CN111670113B - 加工物品的方法和物品的高压处理方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于在压制装置中加工至少一个物品的方法。该方法包括以下步骤:通过炉室中的至少一个加热元件升高装载隔室中的温度;在选定的时间段ti内将升高的温度维持在预设的温度水平Ti;以及在升高温度和维持升高的温度的步骤期间,通过至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环。
Description
技术领域
本发明总体上涉及压力处理(pressure treatment)的领域。具体而言,本发明涉及一种在物品和/或产品的处理过程中通过热压(例如,举例来说热等静压(HIP))升高并维持温度的方法。
背景
热等静压(HIP)是有越来越广泛用途的技术。HIP可以例如用于减少或者甚至消除铸件(例如,涡轮叶片)中的孔隙,以便显著提升它们的使用寿命和强度(例如,它们的疲劳强度)。此外,HIP还可用于通过压缩粉末来制造产品,其中粉末装在片状金属胶囊中,从而赋予产品所期望的形状。HIP对于提供期望或要求完全或基本上完全致密并且具有无孔或基本上无孔的外表面等的产品特别重要。
要通过HIP进行压力处理的物品可以被定位在隔热压力容器的装载隔室或装载腔中。处理周期可以包括装载物品、处理物品和卸载物品。若干物品可以被同时处理。处理周期可以被分成若干部分或阶段,如压制阶段、加热阶段以及冷却阶段。在将物品装载到压力容器中之后,然后可以将其进行密封,随后将压力介质(例如,包括诸如含氩气体的惰性气体)引入到压力容器及其装载隔室中。然后,使压力介质的压力和温度升高,使得物品在选定的时间段期间经受升高的压力和升高的温度。借助于布置在压力容器的炉室内的加热元件或炉(furnace)提供压力介质的温度升高,这又可以引起物品的温度升高。压力、温度和处理时间可能依赖于例如所处理的物品的所期望的或所需要的材料属性、特定的应用领域以及所处理的物品的所需要的品质。HIP中的压力可以例如在200巴至5000巴的范围内,例如从800巴至2000巴的范围内。HIP中的温度可以例如在300℃至3000℃的范围内,例如从500℃至2000℃的范围内。
从现有技术中已知利用自然对流进行热气体再循环的高压釜,由此由于存在或需要的温差(在外壁上加热或冷却)而导致的高压釜中的压力分布可以被利用。根据热力学定律,在高压釜中,较冷的流体下沉,而较热的流体上升。在加热过程中,炉室中的加热元件或炉启动压力介质的流动,其中该流动可依赖于加热元件或炉的布置。
应当理解,压力容器中温度升高和维持所升高的温度的特性会影响所处理物品的冶金性能。例如,不均匀的加热可能导致物品或产品中的内应力、对布置在装载隔室中的不同位置的物品或产品的不均匀处理、难以控制加热等。因此,通常希望能够提供均匀的加热,并且如果可能的话,也能够控制加热和/或加热速率。例如,可能需要或期望升高并维持压力介质(以及由此物品)的温度,而不会在装载隔室内引起大的温度变化。然而,应该注意的是,如前所述的现有技术的装置和方法在运行期间可能会遭受压力容器中的相对较大的温差。由于成本和/或效率的原因,在开发更大的压制装置以用于处理更大和/或更多的物品和/或产品的能力时,这是一个特别关注的问题,因为在相对较大的压制装置中使用的现有技术可能导致在压制装置的运行过程中在装载隔室中出现更大和/或更频繁的温差。
因此,希望改善物品和/或产品处理中并且特别是在用于热等静压的压制装置中的加热阶段,从而可以实现(基本上)均匀的加热。
概述
鉴于以上所述,本发明的一个关注点是提供一种用于在压制装置中加工至少一个物品(例如通过HIP)的方法,其中在处理周期的加热和/或保持阶段期间在压制装置的装载隔室中可以获得(基本上)均匀的加热。
为了解决这些关注点和其他关注点中的至少一个,提供了一种根据独立权利要求的方法。优选实施例由从属权利要求限定。
根据本发明的第一方面,提供了用于在压制装置中加工至少一个物品的方法。该压制装置包括压力容器,压力容器包括压力缸和炉室(furnace chamber),炉室布置在压力容器内以用于加热压力介质。炉室包括至少一个加热元件和用于容纳至少一个物品的装载隔室,其中,装载隔室布置在炉室内。压制装置还包括用于使压力介质在压力容器内循环的至少一个流动发生器(flow generator)。该方法包括通过炉室中的至少一个加热元件升高装载隔室中的温度的步骤。该方法还包括在选定的时间段内将升高的温度维持在预设的温度水平的步骤。在升高温度的步骤和维持升高的温度的步骤期间,该方法还包括通过至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环的步骤。
因此,本发明基于提供一种在压制装置中加工一个或更多个物品(例如能够通过诸如HIP对物品进行压力处理)的方法的思想。该方法可以升高装载隔室(在该装载隔室中布置有物品)中的温度,并且在该温度升高期间运行至少一个流动发生器,以用于使压力介质在压力容器内循环。此外,当装载隔室内达到预设的或期望的温度时,该方法可以在预设的或期望的时间段期间维持该温度,在该预设的或期望的时间段期间,至少一个流动发生器被运行以使压力介质在压力容器内循环。因此,在升高装载隔室中的温度的第一子阶段和随后的维持装载隔室中的升高的温度的第二子阶段期间,通过运行该方法中的压制装置的流动发生器实现的压制装置中的强制对流可以实现装载隔室内的(至少基本上)均匀的加热。
本发明的优点在于,在加热阶段(在该阶段,装载隔室中的温度被升高)以及保持阶段(在该阶段,装载隔室中的该升高的温度被维持)期间,流动发生器的运行导致装载隔室中相对平均或均匀的温度分布。这是非常有益的,因为在压制装置中经受加工或处理的物品在该处理周期中可以经受相同或基本相同的温度,导致物品加工的一致性。在使用相对较大的装载隔室的情况下,本发明提供均匀加热的可能性可能特别重要,从而避免在装载隔室中被间隔开的物品被不同地加工。本发明的另一个好处是均匀加热可以改进包括物品材料沉淀硬化在内的过程。更具体地说,应该注意的是,沉淀硬化过程之前的溶液处理(solution treatment)可能对温度波动敏感,这因此可能导致所处理物品的材料性能恶化。本发明可以通过其在处理周期中提供均匀加热的创新概念来克服这个问题。
本发明的进一步优点在于均匀和平均加热和/或冷却可以降低物品材料中出现内应力的风险。
本发明的进一步优点在于,均匀加热可以增加对处理周期的加热阶段的控制。
应当理解,本发明的创造性加热概念还可以导致压制装置的更短的处理周期。考虑到节省的时间,这不仅意味着对压制装置运行的改进,而且还导致了对压制装置运行的成本效率的改进。
提供了一种在压制装置中加工至少一个物品的方法。压制装置可以适合于通过压制(例如诸如HIP的热压)来处理至少一个物品。该压制装置包括压力容器,该压力容器包括压力缸和炉室,炉室布置在压力容器内以用于加热压力介质。在压制装置中使用的压力介质可以例如包括流体介质或者由流体介质构成,该流体介质相对于在压制装置中待处理的物品具有相对较低的化学亲和力。压力介质可以例如包括气体,例如诸如氩气的惰性气体。炉室包括至少一个加热元件和用于容纳至少一个物品的装载隔室,其中,装载隔室被布置在炉室内。压制装置还包括用于使压力介质在压力容器内循环的至少一个流动发生器。术语“流动发生器”在这里基本上是指能够生成(压力介质的)流动的任何元件、设备、装置等,例如风扇、喷射器、循环装置等。
该方法包括通过炉室中的至少一个加热元件升高装载隔室中的温度的步骤。该方法还包括在选定的时间段内将升高的温度维持或保持在预设的温度水平的步骤。在升高温度的步骤和维持升高的温度的步骤期间,该方法还包括通过至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环的步骤。换句话说,该方法包括当升高压制装置中的装载隔室中的温度并维持压制装置中的装载隔室中的升高的温度时运行一个或更多个流动发生器。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括在升高温度的步骤期间通过以第一速率运行至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环。此外,在维持升高的温度的步骤期间,该方法被配置成通过以第二速率运行至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环,其中第二速率低于第一速率。术语“速率”在这里是指运行速率,例如流动发生器每分钟的转数(rpm)。通过在维持装载隔室中的升高的温度的子阶段以第二速率运行流动发生器,其中第二速率低于在升高温度的子阶段运行流动发生器的第一速率,第二速率可以相对较低和/或保持在维持压力容器中的强制对流的最小速率。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括根据压力介质的至少一种特性来运行该至少一个流动发生器。因此,在升高压力容器中的温度的步骤和/或维持压力容器中的升高的温度的步骤期间,该方法被配置为通过以一定速率运行该至少一个流动发生器来使压力介质在压力容器内循环,该一定速率取决于压力介质的一种或更多种流体性质。应当理解,压力介质的流体性质可以取决于各种参数,例如压力介质的压力和/或温度、压力介质的加热速率等。压力介质的流体性质的示例可以是压力介质的密度、热容量(热容)和/或热导率等。本实施例的优点在于,可以将升高压力容器中的温度的步骤和/或维持压力容器中的升高的温度的步骤控制到甚至更高的程度。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括在升高温度的步骤期间,以至少10℃/分钟,优选至少30℃/分钟的速率升高温度。本实施例的优点在于,可以获得相对快速的温度升高,同时仍然提供均匀加热的优点。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括在升高温度的步骤期间将装载隔室中的温差维持在50℃,优选35℃,并且最优选20℃的温度区间ΔT内。因此,该方法的实施例可以在升高温度的步骤期间在装载隔室中提供相对小的温差。本实施例的优点在于,可以在压制装置中提供更均匀的加热过程。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括在维持升高的温度的步骤期间将装载隔室中的温差维持在8℃,优选5℃,并且最优选2℃的温度区间ΔT内。本实施例的优点在于,该方法可以在装载隔室内实现相对较小的温差,从而在压制装置中加工物品的过程中导致物品的更高程度的均匀加热。
根据本发明的一个实施例,该方法可以进一步包括升高装载隔室中的压力的步骤。该方法还可以包括在选定的时间段t3内将该升高的压力维持在预设的压力水平P1的步骤。在前述的维持装载隔室中的升高的温度的步骤期间,维持装载隔室中的升高的压力的步骤可以发生,但不是必须发生。因此,该方法可以包括升高温度和升高压力的组合,以及随后维持该升高的温度和该升高的压力,其中该方法可以同时运行流发生器以实现装载隔室中的强制对流。本实施例的优点在于,可以方便地在压制装置(例如用于HIP的压制装置)中提供通过该方法提供的均匀加热的优点,其中相对高的温度和相对高的压力被提供。
根据本发明的一个实施例,该方法可以进一步包括在升高温度的步骤和维持升高的温度的步骤之后降低装载隔室中的温度。因此,当完成物品的(高)压力处理时,物品可能需要在经受任何随后的加工步骤之前或者在从压力容器移除或卸载之前被冷却。应当理解,物品的冷却特性—例如其速率—可能影响所处理物品的冶金性能。本实施例的优点在于,该方法与所述的有利的加热阶段和保持阶段相结合还可以在处理周期中提供有效且快速的冷却阶段。因此,本实施例对于实现物品的期望材料性能的能力以及获得相对短的冷却周期的可能性两者是有利的,从而节省了加工时间和/或成本。
根据本发明的实施例,压制装置的压力容器可以进一步包括顶端封闭件和底端封闭件。该方法还可以包括使压力介质在压力容器内循环,由此压力介质被布置成通过装载隔室,并且引导压力介质经过顶端封闭件和底端封闭件中的至少一个,以用于冷却压力介质。应当理解,顶端封闭件和/或底端封闭件可以通过将热量从压力介质(该压力介质被布置成与顶端封闭件和/或底端封闭件(热)接触)传递走而充当散热器。本实施例的优点在于,通过将顶端封闭件和/或底端封闭件用作压力介质的散热器,可以以相对快速且方便的方式进行压力介质的冷却。
根据本发明的实施例,压制装置可以包括用于冷却压力介质的至少一个元件,并且该方法可以进一步包括通过允许压力介质通过该至少一个元件来冷却压力介质的步骤。本实施例的优点在于,处理周期中的冷却阶段可以变得更短和/或更有效。
根据本发明的实施例,压制装置的压力容器可以进一步包括顶端封闭件和底端封闭件,以及布置在顶端封闭件和底端封闭件中的至少一个中的至少一个热交换元件。该方法可以进一步包括使压力介质在压力容器内循环的步骤,由此压力介质被布置成通过装载隔室。该方法还可以包括引导压力介质通过至少一个热交换元件的通道以允许压力介质流动通过至少一个热交换元件的步骤。该方法可以进一步包括使冷却介质在至少一个热交换元件内循环以用于冷却被布置成流动通过至少一个热交换元件的压力介质的步骤。压力介质由此被布置成通过装载隔室并通过压制装置的顶端封闭件和/或底端封闭件,在压制装置的顶端封闭件和/或底端封闭件中布置有一个或更多个热交换元件。应当理解,根据该实施例的热交换元件是“主动”元件,因为冷却介质被传送到热交换元件、在热交换元件内传送和/或远离热交换元件传送。本发明的实施例的优点在于,通过由冷却介质在热交换元件内循环实现的主动冷却,压力介质的冷却是高效的。因此,压力介质和冷却介质之间的有效热交换导致压力介质的显著且快速的温度降低,这又导致装载隔室中的物品的相对快速的冷却。本发明的实施例的进一步优点在于,它可以导致压制装置的更短的压力处理周期。应该注意的是,考虑到节省的时间,这不仅仅意味着压制装置的运行的改进,而且还可以导致压制装置的运行的成本效率的改进。
根据本发明的实施例,压制装置的压力容器还可以包括吸热元件,该吸热元件布置在压力容器内,并被配置成从压力介质吸收热量。该方法还可以包括使压力介质在压力容器内循环,由此压力介质被布置成通过吸热元件。吸热元件可以完全布置在压力容器内,该吸热元件可选地可以被称为散热单元或热交换器单元。在吸热元件可以不设置有用于将冷却介质传送到吸热元件或从吸热元件传送冷却介质的任何导管、通道、管道等的意义上,吸热元件可以是“被动”元件。吸热元件可以不与压力容器的外部连接。特别地,吸热元件可以不与压力容器的外部流体连通。应当理解,相比之下,顶端封闭件中的热交换元件是“主动”元件,因为冷却介质被传送到热交换元件、在热交换元件内传送和/或远离热交换元件传送。本发明的实施例的优点在于,例如在处理周期的冷却阶段期间,可以实现使放置在装载室中的任何物品相对快速地冷却到所需或期望的温度。此外,通过相对于其吸热容量或能力适当地配置例如吸热元件,例如在处理周期的冷却阶段期间,可以实现物品的相对高的冷却速率。应当理解,在压制装置中提供吸热元件和热交换元件以用于冷却目的的概念之间存在协同效应。因此,通过根据本文描述的一个或更多个实施例的包括吸热元件和热交换元件两者的压制装置,可以获得压力介质的更有效的冷却。因此,这可以导致压制装置中的压制处理周期的更有效和/或更短的冷却。
根据本发明的实施例,炉室可以至少部分地被隔热壳包围,该隔热壳包括热隔绝部分和至少部分地包围该热隔绝部分的壳体。压制装置还可以包括布置在隔热壳内的第一流动发生器,以及布置在隔热壳下方的第二流动发生器。该方法还可以包括控制压力介质向第一流动发生器和第二流动发生器中的至少一个供应的步骤。由此,该方法可以控制压力介质的第一(较热)部分和压力介质的第二(较冷)部分向相应的第一流动发生器和第二流动发生器的供应。术语“控制压力介质的供应”在此意味着控制供应的压力介质的量(例如,每时间单位)。本实施例的优点在于,可以进一步改善压制装置内的压力介质的温度控制。例如,在压制装置的处理周期中的加热阶段期间,控制装置可以被配置为停止向(第二)流动发生器供应任何压力介质,该(第二)流动发生器被配置为循环相对冷的压力介质。这可以通过关闭一个或更多个阀使得没有或最少的(相对冷的)压力介质被输送到流动发生器来实现。与此结合,控制装置可以可选地被配置成打开一个或更多个阀,以用于向(第一)流动发生器供应压力介质,以用于(相对暖的)压力介质的循环。相比之下,在期望压制装置的处理周期中的相对快速地冷却的情况中,该方法可以例如通过(完全)打开一个或更多个阀来将压力介质的第二(较冷)部分的相对大部分供应到(第二)流动发生器。
根据本发明的实施例,该方法可以进一步包括控制第一流动发生器和第二流动发生器中的至少一个的运行。在流动发生器是风扇的情况下,在本文的上下文中,术语“运行”可以指速度、每分钟转数等。可替代地,在喷射器作为流动发生器的情况下,术语“运行”可以指流动速率。本实施例的优点在于,压制装置内的压力介质的温度可以被控制到甚至更高的程度。例如,在加热阶段的情况下,该方法可以以相对高的速度运行第一流动发生器。可选地,在压制装置的处理周期中期望相对快速的冷却的情况下,该方法可以以相对高的速度运行第二流动发生器。
根据本发明的实施例,提供了一种用于在压制装置中高压处理至少一个物品的方法,该压制装置包括压力容器以及用于使压力介质在压力容器内循环的至少一个流动发生器,该压力容器包括压力缸、炉室,炉室布置在压力容器内以用于加热压力介质,其中该炉室包括至少一个加热元件和用于容纳至少一个物品的装载隔室,其中该装载隔室布置在炉室内部。该方法可以包括以下相继的步骤:将至少一个待加工的物品布置在装载隔室内、升高装载隔室中的温度并升高装载隔室中的压力。应该注意的是,升高装载隔室中的温度和升高装载隔室中的压力的步骤可以同时进行。该方法还可以包括以下步骤:通过执行根据前述实施例中的一个或更多个的方法,在选定的时间段t1内将升高的温度维持在预设的温度水平T1、在选定的时间段t3内将升高的压力维持在预设的压力水平P1,以及通过执行根据前述实施例中的一个或更多个的方法来降低装载隔室中的温度。因此,实施例可以涉及热压,例如HIP,其进一步包括升高装载隔室中的温度和维持装载隔室中的温度的处理周期阶段,在此期间进行压力处理。在(HIP)处理之后,可以在将物品从压力容器中移除之前进行(快速)冷却。本发明的实施例的优点在于,(高)温度和(高)压力处理的方法可以包括根据一个或更多个前述方法实施例的加热、维持和冷却的有利子阶段,从而导致更有效的处理周期。
根据本发明的实施例,上述用于高压处理的方法可以进一步包括根据描述该特征的前述实施例控制压力介质的供应的步骤。
根据本发明的实施例,上述用于高压处理的方法可以进一步包括根据描述该特征的前述实施例控制第一流动发生器和第二流动发生器中的至少一个的运行的步骤。
本发明的另外的目的和优点将在下面通过示例性的实施例来描述。应注意,本发明涉及权利要求中所列举的特征的所有可能的组合。当研究所附权利要求和本文中的描述时,本发明的另外的特征和优势将变得明显。本领域技术人员认识到,本发明的不同特征可组合,以产生不同于本文中所描述的那些实施例的实施例。
附图简述
在下文中,将参考附图描述本发明的示例性实施例。
图1是压制装置的示意性局部截面侧视图。
图2a-b是压制装置的底部部分的示意性部分截面侧视图。
图3是压制装置的示意性局部截面侧视图。
图4-图7是根据本发明的实施例的方法的示意性图示。
所有附图是示意性的,不一定按比例绘制,并且通常仅显示为了阐明本发明的实施例所必需的部分,其中其他部分可以被省略或仅仅被建议。
详细描述
现在将参考附图在下文中描述本发明,在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而,本发明可以以许多不同的形式实施,且不应被解释为限于本文中所阐述的本发明的实施例;更确切地,这些实施例通过示例的方式被提供使得本公开内容将向本领域技术人员传达本发明的范围。
图1是压制装置100的示意性局部截面侧视图。压制装置100旨在用于压制至少一个物品,该至少一个物品用参考标记5示意性地表示。压制装置100包括压力容器2。尽管图1中未示出,但是压力容器2可以包括用于向压力容器2供应压力介质和从压力容器2排出压力介质的元件、装置、模块等,例如一个或更多个端口、入口、出口、阀等。
压力容器2包括压力缸1、顶端封闭件3和底端封闭件9。压力容器2包括炉室18。炉室18包括炉或加热器或加热元件,用于例如在处理周期的压制阶段期间加热压力容器中的压力介质。该炉在图1中由参考标记36示意性地表示。根据图1所图示的本发明的实施例,炉36可以布置在炉室18的下部部分处。替代地或附加地,炉36可以布置在炉室18的内侧表面或侧向(lateral)表面附近。应当理解,炉36相对于炉室18(例如在炉室18内部)的不同配置和布置是可能的。炉36关于其相对于炉室18(例如在炉室18内部)的布置的任何实施方式可用于本文所述的本发明的任何一个实施例中。在本申请的上下文中,术语“炉”指的是用于提供加热的元件或装置,而术语“炉室(furnace chamber)”指的是炉以及可能的装载隔室和任何物品所定位的区或区域。如图1所图示的,炉室18可以不占据压力容器2的整个内部空间,而是可以在炉室18周围留下压力容器2内部的中间空间10。中间空间10形成压力介质引导通道10。在压制装置100的运行期间,中间空间10中的温度可以低于炉室18中的温度,但是中间空间10和炉室18可以处于相等或基本相等的压力。
压力容器2的外壁的外表面可以设有管道、导管或管子等(未示出),这些管道、导管或管子例如可以布置成与压力容器2的外壁的外表面连接,并且可以布置成平行于压力容器2的轴向方向延伸。用于冷却压力容器2的壁的冷却剂可以设置在管道、导管或管子中,由此压力容器2的壁可以被冷却,以保护壁在压力容器2的运行过程中免于有害热量的积累。管道、导管或管子中的冷却剂可以例如包括水,但是另一种冷却剂或其他类型的冷却剂也是可能的。在压力容器2的外壁的外表面上设置的管道、导管或管子中的冷却剂的示例性流动在图1中由压力容器2外部的箭头指示。
即使在任意一幅图中都没有明确地表示,但是压力容器2可以布置成使得其能够被打开和关闭,从而使得压力容器2的任意物品5可以被***或移除。如本领域已知的,压力容器2的使得其可被打开和关闭的布置可以以多种不同的方式实现。尽管在图1中没有明确地示出,但是顶端封闭件3和底端封闭件9中的一个或两个可以布置成使得其可以被打开和关闭。
炉室18由隔热壳6、7、8封闭,并且被布置成使得压力介质可以进入和离开炉室18。根据图1所图示的本发明的实施例,隔热壳6、7、8包括热隔绝部分7、部分地包围热隔绝部分7的壳体6和底部热隔绝部分8。尽管隔热壳由参考标记6、7、8共同指代,但并非隔热壳6、7、8中的所有元件都可以被布置成是隔热或热隔绝的。例如,壳体6可以不被布置成是隔热或热隔绝的。
第一引导通道13形成在热隔绝部分7的内部,位于隔热部分7和装载隔室19的壁之间,并且被布置成向下引导已经通过装载隔室19的压力介质。引导通道11形成在热隔绝部分7和壳体6之间。如图1所图示的,引导通道10、11、13布置成形成压力容器2内的环路的至少一部分。图1所示的压力容器2内的箭头图示了在处理周期的一个阶段期间的压力介质的流动。环路的一部分包括分别形成在壳体6的部分和热隔绝部分7的部分之间的压力介质引导通道11。压力介质引导通道11被布置成在压力介质已经离开炉室18之后朝向顶端封闭件3引导压力介质。
图1中的压制装置还包括布置在隔热壳6、7、8内的第一流动发生器30。这里,第一流动发生器30被示例为用于使压力介质在炉室18内循环的风扇或类似物。引导通道13与第一流动发生器30流体连通,使得来自引导通道13的压力介质可以通过第一流动发生器30重新进入装载隔室。压制装置100还包括布置在隔热壳8下方的第二流动发生器32。类似于第一流动发生器30,第二流动发生器32也示例为用于压力介质的循环的风扇或类似物。第二流动发生器32与第一流动发生器30流体连通,使得由第二流动发生器32循环的压力介质被供给到第一流动发生器30,以用于进一步供给到压制装置100的装载隔室19中。
图2a-图2b是例如图1中描述和公开的压制装置100的底部部分的示意性部分截面侧视图。
图2a描述了压制装置的处理周期的冷却期或冷却阶段期间的压力介质的流动,而图2b描述了压制装置的处理周期的加热期或加热阶段期间的压力介质的流动。在图2a-图2b中,压制装置包括布置在隔热壳内的第一流动发生器30。这里,第一流动发生器30被示例为用于使压力介质在炉室18内循环的风扇或类似物。根据图1所图示的本发明的实施例,风扇30可以例如布置在上述的底部隔绝部分中的开口处。第一引导通道13与第一流动发生器30流体连通,使得来自引导通道13的压力介质可以通过第一流动发生器30重新进入装载隔室19。压制装置100还包括布置在隔热壳下方的第二流动发生器32。类似于第一流动发生器30,第二流动发生器32也示例为用于压力介质的循环的风扇或类似物。第二流动发生器32通过管子31与第一流动发生器30流体连通,使得由第二流动发生器32循环的压力介质被供给到第一流动发生器30,以用于进一步供给到压制装置的装载隔室中。
在描述压制装置的处理周期的冷却期或冷却阶段期间的流动的图2a中,在第二引导通道10中被往回朝向炉室18引导的压力介质可以进入炉室18——或底部隔绝部分——与底端封闭件之间的空间。应当理解,已经通过第二引导通道10的压力介质可以具有相对较低的温度,在第二引导通道10中,压力介质可以通过被引导到压力缸的壁的内表面附近而已经被进一步冷却。因此,温度相对较低的压力介质可以通过第二流动发生器32被朝向第一流动发生器30输送,以便进一步输送到装载隔室中。压制装置100还可以包括控制装置(未示出),该控制装置配置成控制从第一引导通道13到第一流动发生器30的压力介质供应,并控制从第二引导通道10到第二流动发生器32的压力介质供应。控制装置可以进一步配置成控制第一流动发生器30和/或第二流动发生器32的运行(例如,每分钟转数,rpm)。例如,在压制装置的处理周期中相对快速的冷却被期望的情况下,控制装置可以被配置成例如通过(完全)打开一个或更多个阀将相对冷的压力介质的相对较大部分从引导通道10通过第二流动发生器32朝向装载隔室供应。
在描述压制装置的处理周期的加热期或加热阶段期间的流动的图2b中,控制装置可以被配置成通过关闭一个或更多个阀来停止向第二流动发生器32的任何压力介质供应,使得没有或最少的(相对冷的)压力介质通过管子31朝向第一流动发生器30输送。与此相结合,控制装置可以可选地被配置为打开一个或更多个阀,以用于向第一流动发生器30供应压力介质,用于(相对暖的)压力介质的循环。因此,只有来自引导通道13的压力介质可以被吸入第一流动发生器30,并在压制装置的装载隔室中被进一步输送。
图3是根据示例性实施例的压制装置100的示意性部分截面侧视图。应当理解,所示的压制装置100具有与图1所示的压制装置相同的许多特征和部件,并且由此为了简单起见,参照图1。在图3中,热交换元件170布置在压制装置100的顶端封闭件3中。热交换元件170包括回路180,用于允许冷却介质在热交换元件170的回路180内循环,以用于冷却布置成通过顶端封闭件3中的热交换元件170的压力介质。压力介质可以从壳体6的开口通过布置在顶端封闭件3中的热交换元件170的通道200。更具体地说,压力介质可以经由热交换元件170的中心部分处的通道200的入口205进入通道200,并且经由热交换元件170的***部分处的出口210离开通道200。此后,压力介质可以进入第二引导通道10。应当理解,进入热交换元件170的压力介质可以与热交换元件170形成相对紧密的热接触,热交换元件170被通过其回路180的冷却介质冷却。因此,压力介质可以被热交换元件170有效地和/或快速地冷却。热交换元件170的回路180包括入口管子185,入口管子185通过管道197流体地连接到回路180,以用于向回路180供应冷却介质。类似地,回路180包括与回路180流体地连接的出口管子195,以用于从回路180排出冷却介质。在热交换元件170的运行过程中,冷却介质因此被布置成在热交换元件170的回路180内循环,以用于通过顶端封闭件3的压力介质的热传递或冷却。因为冷却介质的温度明显低于压力介质的温度,所以存在从冷却介质到压力介质的冷转移,或者类似地,存在从压力介质到冷却介质的热量转移。应当理解,图3中描述的热交换元件170是示意性的,并且其他配置也是可能的。例如,热交换元件170可以可替换地布置在底端封闭件9中,该底端封闭件9具有与顶端封闭件3中相同或相似的回路180。
图4是根据本发明的实施例的用于在压制装置100(例如,如图1所示例的)中处理至少一个物品的方法101的示意性图示。首先,方法101包括通过炉室中的至少一个加热元件使装载隔室中的温度升高110的步骤,在该装载隔室中布置有一个或更多个物品。方法101可以在时间t0期间使温度升高110,其中t0可以取决于诸如待处理或加工的物品的材料、压制装置的尺寸和/或构型等因素。时间t0例如可以是5小时,优选3小时,并且更优选1.5小时。
方法101可以任意地使温度升高110,即以非指定的方式。然而,并且根据优选实施例,方法101可以以至少10℃/分钟,优选至少30℃/分钟的速率(梯度)ΔTi/Δt来使装载隔室中的温度升高110。此外,并且同样根据优选实施例,方法101可以在使温度升高110的步骤期间将装载隔室中的温差维持在50℃,优选35℃,并且最优选20℃的温度区间ΔT0内。
在方法101的使压制装置100的装载隔室内的温度升高110的步骤之后,装载隔室内的温度水平T1可以是500-3000℃,优选1000-1400℃,并且更优选约1200℃。
在使压制装置100中的温度升高110的步骤之后,方法101可以进一步包括在选定的时间段t1将(升高的)温度维持120在上述预设的温度水平T1。维持T1的选定的时间段t1可以是0.1-6小时,优选0.5-4小时,并且更优选1-2小时。根据优选实施例,方法101可以在维持120装载隔室中升高的温度的步骤期间将装载隔室中的温差维持在8℃,优选5℃,并且最优选2℃的温度区间ΔT1内。
方法101可以进一步包括在使压制装置中的温度升高110的步骤和维持120该升高的温度的步骤之后使装载隔室中的温度降低140的步骤。在时间t2期间,装载隔室中的温度可以被降低140。温度降低的速率(梯度)ΔTd/Δt(即冷却速率)可以是至少200℃/分钟,优选至少250℃/分钟,并且更优选至少300℃/分钟。
如图4示意性表示的,在使压制装置的装载隔室19中的温度升高110并维持120该升高的温度的方法101的多个步骤期间,方法101还包括通过压制装置中的至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环130。因此,方法101包括在加热阶段期间以及在保持阶段期间运行一个或更多个流动发生器,在加热阶段期间,方法101使装载隔室中的温度升高110,在保持阶段期间,方法101维持120该装载隔室中的该升高的温度。应该理解的是,方法101由此在使温度升高110的子阶段(加热阶段)期间以及在维持120该升高的温度的子阶段(保持阶段)期间都导致装载隔室中相对平均或均匀的温度分布。换句话说,通过本发明的创造性方法,在使温度升高110的步骤期间压制装置的装载隔室中的温度的差值ΔT0和在维持120该温度的步骤期间压制装置的装载隔室中的温度的差值ΔT1可以相对较小。
图4示出本发明的方法101的另外的实施例。在此,在使装载隔室内的温度升高110的步骤期间,通过以第一速率R1运行至少一个流动发生器来使压力介质在压力容器内循环。此外,在维持120装载隔室内的温度的步骤期间,通过以第二速率R2运行至少一个流动发生器来使压力介质在压力容器内循环,其中第二速率R2低于第一速率R1,即R2<R1。例如,方法101可以在t0期间以速率R1运行一个或更多个流动发生器和在t1期间以速率R2运行一个或更多个流动发生器。此外,方法101可以使第二速率R2保持相对较低,例如保持在用于通过压力容器中的流动发生器来维持强制对流的最小速率。方法101还可以以一定速率运行一个或更多个流动发生器,该一定速率随压力介质的流体特性而变。因此,在使温度升高110的步骤和/或维持120该升高的温度的步骤期间,该方法可以被配置为通过以一定速率运行流动发生器而使压力介质在压力容器中循环,该一定速率取决于压力介质的流体特性。
图5是根据本发明的实施例的用于在压制装置100(例如如图1所示例的)中处理至少一个物品的方法200的示意性图示。此外,将理解的是,方法200的步骤包括方法101的一个或更多个步骤,如先前在文本和图4中所描述的,并且为了增进理解,在此参考上述文本和图。最初,即在图5的T,P图的最左边部分,加热(即使温度T升高)在真空下进行,由此压力P从大气压水平略微降低。此后,并且结合在一个或更多个流动发生器运行期间升高、维持和/或冷却压力容器的装载隔室中的温度的前述步骤,方法200还包括使装载隔室中的压力升高210的步骤。方法200还包括在选定的时间段t3内将升高的压力维持220在预设的压力水平P1的步骤。预设的压力P1可以是20-500MPa,优选50-300MPa,并且更优选80-250MPa。应当理解,维持220装载隔室中的压力的步骤可以与维持装载隔室中的温度的前述步骤同时进行(但不是必须的)。换句话说,维持P1的选定的时间段t3可以对应于维持装载隔室中的T1的选定的时间段t1。
图6是根据本发明的一个或更多个实施例的用于处理至少一个物品的方法400的示意性图示。例如如图1所示例的压制装置还可以包括用于冷却压力介质的至少一个元件。因此,在使温度升高的步骤和维持该升高的温度的步骤之后,方法400可以包括借助于元件降低410装载隔室中的温度的步骤。例如,该元件可以构成或包括如图3所述的布置在压制装置的顶端封闭件中的热交换元件。更具体地,热交换元件可以包括回路,用于允许冷却介质在热交换元件的回路内循环,以用于冷却被布置成通过顶端封闭件中的热交换元件的压力介质。该元件可以可替代地或与其组合地构成或包括被布置在压制装置的底端封闭件中的热交换元件。可选地,或者与此结合,该元件还可以构成或者包括吸热元件,该吸热元件布置在压力容器内并且被配置成从压力介质吸收热量。方法400可以进一步包括使压力介质在压力容器内循环420的步骤,因此压力介质被布置成通过装载隔室。在压制装置包括被布置在压制装置的顶端封闭件中的热交换元件的情况下,方法400可以进一步包括引导430压力介质通过热交换元件的通道以允许压力介质流动通过热交换元件的步骤,以及使冷却介质在热交换元件内循环440以冷却被布置成流过热交换元件的压力介质。可选地,或者与热交换元件结合,压制装置可以包括布置在压力容器内的吸热元件。方法400可由此进一步包括使压力介质在压力容器内循环450,由此压力介质被布置成通过吸热元件。
方法400可以进一步包括在步骤410、420、430、440和/或450中的一个或更多个步骤期间控制460向一个或更多个流动发生器中的至少一个流动发生器供应压力介质的步骤。方法400还可以包括在步骤410、420、430、440和450中的一个或更多个步骤期间控制470一个或更多个流动发生器中的至少一个流动发生器的运行的步骤。根据如图1所示例的压制装置100,在压力介质引导通道中被往回朝向炉室引导的压力介质可以进入炉室——或底部隔绝部分——与底端封闭件之间的空间。应当理解,已经通过热交换元件并通过第二引导通道的压力介质可以具有相对较低的温度,在第二引导通道中,压力介质可以通过被引导到压力缸的壁的内表面附近而已经被进一步冷却。因此,温度相对较低的压力介质可以通过第二流动发生器朝向第一流动发生器输送,以便进一步输送到装载隔室中。因此,通过控制460向第一流动发生器和/或第二流动发生器供应压力介质的步骤和/或控制第一流动发生器和/或第二流动发生器的运行(例如每分钟转数,rpm)的步骤,可以通过方法400实现处理周期的更受控和/或更快速的加热、保持和/或冷却阶段。例如,方法400可以通过关闭一个或更多个阀来停止压力介质向第二流动发生器的任何供应,使得没有或最少的(相对冷的)压力介质被循环。与此相结合,控制装置可以可选地被配置为打开一个或更多个阀,用于向第一流动发生器供应压力介质,以用于(相对暖的)压力介质的循环。
图7是根据本发明的一个或更多个实施例的用于处理至少一个物品的方法500的示意性图示。方法500可以首先包括将待加工的至少一个物品布置510在压制装置的装载隔室内的步骤。此后,方法500可以包括使装载隔室中的温度升高520的步骤和使装载隔室中的压力升高530的步骤。应当注意,使装载隔室中的温度升高520的步骤和使装载隔室中的压力升高530的步骤可以同时执行。方法500还包括通过执行前述方法100、200、400中的一个或更多个方法的至少一个步骤在选定的时间段t1将该升高的温度维持540在预设的温度水平T1的步骤。方法500可以进一步包括在选定的时间段t3内将升高的压力维持550在预定的压力水平P1的步骤。维持540该升高的温度的步骤和维持550该升高的压力的步骤可以同时执行,即,维持P1的选定的时间段t3可以对应于维持装载隔室中的T1的选定的时间段t1。方法500可以进一步包括通过执行前述方法100、200、400中的一个或更多个方法的至少一个步骤来降低560装载隔室中的温度的步骤。方法500可以进一步包括控制570压力介质的供应和/或控制580第一流动发生器和第二流动发生器中的至少一个的运行。
总之,公开了一种在压制装置中加工至少一个物品的方法。该压制装置包括压力容器,压力容器包括压力缸和炉室,炉室布置在压力容器内以用于加热压力介质。炉室包括至少一个加热元件和用于容纳至少一个物品的装载隔室,其中,装载隔室被布置在炉室内。压制装置还包括至少一个流动发生器,以用于使压力介质在压力容器内循环。该方法包括通过炉室中的至少一个加热元件升高装载隔室中的温度的步骤。该方法还包括在选定的时间段内将该升高的温度维持在预设的温度水平的步骤。在使温度升高的步骤和维持该升高的温度的步骤期间,该方法还包括通过至少一个流动发生器使压力介质在压力容器内循环的步骤。
虽然本发明已经在附图和前面的描述中被说明,但是这种说明被认为是说明性或示例性的,而不是限制性的;本发明并不限于所公开的实施例。所公开的实施例的其他变型可以由本领域技术人员在实践所要求保护的发明时根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究来理解和实现。在所附权利要求中,词语“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤,并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被有利地利用。权利要求中的任何参考标记不应当被解释为限制该范围。
Claims (20)
1.一种用于在压制装置中加工至少一个物品的方法,所述压制装置包括压力容器以及用于使压力介质在所述压力容器内循环的至少一个流动发生器,所述压力容器包括压力缸、炉室,所述炉室布置在所述压力容器内以用于加热压力介质,其中所述炉室包括至少一个加热元件和用于容纳所述至少一个物品的装载隔室,其中所述装载隔室布置在所述炉室内,其中所述方法包括以下步骤:
通过所述炉室中的所述至少一个加热元件升高所述装载隔室中的温度;
在选定的时间段t1内将升高的温度维持在预设的温度水平T1;以及
在升高温度的步骤和维持升高的温度的步骤期间,
通过所述至少一个流动发生器使所述压力介质在所述压力容器内循环,
其中所述方法还包括:
在升高温度的步骤期间,
通过以第一速率R1运行所述至少一个流动发生器使所述压力介质在所述压力容器内循环;以及
在维持升高的温度的步骤期间,
通过以第二速率R2运行所述至少一个流动发生器使所述压力介质在所述压力容器内循环,
其中,所述第二速率小于所述第一速率。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤期间,以至少10℃/分钟的速率升高温度。
3.根据权利要求2所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤期间,以至少30℃/分钟的速率升高温度。
4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在50℃的温度区间ΔT0内。
5.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在35℃的温度区间ΔT0内。
6.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在20℃的温度区间ΔT0内。
7.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在维持升高的温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在8℃的温度区间ΔT1内。
8.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在维持升高的温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在5℃的温度区间ΔT1内。
9.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在维持升高的温度的步骤期间,将所述装载隔室中的温差维持在2℃的温度区间ΔT1内。
10.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
升高所述装载隔室中的压力;以及
在选定的时间段t3内将升高的压力维持在预设的压力水平P1。
11.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,还包括:
在升高温度的步骤和维持升高的温度的步骤之后,
降低所述装载隔室内的温度。
12.根据前述权利要求1-3中任一项所述的方法,其中,所述压制装置包括用于冷却所述压力介质的至少一个元件,所述方法还包括以下步骤:
通过允许压力介质通过所述至少一个元件来冷却所述压力介质。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述压制装置的所述压力容器还包括顶端封闭件和底端封闭件,以及至少一个热交换元件,所述至少一个热交换元件被布置在所述顶端封闭件和所述底端封闭件中的至少一个中,其中,所述方法还包括:
使压力介质在所述压力容器内循环,由此所述压力介质被布置成通过所述装载隔室,
引导所述压力介质通过所述至少一个热交换元件的通道,以允许压力介质流动通过所述至少一个热交换元件,以及
使冷却介质在所述至少一个热交换元件内循环,以用于冷却被布置成流动通过所述至少一个热交换元件的所述压力介质。
14.根据权利要求12所述的方法,其中,所述压制装置的所述压力容器还包括吸热元件,所述吸热元件布置在所述压力容器内并被配置成从所述压力介质吸收热量,其中,所述方法还包括:
使压力介质在所述压力容器内循环,由此所述压力介质被布置成通过所述吸热元件。
15.根据权利要求13所述的方法,其中,所述压制装置的所述压力容器还包括吸热元件,所述吸热元件布置在所述压力容器内并被配置成从所述压力介质吸收热量,其中,所述方法还包括:
使压力介质在所述压力容器内循环,由此所述压力介质被布置成通过所述吸热元件。
16.根据前述权利要求1-3和13-15中任一项所述的方法,其中,所述炉室至少部分地被隔热壳(6,7,8)包围,所述隔热壳包括热隔绝部分(7)和至少部分地包围所述热隔绝部分的壳体(6),其中,所述压制装置还包括被布置在所述隔热壳内的第一流动发生器(30)和被布置在所述隔热壳下方的第二流动发生器(32),其中,所述方法还包括:
控制压力介质向所述第一流动发生器和所述第二流动发生器中的至少一个的供应。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括:
控制所述第一流动发生器和所述第二流动发生器中的至少一个的运行。
18.一种用于在压制装置中高压处理至少一个物品的方法,所述压制装置包括压力容器以及用于使压力介质在所述压力容器内循环的至少一个流动发生器,所述压力容器包括压力缸、炉室,所述炉室布置在所述压力容器内以用于加热压力介质,其中所述炉室包括至少一个加热元件和用于容纳所述至少一个物品的装载隔室,其中所述装载隔室布置在所述炉室内,其中,所述方法包括以下相继的步骤:
将待加工的至少一个物品布置在所述装载隔室内;
升高所述装载隔室中的温度并升高所述装载隔室中的压力;
通过执行根据权利要求1-10中任一项所述的方法,在选定的时间段t1内将升高的温度维持在预设的温度水平T1,并且在选定的时间段t3内将升高的压力维持在预设的压力水平P1;以及
通过执行根据权利要求11-15中任一项所述的方法来降低所述装载隔室中的温度。
19.根据权利要求18所述的方法,还包括:
控制压力介质的供应。
20.根据权利要求18或19所述的方法,其中,所述炉室至少部分地被隔热壳(6,7,8)包围,所述隔热壳包括热隔绝部分(7)和至少部分地包围所述热隔绝部分的壳体(6),其中,所述压制装置还包括被布置在所述隔热壳内的第一流动发生器(30)和被布置在所述隔热壳下方的第二流动发生器(32),其中,所述方法还包括:
控制所述第一流动发生器和所述第二流动发生器中的至少一个的运行。
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