CN109097536B - 一种不锈钢工件的氧化着色退火炉 - Google Patents

一种不锈钢工件的氧化着色退火炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，属于金属加工技术领域，其技术要点包括进料机构、预热辐射管段、加热炉体、冷却降温管组段和出料机构，进料机构和出料机构之间有输送带，加热炉体上有加热元件，加热炉体上至少有二根保护气体导入管和一根氧化气体导入管，氧化气体导入管位于两根保护气体导入管之间，并形成氧化着色定点区，氧化着色定点区位于加热炉体与冷却降温管组段的交界处，其温度恒定在600‑1100℃。本发明不仅能减少不锈钢工件高温不可控氧化的发生，而且还能在其表面均匀地形成一层致密的氧化膜保护层，增加了不锈钢工件整体的规则度和美观度，同时还能延长其寿命。此外，退货工艺的存在还能降低工件硬度，提高后续冷加工的性能。

Description

一种不锈钢工件的氧化着色退火炉
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，更具体地说，它涉及一种不锈钢工件的氧化着色退火炉。
背景技术
氧化着色退火炉是用于不锈钢工件进行氧化着色以及退火的一种常用设备，目前常见的氧化着色退火炉按照不锈钢工件的加工流程依次包括进料机构、预热辐射管段、加热炉体、冷却降温管组段和出料机构。其中，进料机构和出料机构之间设有供不锈钢工件水平均匀移动的输送带，而在加热炉体的周侧上安装有若干加热元件，此时能够控制加热炉体内的温度，并使之保持在1000℃以上的高温。由此当不锈钢工件经由输送带进入到加热炉体内时，在高温的作用下，不锈钢工件内的铬和铁极易被氧化气氛氧化成三氧化二铬和四氧化三铁，并附着在上述不锈钢工件表面形成氧化膜保护层，从而能够钝化不锈钢工件表面，起到了减少金属进一步被腐蚀的作用。
但是目前现有的氧化着色退火炉内，氧化着色和退火工艺同步进行。此时当不锈钢工件随着输送带进行移动时，在温度为600-1100℃条件下，一旦不锈钢工件与加热炉体内的氧化气氛相遇，不锈钢工件表面即可被氧化气氛氧化，此时的氧化是不可控制的（即不管氧化气氛的浓度多少，上述氧化气氛在任何温度点均能与不锈钢工件表面进行氧化反应），一旦发生不可控的氧化，不锈钢工件表面的形成的氧化膜保护层不仅比较稀疏，均匀度差，而且其整体的规则度和美观度也不好，从而容易影响不锈钢工件整体的使用寿命。因此需要提出一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，不仅能够预防或者减少不锈钢工件高温不可控氧化的发生，而且还能在不锈钢工件的表面均匀地形成一层致密的氧化膜保护层，由此增加了不锈钢工件整体的规则度和美观度，同时还有助于延长其使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，按照不锈钢工件的加工流程依次包括进料机构、预热辐射管段、加热炉体、冷却降温管组段和出料机构，所述进料机构和出料机构之间设有供不锈钢工件移动的输送带，所述加热炉体的周侧上设有若干加热元件，所述加热炉体上至少设有二根保护气体导入管和一根氧化气体导入管，所述氧化气体导入管位于相邻两根保护气体导入管之间，并形成供不锈钢工件氧化着色的氧化着色定点区，所述氧化着色定点区位于所述加热炉体与冷却降温管组段之间的交界处，所述氧化着色定点区内的温度恒定，并且所述加热炉体内氧化着色定点区的温度控制在600-1100℃。
通过采用上述技术方案，不锈钢工件经由进料机构进入到氧化着色退火炉内，再有传动网带传输到预热辐射管段内，此时加热炉体内的高温气体会逐步辐射到预热辐射管段内，并对上述不锈钢工件进行缓慢的预加热，此时有助于后期退火工艺的进行。随后不锈钢工件进入到加热炉体内，此时温度到达1000-1100℃，同时在保护气氛下，不锈钢工件能够进行退火处理，有助于提高不锈钢工件的品质，即降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。随后继续运动到氧化着色定点区，并在氧化气氛的作用下，使得不锈钢工件的表面能够均匀地附着有一层绿色的致密氧化膜保护层，由此不仅能减少不锈钢工件高温不可控氧化的发生，而且还能在其表面均匀地形成一层致密的氧化膜保护层，增加了不锈钢工件整体的规则度和美观度，同时还能延长其寿命。
本发明进一步设置为：所述保护气体导入管内充满保护气氛，所述保护气氛包括H2和N2。
通过采用上述技术方案，氢气是常见的还原性气体，而氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，由此经由氢气和氮气配比后得到的气体能够作为保护气氛进行使用，以最大可能的排除加热炉体内的空气，由此能够在保证不锈钢工件进行正常的退火处理，同时还能减少其在高温下被氧化的机率，为下一步的氧化着色做好了准备，从而方便得到均匀且致密的氧化膜保护层。
本发明进一步设置为：所述氧化气体导入管内充满氧化气氛，所述氧化气氛包括CO2、CO和水蒸气中的一种或者一种以上。
通过采用上述技术方案，由于在加热炉体内充满了还原性气氛，随后再通入氧化气氛，此时在氧化气体导入管处会形成一个氧化着色定点区，并在上述氧化着色定点区处还有大量的氧化气氛（此时CO2、CO或者水蒸气的浓度较高，即CO2、CO或者水蒸气的浓度完全能够满足氧化不锈钢工件表面的需求）。
同时在不锈钢工件内含有铬和铁等金属物质，此时当不锈钢工件移动到氧化着色定点区内时，在恒定温度下，不锈钢工件内的铬、铁等会与上述氧化气氛进行氧化着色反应，并能够在其表面形成一层均匀且致密的氧化膜保护层。由此在1000-1100℃的高温条件下，铬能够与CO、水蒸气，以及部分的CO2进行反应。
其涉及的化学反应方程式如下：在高温下，2Gr + 3CO → Gr2O3 + 3C↓；2Gr +3H2O（g） → Gr2O3 + 3H2↑；2Gr + 3CO2 → Gr2O3 + CO↑；C + CO2 → CO↑；CO2 + H2 → CO +H2O↑。另外，当加热炉体内氧化气氛过量时，还有少量的铁也会参与反应，其反应方程式为：3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4 H2↑。
本发明进一步设置为：所述加热炉体的相对侧壁上分别设有一根氧化气体导入管，两根所述氧化气体导入管的喷嘴相对设置。
通过采用上述技术方案，两根氧化气体导入管的喷嘴相对设置，此时使得形成的氧化着色定点区内氧化气氛更加的均匀和集中，即CO2、CO或者水蒸气的浓度完全能够满足氧化不锈钢工件表面的需求，由此有效的提高了不锈钢工件在氧化着色的效果，使得形成的氧化膜保护层更加的均匀，且致密度更高，从而有助于减少不锈钢工件表面氧化生锈的机率，有效延长了其使用寿命。
本发明进一步设置为：所述保护气体导入管的一端位于加热炉体内，其另一端穿过所述加热炉体并连接有氨分解炉，所述氨分解炉与保护气体导入管之间依次设有阀门一、流量计一和气体分配装置一。
通过采用上述技术方案，经由氨分解炉将氨气分解成为3份的氢气和1份的氮气，同时操作者通过阀门一和流量计一将上述分解后的保护气氛经由气体分配装置一平均分配在保护气体导入管内，此时不仅操作十分的方便和快捷，而且十分实用。
本发明进一步设置为：所述氧化气体导入管的一端位于所述加热炉体内，其另一端穿过所述加热炉体并连接有若干气体储存瓶，所述气体储存瓶与氧化气体导入管之间依次设有阀门二、流量计二和气体分配装置二。
通过采用上述技术方案，操作者将气体储存瓶内的保护气氛经由阀门二和流量计二导入到体分配装置二内，接着平均分配在氧化气体导入管内，此时不仅操作十分的方便和快捷，而且十分实用。
本发明进一步设置为：还包括控制器，所述控制器分别与阀门一、流量计一、气体分配装置一、阀门二、流量计二、气体分配装置二以及加热元件电连接。
通过采用上述技术方案，操作者可采用控制器对整个氧化着色退火炉内的电器元件进行操控，从而有利于提高对整个氧化着色退火炉的自动化程度，使得退火和氧化着色工艺更加的方便和快捷。
本发明进一步设置为：所述输送带的两端分别设有燃烧塔一和燃烧塔二，所述燃烧塔一和燃烧塔二均位于所述输送带的上方，且位于同一水平高度。
通过采用上述技术方案，燃烧塔一和燃烧塔二的设置，不仅能够将多余的气体燃烧完成，而且不会产生污染性气体，环境友好。此外，燃烧塔一和燃烧塔二处进行燃烧，由此能使位于加热炉体内的气体自动朝着两侧移动，有利于排除整个氧化退火炉内多余的空气，从而有助于为后期的氧化着色做准备。
本发明进一步设置为：所述冷却降温管组段包括若干根首尾相接对接设置的冷却管，每根所述冷却管依次包括包覆在所述输送带外的内管和外管，所述内管与外管之间一体成型并设有空腔，所述空腔内流动有冷却水。
通过采用上述技术方案，在空腔内设置冷却水，此时不锈钢工件上的热量一部分经由保护气氛导出到冷却管外，另一部分与保护气氛、冷却管内壁以及位于空腔内的冷却水之间进行热交换，由此可以有效降低不锈钢工件的温度，从而加快了降温操作的进行。
本发明进一步设置为：每根所述冷却管的端部设有一个进水管或者一个出水管。
通过采用上述技术方案，冷却管中采用流动的水体对不锈钢工件进行冷却处理，由此能够增加冷却效果，且十分的方便和实用。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用恒温定点的方式进行氧化着色工艺，不仅能够预防或者减少不锈钢工件高温不可控氧化的发生，而且还能在不锈钢工件的表面均匀地形成一层致密的氧化膜保护层，由此增加了不锈钢工件整体的规则度和美观度，同时还有助于延长其使用寿命；
2、优化的，燃烧塔一和燃烧塔二的设置，不仅能够将多余的气体燃烧完成，而且不会产生污染性气体，环境友好。此外，燃烧塔一和燃烧塔二处进行燃烧，由此能使位于加热炉体内的气体自动朝着两侧移动，有利于排除整个氧化退火炉内多余的空气，从而有助于为后期的氧化着色做准备；
3、优化的，冷却管中采用流动的水体对不锈钢工件进行冷却处理，由此能够增加冷却效果，且十分的方便和实用；
4、优化的，在氧化退火炉中还发生有不锈钢工件的退火工艺，此时退火处理不仅能够降低工件硬度，提高后续冷加工性能，而且还能减低其内应力，使组织***，从而方便了不锈钢工件的再加工。
附图说明
图1为本实施例1的立体图；
图2为本实施例1中剖视图，主要用于体现冷却管中的内管、外管以及空腔之间的相对位置关系；
图3为本实施例1的正视图；
图4为本实施例1的氧化着色和退火工艺的示意图。
附图说明：1、进料机构；2、预热辐射管段；3、加热炉体；4、冷却降温管组段；5、出料机构；6、输送带；7、不锈钢工件的主要退火区；8、保护气体导入管；9、氧化气体导入管；10、氧化着色定点区；11、氨分解炉；12、阀门一；13、流量计一；14、气体分配装置一；15、储存瓶；16、阀门二；17、流量计二；18、气体分配装置二；20、燃烧塔一；21、燃烧塔二；22、冷却管；23、进水管；24、出水管；25、内管；26、外管；27、空腔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1：一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，如图1和图2所示，按照不锈钢工件的加工流程依次包括进料机构1、预热辐射管段2、加热炉体3、冷却降温管组段4和出料机构5。此外，上述氧化着色退火炉还包括控制器（图中未示出）。其中，进料机构1和出料机构5之间安装有输送带6，此时输送带6能够带动不锈钢工件从进料机构1到出料机构5方向移动，十分方便和省力。随后为了提高加热炉体3内的温度，方便氧化着色以及退火工艺的有效进行，在加热炉体3的周侧上设有若干加热元件（图中未示出），上述加热元件可以为加热电丝，且安装在加热炉体3的炉胆处，并且加热炉体3内的温度控制在600-1100℃。由此使得不锈钢工件在进行退火和氧化着色工艺时更加的方便和稳定。
接着如图1所示，为了提高上述不锈钢工件氧化着色的效果，在加热炉体3上安装有至少两根保护气体导入管8和至少一根氧化气体导入管9。同时如图4所示，上述氧化气体导入管9位于相邻两根保护气体导入管8之间，并形成供不锈钢工件氧化着色的氧化着色定点区10，氧化着色定点区10位于加热炉体3与冷却降温管组段4的交界处，即上述氧化着色定点区10在加热炉体3在靠近冷却降温管组段4一端的5-10cm处。同时，氧化着色定点区10内氧化着色定点区10的温度恒定在1000-1050℃之间。而不锈钢工件的主要退火区7弥漫整个加热炉体4以及位于冷却降温管组段4靠近加热炉体3的一侧。由此采用定点恒温的方式对不锈钢工件表面喷射氧化气氛（例如，二氧化碳、一氧化碳和水蒸气），此时在高浓度的氧化气氛的作用下，不锈钢工件表面能够均匀的形成一层绿色的致密氧化膜保护层，即可完成氧化着色操作，随后进行退火工艺，有助于提升不锈钢工件的二次加工效率，由此不仅操作方便，能减少不锈钢工件高温不可控氧化的发生，而且还能在其表面均匀地形成一层致密的氧化膜保护层，增加了不锈钢工件整体的规则度和美观度，同时还能延长其寿命。
如图1和图4所示，为了进一步提高氧化膜保护层的致密度，在加热炉体3上还安有三根保护气体导入管8，其中两根保护气体导入管8朝着进料机构1的方向弯曲，且位于同一水平面上，而另一根朝着出料机构5方向弯曲设置。此时在保护气体导入管8内充满保护气氛，上述保护气氛包括H2和N2，其中H2与N2的比值可以是3比1，也可以是4比1。其中，氢气是常见的还原性气体，而氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，由此经由氢气和氮气配比后得到的气体能够作为保护气氛进行使用，以最大可能的排除加热炉体3内的空气，由此能够在保证不锈钢工件进行正常的退火处理，同时还能减少其在高温下被氧化的机率，为下一步的氧化着色做好了准备，从而方便得到均匀且致密的氧化膜保护层。
与此同时如图1和图4所示，加热炉体3的相对侧壁上分别设有一根氧化气体导入管9，两根氧化气体导入管9的喷嘴相对设置。此时在氧化气体导入管9内充满氧化气氛，上述氧化气氛为CO2。由于在加热炉体3内充满了还原性气氛，此时再通入氧化气氛CO2，如图4所示，在氧化气体导入管9处会形成一个氧化着色定点区10，并在上述氧化着色定点区10处还有大量的氧化气氛CO2。此时在高温下，不锈钢工件内的铬和少量铁会与二氧化碳CO2反应，并能够在其表面形成一层均匀且致密的氧化膜保护层，其中氧化膜保护层的成分主要为绿色的Gr2O3，以及少量黑色的Fe3O4。其反应的方程式为：在高温下，2Gr + 3CO → Gr2O3+ 3C↓；2Gr + 3H2O（g） → Gr2O3 + 3H2↑；2Gr + 3CO2 → Gr2O3 + CO↑；C + CO2 → CO↑；CO2+ H2 → CO + H2O↑。另外，当加热炉体内氧化气氛过量时，还有少量的铁也会参与反应，其反应方程式为：3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4 H2↑。
为了方便操作者安全高效的得到保护气氛，如图4所示，保护气体导入管8的一端位于加热炉体3内，其另一端穿过加热炉体3并连接有氨分解炉11。同时氨分解炉11与保护气体导入管8之间依次设有阀门一12、流量计一13和气体分配装置一14。由此经由氨分解炉11将氨气分解成为3份的氢气和1份的氮气，同时操作者通过阀门一12和流量计一13将上述分解后的保护气氛经由气体分配装置一14平均分配在保护气体导入管8内，此时不仅操作十分的方便和快捷，而且十分实用。
与此同时如图4所示，氧化气体导入管9的一端也位于加热炉体3内，其另一端穿过加热炉体3并连接有两个气体储存瓶15，上述气体储存瓶15与氧化气体导入管9之间依次设有阀门二16、流量计二17和气体分配装置二18。由此操作者可将气体储存瓶15内的保护气氛经由阀门二16和流量计二17导入到体分配装置二内，接着平均分配在氧化气体导入管9内，此时不仅操作十分的方便和快捷，而且十分实用。
为了提高对整个氧化着色退火炉的自动化程度，如图4所示，将上述阀门一12、流量计一13、气体分配装置一14、阀门二16、流量计二17、气体分配装置二18以及加热元件分别与控制器电连接。由此操作者可采用控制器对整个氧化着色退火炉内的电器元件进行操控，从而有利于提高对整个氧化着色退火炉的自动化程度，使得退火和氧化着色工艺更加的方便和快捷。
为了减少对环境的污染，如图1和图3所示，在输送带6的两端分别安装有一个燃烧塔一20和一个燃烧塔二21，上述燃烧塔一20和燃烧塔二21均安装在输送带6的上方，且位于同一水平高度。同时燃烧塔一20和燃烧塔二21上均设有一个点火口（图中未示出）。由此燃烧塔一20和燃烧塔二21的设置，不仅能够将多余的气体燃烧完成，而且不会产生污染性气体，环境友好。此外，燃烧塔一20和燃烧塔二21处进行燃烧，由此能使位于加热炉体3内的气体自动朝着两侧移动，有利于排除整个氧化退火炉内多余的空气，从而有助于为后期的氧化着色做准备。
为了加速降温，如图1和图3所示，冷却降温管组段4包括四根首尾相接对接设置的冷却管22。其中结合图2所示，每根冷却管22依次包括包覆在输送带6外的内管25和外管26，同时上述内管25与外管26之间一体成型并设有空腔27，在空腔27内流动有冷却水。并且每根冷却管22均的端部均设有一个进水管23或者一个出水管24。由此上述冷却管22中采用流动的水体对不锈钢工件进行冷却处理，由此能够增加冷却效果，且十分的方便和实用。
实施例2：一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，与实施例1的不同之处在于：氧化气体导入管9内充满氧化气氛，氧化气氛有水蒸气。
实施例3：一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，与实施例1的不同之处在于：氧化气体导入管9内充满氧化气氛，上述氧化气氛包括CO2和水蒸气。
实施例4：一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，与实施例1的不同之处在于：氧化气体导入管9内充满氧化气氛，上述氧化气氛包括CO2、CO和水蒸气。
工作时，不锈钢工件经由进料机构1进入到氧化着色退火炉内，再有传动网带传输到预热辐射管段2内，此时加热炉体3内的高温气体会逐步辐射到预热辐射管段2内，并对上述不锈钢工件进行缓慢的预加热，此时有助于后期退火工艺的进行。随后不锈上钢工件进入到加热炉体3内，此时温度到达1000-1100℃，同时在保护气氛下，不锈钢工件能够进行退火处理，有助于消除内应力，提高不锈钢工件的品质。随后继续运动到氧化着色定点区10，并在氧化气氛的作用下，使不锈钢工件的表面能够均匀地附着有一层绿色的致密氧化膜保护层。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，按照不锈钢工件的加工流程依次由进料机构（1）、预热辐射管段（2）、加热炉体（3）、冷却降温管组段（4）和出料机构（5）组成，所述进料机构（1）和出料机构（5）之间设有供不锈钢工件移动的输送带（6），所述加热炉体（3）的周侧上设有若干加热元件，其特征在于：所述加热炉体（3）上至少设有二根保护气体导入管（8）和一根氧化气体导入管（9），所述氧化气体导入管（9）位于相邻两根保护气体导入管（8）之间，并形成供不锈钢工件氧化着色的氧化着色定点区（10），所述氧化着色定点区（10）位于所述加热炉体（3）与冷却降温管组段（4）之间的交界处，所述氧化着色定点区（10）内的温度恒定，并且所述加热炉体（3）内氧化着色定点区（10）的温度控制在600-1100℃；
所述保护气体导入管（8）内充满保护气氛，所述保护气氛包括H2和N2；
所述氧化气体导入管（9）内充满氧化气氛，所述氧化气氛包括CO2、CO和水蒸气中的一种或者一种以上；
所述加热炉体（3）的相对侧壁上分别设有一根氧化气体导入管（9），两根所述氧化气体导入管（9）的喷嘴相对设置。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：所述保护气体导入管（8）的一端位于加热炉体（3）内，其另一端穿过所述加热炉体（3）并连接有氨分解炉（11），所述氨分解炉（11）与保护气体导入管（8）之间依次设有阀门一（12）、流量计一（13）和气体分配装置一（14）。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：所述氧化气体导入管（9）的一端位于所述加热炉体（3）内，其另一端穿过所述加热炉体（3）并连接有若干气体储存瓶（15），所述气体储存瓶（15）与氧化气体导入管（9）之间依次设有阀门二（16）、流量计二（17）和气体分配装置二（18）。
4.根据权利要求3所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与阀门一（12）、流量计一（13）、气体分配装置一（14）、阀门二（16）、流量计二（17）、气体分配装置二（18）以及加热元件电连接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：所述输送带（6）的两端分别设有燃烧塔一（20）和燃烧塔二（21），所述燃烧塔一（20）和燃烧塔二（21）均位于所述输送带（6）的上方，且位于同一水平高度。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：所述冷却降温管组段（4）包括若干根首尾相接对接设置的冷却管（22），每根所述冷却管（22）依次包括包覆在所述输送带（6）外的内管（25）和外管（26），所述内管（25）与外管（26）之间一体成型并设有空腔（27），所述空腔（27）内流动有冷却水。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢工件的氧化着色退火炉，其特征在于：每根所述冷却管（22）的端部设有一个进水管（23）或者一个出水管（24）。
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