度保温，使碳化物溶解；（2）快速冷却防止碳化物析出；（3）冷到稍低于Ar1温度等温，使碳化物析出球化；（4）炉冷到室温或者随炉冷却到某较低温度（如300℃）出炉空冷。现有的过共析钢球化退火多在周期炉中进行，如台车炉，罩式炉等。由于所有的工艺阶段包括加热、保温、等温及冷却均在同一炉中进行，因此材料从进炉到出炉周期很长，效率低下；另外，现有的炉子不具备快冷装置，因此不能实现工艺中的快冷导致碳化物的析出长大，从而降低了球化效果。

现有热处理设备往往不能利用高温热处理后工件冷却过程中的余热，一般都是随炉冷却或空冷，有时需要借助大型吹风机加快冷却。这样不但白白浪费掉大部分热能，而且炉子冷却工件同时需要占用一部分时间，其他工件需等已处理工件完全冷却出炉后才能添加新工件，热处理炉没有得到最大程度的利用，生产工艺周期长，生产效率低下，从而导致生产成本增加。另外，大部分热能散失到车间中，使车间温度升高，严重影响工人的工作环境。

而且，现有热处理生产线还普遍存在着劳动强度大、能量消耗多、故障多维修麻烦、不能自动控制和运行等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种生产效率高，且可余热利用的辊棒式球化退火生产线和等温球化退火方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种辊棒式球化退火生产线，依次包括辊棒式上料台、冷却装置、加热装置、辊棒式卸料台和上位机控制***；所述冷却装置包括辊棒式快冷炉和位于辊棒式快冷炉末端的强制快冷室，所述辊棒式快冷炉内设有工件传输装置，所述工件传输装置为双层结构，包括上层冷工件输入装置和下层热工件输出装置；所述加热装置包括位于强制快冷室两侧的环形加热炉和环形等温炉，所述环形加热炉和环形等温炉与强制快冷室相连的通道里设有用于推动工件的高温推链；所述环形加热炉与环形等温炉通过中门总成与强制快冷室相隔离，所述中门总成可开关。

上述技术方案，所述辊棒式快冷炉前后两端分别设有前升降台和后升降台，所述前升降台前端还设有真空锁气室，所述真空锁气室外部还设有抽真空***。

上述技术方案，所述辊棒式上料台与辊棒式卸料台呈“L”型，所述辊棒式上料台一端与辊棒式卸料台一端之间设有旋转过渡料台，所述旋转过渡料台与辊棒式快冷炉和真空锁气室设置在同一直线上。

上述技术方案，所述辊棒式快冷炉上端沿炉体长度方向设有多个油冷循环风扇，所述辊棒式快冷炉下部设有多个带翅片水冷管式换热器。

上述技术方案，所述强制快冷室上端设有冷却风管，所述冷却风管与外界冷却风机相连。

上述技术方案，所述环形加热炉和环形等温炉顶部设有多个油冷循环风扇，所述油冷循环风扇旁边还设有保护气氛进气管、辐射管和热电偶，所述保护气氛进气管、辐射管和热电偶均插装在炉体内，所述热电偶与外界温度控制***相连。

上述技术方案，所述环形加热炉和环形等温炉底部设有转动炉底，侧面设有1～3个检修门，所述转动炉底内部设有回转支撑体。

一种采用上述等温球化退火生产线进行等温球化退火方法，该方法包括以下步骤：

（1）送料：通过辊棒式上料台将待处理工件传输到辊棒式上料台末端，旋转过渡料台旋转到辊棒式上料台末端并与其对接，接收辊棒式上料台上的工件，然后将旋转过渡料台旋转到辊棒式快冷炉方向，使其与传输装置对接，并将工件转移到传输轨道上；

（2）冷工件炉内输入：冷工件经传输轨道进入真空锁气室，并通过前升降台将工件转移到双层辊棒式快冷炉上层进行传输；工件全部进入后，将真空锁气室炉门关闭，启动真空泵进行抽真空；

（3）炉内冷热工件热量交换：冷工件在处于真空状态下的辊棒式快冷炉上层输入的同时，下层已经过等温球化退火的热工件进行输出，利用热工件的热量对冷工件进行预热，冷工件被预热后的温度为300～500℃；

（4）工件的奥氏体化：冷工件到达双层辊棒式快冷炉末端后，经后升降台快速通过强制快冷室，并在环形加热炉一侧的高温推链的作用下推入环形加热炉内进行加热奥氏体化，并保温一定时间，同时向环形加热炉内通入氮气、甲烷或两者混合物的保护气氛防止工件氧化脱碳；

（5）工件的等温处理：经环形加热炉处理后的工件通过该侧的高温推链推入强制快冷室，冷却到等温温度后再通过环形等温炉一侧的高温推链将工件推入环形等温炉进行等温处理，使碳化物进行析出球化，同时通入氮气、甲烷或两者混合物的保护气氛防止工件氧化脱碳；

（6）已处理热工件的冷却及炉内传输：经等温球化退火处理后的工件通过该侧的高温推链推入强制快冷室，并迅速进入双层辊棒式快冷炉，通过后升降台将已处理工件移送到双层辊棒式快冷炉下层输出，在传输过程中冷却，同时释放的能量用于加热上层输入的冷工件；

（7）已处理工件的输出：输出的热工件在双层辊棒式快冷炉冷却到一定温度后，前升降台将工件转移到真空锁气室，然后将旋转过渡料台旋转到真空锁气室方向，接收工件后将其旋转到与辊棒式卸料台对接方向，并将工件转移到辊棒式卸料台上；

（8）卸料：工件在辊棒式卸料台上传输，并完成卸料工作。

上述技术方案，整条等温球化退火生产线运行通过上位机控制***进行控制。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

（1）本发明工件传输均采用辊棒式设计，并通过上位机控制***控制整体生产线的运行，自动化程度高，大幅度降低工人劳动强度，提高生产效率；辊棒式快冷炉工件传输装置分上、下两层，可分别将待处理冷工件和已处理热工件放置在上层和下层，热工件冷却时释放的能量可对上层冷工件进行预热，预热温度可达300～500℃，经过预热的工件进入加热炉进行下一部热处理时，即可减少升温时间，节约能源，又能避免冷工件直接在加热炉中快速升温过程产生热应力，导致工件开裂、变形等缺陷；同时还能通过热量交换提高热工件的冷却速率，从而缩短工艺周期，降低生产成本；

（2）辊棒式快冷炉前后两端设置的前、后升降台便于工件的上下转移，而无需将炉外的辊棒式上料台和辊棒式卸料台分别设置成与炉体内的冷工件输入装置和热工件输出装置设置成同一高度，即节约了制造设备的材料，又可大大减少设备体积，节省占地空间；真空锁气室为可密封的炉室，并设有抽真空***，当冷、热工件全部进入快冷炉后，对快冷炉进行抽真空，使热工件在真空状态下冷却，可防止表面氧化脱碳；

（3）辊棒式上料台与辊棒式卸料台均呈“L”型，可缩短生产线长度，减少占地面积；辊棒式上料台、辊棒式卸料台及辊棒式快冷炉三者之间通过旋转过渡料台转移工件，使生产线结构更加紧凑；

（4）辊棒式快冷炉设有的油冷循环风扇和带翅片的水冷式换热器，油冷循环风扇用于炉内气体的强制循环，促进冷、热工件的换热，提高换热效率，缩短工艺周期；带翅片的水冷管式换热器加大热工件的冷却速度，达到快速降温的目的；

（5）本发明强制快冷室及其上端设有的冷却风管，可实现工件的快速冷却，防止碳化物的析出长大，从而提高球化效果；

（6）本发明加热装置包括环形加热炉和环形等温炉两种，工件的加热和等温可在不同炉内进行，对一批工件等温的同时，也可对另一批工件进行加热，可大大缩短工艺周期，提高生产效率；

（7）环形加热炉和环形等温炉上设有油冷循环风扇的可对炉内热流和气流起到强制循环的作用，提高工件受热均匀性；氮气、甲烷或两者混合物的保护气氛通过保护气氛进气管进入炉体内，可防止工件加热、保温过程中表面出现氧化脱碳；辐射管用于加热炉和等温炉的升温、加热与保温；与外界相连的温控***相连的热电偶可对炉内温度进行随时测温，并通过温控***调节炉内温度，为获得具有良好组织和性能的工件提供保证；

（8）环形等温炉和加热炉还具有转动炉底，进一步提高了工件热处理过程中受热均匀性；

（9）本发明用途广泛，可用于大批量零件或原材料的球化退火处理，也可用于零件的等温正火处理，且本发明生产线还具有节能环保、占地小，生产效率高等优点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明主视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明俯视图A-A面剖视图；

图中1、辊棒式上料台；2、冷却装置；21、辊棒式快冷炉；21-1、前升降台；21-2、后升降台；21-3、真空锁气室；21-4、带翅片水冷管式换热器；22、强制快冷室；22-1、冷却风管；3、加热装置；31、环形加热炉；32、环形等温炉；33、高温推链；4、辊棒式卸料台；5、上位机控制***；6、工件传输装置；61、冷工件输入装置；62、热工件输出装置；7、旋转过渡料台；8、油冷循环风扇；9、保护气氛进气管；10、辐射管；11、热电偶；12、检修门；13、中门总成。

具体实施方式

（实施例1）

见图1至图3，本发明依次包括辊棒式上料台1、冷却装置2、加热装置3、辊棒式卸料台4和控制整条流水线的上位机控制***5；冷却装置2包括辊棒式快冷炉21和位于辊棒式快冷炉2末端的强制快冷室22，辊棒式快冷炉21内设有工件传输装置6，工件传输装置6为双层结构，包括上层冷工件输入装置61和下层热工件输出装置62。辊棒式快冷炉21前后两端分别设有前升降台21-1和后升降台21-2，前升降台21-1前端还设有真空锁气室21-3，真空锁气室21-3为可密封的炉室，炉室内设有抽真空***，工件完全输送完毕后，启动抽真空***，工件即可在真空状态下加热，防止表面氧化脱碳。

优选地，辊棒式上料台1与辊棒式卸料台4呈“L”型，可缩短生产线长度，节约占地面积；辊棒式上料台1一端与辊棒式卸料台4一端之间设有旋转过渡料台7，旋转过渡料台7与辊棒式快冷炉21和真空锁气室21-3设置在同一直线上。

优选地，辊棒式快冷炉21上端沿炉体长度方向设有多个油冷循环风扇8，辊棒式快冷炉21下部设有多个带翅片水冷管式换热器21-4。

优选地，强制快冷室22上端设有冷却风管22-1，冷却风管22-1与外界冷却风机相连。

加热装置3包括位于强制快冷室22两侧的环形加热炉31和环形等温炉32，所述环形加热炉31和环形等温炉32与强制快冷室22相连的通道里设有用于推动工件的高温推链33；环形加热炉31与环形等温炉32通过中门总成13与强制快冷室22相隔离，中门总成13可开关。

环形加热炉31和环形等温炉32顶部设有多个油冷循环风扇8，油冷循环风扇31旁边还设有保护气氛进气管9、辐射管10和热电偶11，保护气氛进气管9、辐射管10和热电偶11均插装在炉体内，热电偶11与外界温度控制***相连。

优选地，环形加热炉31和环形等温炉32底部设有转动炉底，转动炉底内部设有回转支撑体，可提高炉内工件受热均匀性，侧面各设有2个检修门12，方便了炉体的维修检查。

本发明还涉及一种采用上述辊棒式球化退火生产线进行等温球化退火的方法，包括以下步骤：

（1）送料：通过辊棒式上料台1将待处理工件传输到辊棒式上料台1末端，旋转过渡料台7旋转到辊棒式上料台1末端并与其对接，接收辊棒式上料台1上的工件，然后将旋转过渡料台7旋转到辊棒式快冷炉21方向，使其与传输装置对接，并将工件转移到传输轨道上；

（2）冷工件炉内输入：冷工件经传输轨道进入真空锁气室21-3，并通过前升降台21-1将工件转移到双层辊棒式快冷炉21上层进行传输；工件全部进入后，将真空锁气室21-3炉门关闭，启动真空泵进行抽真空；

（3）炉内冷热工件热量交换：冷工件在处于真空状态下的辊棒式快冷炉21上层输入的同时，下层已经过等温球化退火的热工件进行输出，利用热工件的热量对冷工件进行预热，冷工件被预热后的温度为300～500℃；

（4）工件的奥氏体化：冷工件到达双层辊棒式快冷炉21末端后，经后升降台21-2快速通过强制快冷室22，并在环形加热炉31一侧的高温推链33的作用下推入环形加热炉31内进行加热奥氏体化，并保温一定时间，同时向环形加热炉31内通入保护气氛防止工件氧化脱碳；

（5）工件的等温处理：经环形加热炉31处理后的工件通过该侧的高温推链33推入强制快冷室22，冷却到等温温度后再通过环形等温炉32一侧的高温推链33将工件推入环形等温炉32进行等温处理，使碳化物进行析出球化，同时通入保护气氛防止工件氧化脱碳；

（6）已处理热工件的冷却及炉内传输：经等温球化退火处理后的工件通过该侧的高温推链33推入强制快冷室22，并迅速进入双层辊棒式快冷炉21，通过后升降台21-2将已处理工件移送到双层辊棒式快冷炉21下层输出，在传输过程中冷却，同时释放的能量用于加热上层输入的冷工件；

（7）已处理工件的炉内输出：输出的热工件在双层辊棒式快冷炉21冷却到一定温度后，前升降台21-1将工件转移到真空锁气室21-3，然后将旋转过渡料台7旋转到真空锁气室21-3方向，接收工件后将其旋转到与辊棒式卸料台4对接方向，并将工件转移到辊棒式卸料台4上；

（8）卸料：工件在辊棒式卸料台4上传输，并完成卸料工作。

优选地，整条等温球化退火生产线运行通过上位机控制***5进行控制，可完全实现自动化，大幅度降低了工人劳动强度，改善了工人工作环境，提高了生产效率，降低生产成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种辊棒式球化退火生产线，依次包括辊棒式上料台(1)、冷却装置(2)、加热装置(3)、辊棒式卸料台(4)和上位机控制***(5)；所述冷却装置(2)包括辊棒式快冷炉(21)和位于辊棒式快冷炉(2)末端的强制快冷室(22)，所述辊棒式快冷炉(21)内设有工件传输装置(6)，所述工件传输装置(6)为双层结构，包括上层冷工件输入装置(61)和下层热工件输出装置(62)；其特征在于：所述加热装置(3)包括位于强制快冷室(22)两侧的环形加热炉(31)和环形等温炉(32)，所述环形加热炉(31)和环形等温炉(32)与强制快冷室(22)相连的通道里设有用于推动工件的高温推链(33)；所述环形加热炉(31)与环形等温炉(32)通过中门总成(13)与强制快冷室(22)相隔离，所述中门总成(13)可开关。

2.根据权利要求1所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述辊棒式快冷炉(21)前后两端分别设有前升降台(21-1)和后升降台(21-2)，所述前升降台(21-1)前端还设有真空锁气室(21-3)，所述真空锁气室(21-3)外部设有抽真空***。

3.根据权利要求2所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述辊棒式上料台(1)与辊棒式卸料台(4)呈“L”型，所述辊棒式上料台(1)一端与辊棒式卸料台(4)一端之间设有旋转过渡料台(7)，所述旋转过渡料台(7)与辊棒式快冷炉(21)和真空锁气室(21-3)设置在同一直线上。

4.根据权利要求1、2或3所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述辊棒式快冷炉(21)上端沿炉体长度方向设有多个油冷循环风扇(8)，所述辊棒式快冷炉(21)下部设有多个带翅片水冷管式换热器(21-4)。

5.根据权利要求4所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述强制快冷室(22)上端设有冷却风管(22-1)，所述冷却风管(22-1)与外界冷却风机相连。

6.根据权利要求1所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述环形加热炉(31)和环形等温炉(32)顶部设有多个油冷循环风扇(8)，所述油冷循环风扇(31)旁边还设有保护气氛进气管(9)、辐射管(10)和热电偶(11)，所述保护气氛进气管(9)、辐射管(10)和热电偶(11)均插装在炉体内，所述热电偶(11)与外界温度控制***相连。

7.根据权利要求6所述的辊棒式球化退火生产线，其特征在于：所述环形加热炉(31)和环形等温炉(32)底部设有转动炉底，侧面设有1～3个检修门(12)，所述转动炉底内部设有回转支撑体。

8.一种采用如权利要求7所述的辊棒式球化退火生产线进行等温球化退火方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)送料：通过辊棒式上料台(1)将待处理工件传输到辊棒式上料台(1)末端，旋转过渡料台(7)旋转到辊棒式上料台(1)末端并与其对接，接收辊棒式上料台(1)上的工件，然后将旋转过渡料台(7)旋转到辊棒式快冷炉(21)方向，使其与传输装置对接，并将工件转移到传输轨道上；

(2)冷工件炉内输入：冷工件经传输轨道进入真空锁气室(21-3)，并通过前升降台(21-1)将工件转移到双层辊棒式快冷炉(21)上层进行传输；工件全部进入后，将真空锁气室(21-3)炉门关闭，启动真空泵进行抽真空；

(3)炉内冷热工件热量交换：冷工件在处于真空状态下的辊棒式快冷炉(21)上层输入的同时，下层已经过等温球化退火的热工件进行输出，利用热工件的热量对冷工件进行预热，冷工件被预热后的温度为300～500℃；

(4)工件的奥氏体化：冷工件到达双层辊棒式快冷炉(21)末端后，经后升降台(21-2)快速通过强制快冷室(22)，并在环形加热炉(31)一侧的高温推链(33)的作用下推入环形加热炉(31)内进行加热奥氏体化，并保温一定时间，同时向环形加热炉(31)内通入氮气、甲烷或两者混合物的保护气氛防止工件氧化脱碳；

(5)工件的等温处理：经环形加热炉(31)处理后的工件通过该侧的高温推链(33)推入强制快冷室(22)，冷却到等温温度后再通过环形等温炉(32)一侧的高温推链(33)将工件推入环形等温炉(32)进行等温处理，使碳化物进行析出球化，同时通入氮气、甲烷或两者混合物的保护气氛防止工件氧化脱碳；

(6)已处理热工件的冷却及炉内传输：经等温球化退火处理后的工件通过该侧的高温推链(33)推入强制快冷室(22)，并迅速进入双层辊棒式快冷炉(21)，通过后升降台(21-2)将已处理工件移送到双层辊棒式快冷炉(21)下层输出，在传输过程中冷却，同时释放的能量用于加热上层输入的冷工件；

(7)已处理工件的输出：输出的热工件在双层辊棒式快冷炉(21)冷却到一定温度后，前升降台(21-1)将工件转移到真空锁气室(21-3)，然后将旋转过渡料台(7)旋转到真空锁气室(21-3)方向，接收工件后将其旋转到与辊棒式卸料台(4)对接方向，并将工件转移到辊棒式卸料台(4)上；

(8)卸料：工件在辊棒式卸料台(4)上传输，并完成卸料工作。

9.根据权利要求8所述的等温球化退火方法，其特征在于：整条等温球化退火生产线运行通过上位机控制***(5)进行控制。