CN112503952A

CN112503952A - 一种加热炉内气体供给装置

Info

Publication number: CN112503952A
Application number: CN202011344370.9A
Authority: CN
Inventors: 李成刚; 曹光明; 刘振宇
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-03-16

Abstract

一种加热炉内气体供给装置，属于热处理技术领域。所述加热炉内气体供给装置，安装于加热炉，加热炉包括从外至内依次设置的炉壁外壳、炉壁和炉膛，炉膛内部为炉腔，加热炉内气体供给装置包括供气喷嘴和进气管，供气喷嘴通过安装座设置于炉膛内壁，供气喷嘴包括外筒以及设置于外筒内部并与外筒内壁固连的内筒，内筒筒壁沿内筒轴向方向设置有一排通气孔，使内筒内的气体进入到外筒内部，外筒筒壁设置有气体喷出结构，使外筒内部的气体喷出到炉腔内，进气管穿过炉壁外壳与内筒的一端在炉壁内部固连。所述加热炉内气体供给装置能够对冷的反应气体进行预热，提高喷射的均匀性。

Description

一种加热炉内气体供给装置

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种加热炉内气体供给装置。

背景技术

金属材料的加热炉和热处理炉为了提高产品外观质量和内部质量，需要在炉内通入特定的气体。用化学气相沉积法以脆性较低的低硅钢极薄带为基材，向其表面沉积硅原子，再经过高温扩散来制备含硅量6.5％的高硅钢薄带。但是气体通入方式直接影响高硅钢薄带的反应速度，供气喷嘴是气相沉积法制备含硅量6.5％的高硅钢薄带的重要的部件，喷嘴结构和安装方式对气相沉积法制备含硅量6.5％的高硅钢薄带工艺过程的渗硅速率产生重要影响。带钢的渗硅反应必须在高温条件下进行，要求的带钢加热温度在1100～1200℃范围内。同时为了提高渗硅的反应速率，钢带表面的硅原子浓度必须达到反应要求的最高浓度，这就要求反应气体直接喷射到带钢表面同时必须保证带钢表面温度与炉内环境温度高度一致，所以要求对持续通入的反应气体要进行预热。在现有技术中，由于通气预热质量差，反应气体未经过预热或预热温度过低，冷的反应气体直接喷射到钢板的表面，造成钢带表面温度低，反应速度慢。同时如果向炉内通入的气体和炉内环境温度差别大，会造成反应炉内的各个位置的温度因冷的反应气体的扰动产生温度不均匀现象，这样易造成钢带表面沉积不均匀、喷射不均匀等问题，进而影响渗硅的均匀性。现有技术中的喷嘴制作工艺和安装工艺复杂，加工困难，使用过程中易断裂损坏，气体预热效果也不好。

发明内容

为解决现有技术存在的带钢表面渗硅加热炉气体供给喷嘴结构通入气体预热质量差、喷射不均匀等技术问题，本发明提供了一种加热炉内气体供给装置，其能够对冷的反应气体进行预热，提高喷射的均匀性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种加热炉内气体供给装置，安装于加热炉，所述加热炉包括从外至内依次设置的炉壁外壳、炉壁和炉膛，所述炉膛内部为炉腔，所述加热炉内气体供给装置包括供气喷嘴和进气管；

所述供气喷嘴通过安装座设置于炉膛内壁，所述供气喷嘴包括外筒以及设置于外筒内部并与外筒内壁固连的内筒，所述内筒筒壁沿内筒轴向方向设置有一排通气孔，使内筒内的气体进入到外筒内部，所述外筒筒壁设置有气体喷出结构，使外筒内部的气体喷出到炉腔内；

所述进气管穿过炉壁外壳与内筒的一端在炉壁内部固连。

进一步的，所述内筒靠近进气管一端的内部设置有蜂窝状填充块。

进一步的，所述气体喷出结构为沿外筒轴向分布的若干个圆孔、若干个长条孔或者一条长缝隙。

进一步的，所述外筒和内筒均为圆筒形结构。

进一步的，所述供气喷嘴的整体为偏心的内外双圆筒结构，外筒和内筒之间形成空腔，所述外筒内径和内筒外径之差为10～20mm。

进一步的，所述内筒通气孔出气方向和外筒气体喷出结构的喷气方向之间有90°～135°的夹角，以延长气体在供气喷嘴内预热时间，提高加热效果。

进一步的，所述外筒气体喷出结构的喷气方向与竖直方向的夹角为0°～45°，具体的，在安装使用时，外筒气体喷出结构的喷气方向与竖直方向的夹角在0°～45°范围内任意可调。

本发明的有益效果：

1)本发明属于金属在特殊气氛条件下的热处理范畴，针对通入气体温度低的技术问题，将向加热炉内通气体管路安装在加热炉外壁的内侧，利用炉壁向外传导的热量，对气体初步加热，即气体通入进气管经过加热炉炉壁时，充分利用加热炉向外扩散的热量，对冷的反应气体进行预热，随着气体向炉里流动的过程中，反应气体温度进一步升高，使通入的气体在不影响炉内的温度的同时，调整加热炉内气氛，进而提高喷射的均匀性；

2)本发明针对喷射不均匀的问题，通过内外双层套筒结构设计的内筒和外筒，以及采用若干圆孔、若干长条孔或一条长缝隙的气体喷出孔形式，使气体均匀喷射至带钢表面，提高喷射均匀性；

3)本发明供气喷嘴内筒内设蜂窝状填充块，通气良好，能够将气体分流，气体通过后能够增加受热面积，充分预热气体。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种加热炉内气体供给装置安装于加热炉的剖视图；

图2是本发明实施例提供的一种加热炉内气体供给装置的A-A剖视图；

图3是本发明实施例提供的外筒的B向视图，其中，(a)为气体喷出孔为圆孔时的B向视图，(b)为气体喷出孔为长条孔时的B向视图；(c)为气体喷出孔为长缝隙时的B向视图。

其中，

1-加热炉，2-进气管，3-内筒，4-填充块，5-外筒，6-带钢，7-支撑座，8-炉膛，9-炉壁，10-炉壁外壳，11-空腔，12-供气喷嘴，13-气体喷出结构，14-炉腔，15-通气孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种加热炉内气体供给装置，安装于加热炉1，加热炉1包括从外至内依次设置的炉壁外壳10、炉壁9和炉膛8，炉膛8内部为炉腔14，加热炉内气体供给装置包括供气喷嘴12和进气管2；

供气喷嘴12通过安装座设置于炉膛8内壁，供气喷嘴12包括外筒5以及设置于外筒5内部并与外筒5内壁固连的内筒3，内筒3筒壁沿内筒3轴向方向设置有一排通气孔15，使内筒3内的气体进入到外筒5内部，外筒5筒壁设置有气体喷出结构13，使外筒5内部的气体喷出到炉腔14内；

进气管2穿过炉壁外壳10与内筒3的一端在炉壁9内部固连。

本实施例中，炉膛8为长方形腔体结构，加热炉内气体供给装置安装于加热炉1时，沿着炉膛8的长度方向安装上下两排加热炉内气体供给装置，两排加热炉内气体供给装置上下对称设置。供气喷嘴12横向布置在炉膛8内，供气喷嘴12整体贯穿整个炉膛8，炉膛8内壁固定有支撑座7，供气喷嘴12外筒5的两端放置在支撑座7上，使供气喷嘴12可自由旋转，即在使用前，可以将供气喷嘴12以外筒5轴线为中线，旋转0～360°。供气喷嘴12将混合气体均匀喷至带钢6上，实现渗硅的目的；进气管2靠近供气喷嘴12的一侧位于炉壁9中，对气体进行充分预热。

作为优选，内筒3靠近进气管2一端的内部设置有蜂窝状填充块4，其通气良好，能够将气体分流，气体通过后能够增加受热面积，充分预热气体。

作为优选，气体喷出结构13为沿外筒5轴向分布的若干个圆孔、若干个长条孔或者一条长缝隙。气体喷出结构13为反应气体向薄带钢6表面喷射的通道，供气喷嘴12制作成内外双圆筒结构，气体先从内筒3通入，依靠炉内高温再次加热到与炉温相同的温度，再进入内筒3和外筒5之间的空腔11，由外筒5筒壁上的气体喷出结构13喷出，实现热处理炉内气氛的调整。

作为优选，外筒5和内筒3均为圆筒形结构，供气喷嘴12的整体为偏心的内外双圆筒结构，外筒5和内筒3之间形成空腔11，外筒5内径和内筒3外径之差为10～20mm。圆筒形的供气喷嘴12结构可以在安装时调整气体喷出孔以不同角度喷出反应气体，到薄带钢6表面，保证带钢6表面的反应气体浓度最大，同时，反应后的气体可快速挥发散逸，极大的加快了气体沉积反应的速度，保证反应的均匀性，提高效率。

作为优选，内筒3通气孔15出气方向和外筒5气体喷出结构13的喷气方向之间有90°～135°的夹角，以延长气体在供气喷嘴12内预热时间，提高加热效果。

作为优选，外筒5气体喷出结构13的喷气方向与竖直方向的夹角为0°～45°，在安装使用时，外筒5气体喷出结构13的喷气方向与竖直方向的夹角在0°～45°范围内任意可调。

本发明一种加热炉内气体供给装置的工作原理：

在本发明在实施时，首先把进气管2设置在炉壁9上，依靠加热炉1散热先对气体进行预热；通过供气喷嘴12实现在炉内加热和气氛调整功能，即通过气体从内筒3流向外筒5，再由外筒5进入炉腔14，气体流动距离增加，受热时间长，温度升高实现气体炉内加热以及调整气氛；

内外双层圆筒结构的供气喷嘴12通过炉膛8内壁设置的支撑座7，横向安装在炉膛内，供气喷嘴12的内筒3具有气体加热功能，向炉内通入的气体经过内筒3加热后，进入外筒5和内筒3之间的空腔11内，外筒5筒壁设置有向炉腔14内吹出反应气体的气体喷出结构13，外筒5通过气体喷出结构13向炉腔14内喷出反应气体至带钢6的表面；

由于通入加热炉1内的反应气体经过炉壁9余热的预升温，再经过喷嘴空腔11的加热升温，最后在外筒5气体喷出孔喷入炉内的反应气体与炉腔14的环境温度相差很小，防止了炉内在气体喷出孔附近局部的温降，从而提高了加热炉1内气体沉降的速率和均匀性，提高了生产效率，保证了产品质量的均一和稳定。

本发明在实际使用时，加热炉内气体供给装置与加热炉1一起构成气相沉积炉，加热炉内气体供给装置作为气相沉积炉的反应气体喷嘴，用氮气为载体，经过进气管2和供气喷嘴12，向气相沉积炉内通入四氯化硅和氮气的混合气体，使硅原子均匀沉积在极薄钢带表面，再通过带钢6表面硅原子向基体内扩散，即对钢带进行渗硅处理，制造Si含量4.5％～6.5％高硅钢薄带，钢带在气相沉积炉的中间通过时，经过渗硅过程得到高硅钢。

加热炉内气体供给装置是实现连续CVD(气相沉积)法制备6.5wt％Si硅钢的重要组件，供气喷嘴12的结构对CVD法制备6.5wt％Si硅钢过程中的渗硅速率有着非常重要的影响，气相沉积炉内，借助供气喷嘴12将气氛气体喷吹到钢带上，能明显的加快SiCl₄的渗硅速率和反应物FeCl₂的挥发逸散，大大缩短CVD处理时间，抑制气相沉积膜的不均匀化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种加热炉内气体供给装置，安装于加热炉，所述加热炉包括从外至内依次设置的炉壁外壳、炉壁和炉膛，所述炉膛内部为炉腔，其特征在于，所述加热炉内气体供给装置包括供气喷嘴和进气管；

所述进气管穿过炉壁外壳与内筒的一端在炉壁内部固连。

2.根据权利要求1所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述内筒靠近进气管一端的内部设置有蜂窝状填充块。

3.根据权利要求1所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述气体喷出结构为沿外筒轴向分布的若干个圆孔、若干个长条孔或者一条长缝隙。

4.根据权利要求1所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述外筒和内筒均为圆筒形结构。

5.根据权利要求4所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述供气喷嘴的整体为偏心的内外双圆筒结构，外筒和内筒之间形成空腔，所述外筒内径和内筒外径之差为10～20mm。

6.根据权利要求5所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述内筒通气孔出气方向和外筒气体喷出结构的喷气方向之间有90°～135°的夹角。

7.根据权利要求6所述的加热炉内气体供给装置，其特征在于，所述外筒气体喷出结构的喷气方向与竖直方向的夹角为0°～45°。