一种高压气淬真空炉超音速气冷方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高压气淬真空炉超音速气冷方法及其装置，该气冷装置包括：一真空炉；一真空泵，真空泵通过管道连接真空炉；若干超音速喷头，若干超音速喷头设置于真空炉内的加热区位置；以及一高压气罐，高压气罐通过管道连接若干超音速喷头，向真空炉内以超音速喷出气体冷却介质。本发明专利技术利用高压气罐与真空炉之间的压力差，将气体冷却介质从喷头出口以超音速喷出，对加热区内的工件进行冷却降温，突破了目前真空气淬炉发展的瓶颈，使得工件在淬火时表面的对流传热效率较由大功率风机驱动的高压气淬对流传热效率提高了2‑5倍，达到淬火油和聚合物淬火介质的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高压气淬真空炉超音速气冷方法及其装置
本专利技术属于热处理
，涉及一种气淬真空炉，尤其涉及一种高压气淬真空炉超音速气冷方法及其装置。
技术介绍
热处理行业所使用的真空炉从最初的油淬炉、气淬油冷炉到气淬炉，可满足通常材料的热处理，进入20世纪90年代，高压气淬真空炉的问世，极大推动了真空热处理在工模具等行业中的应用。国内外真空气淬炉的发展分为四个阶段，第一阶段为低压气冷阶段，在负压气淬炉的基础上，出现气体压强增加到0.15～0.2MPa，可进行直径在20mm以下的高速钢的加压气淬炉；第二阶段为高压气冷阶段，生产气冷压力为0.5MPa的高压气淬炉，可处理大截面有效厚度为100mm以上的高速钢工件；第三阶段为高流率气冷阶段，其气冷压强0.2MPa，气体流率3.5m3/s，喷嘴流速40m/s，可将50mm的高速钢淬硬；第四阶段为增压高压高流率气冷阶段，气淬炉的压力由0.6MPa、1MPa、2MPa后提高到4MPa等，可满足一般合金钢的热处理淬火需要。但随着使用压力和气体流率的增高，压力容器和风机等制造成本越来越高，但依然不能获得足够大的冷速来满足很多中大型零部件的淬火要求。目前真空气淬炉发展的瓶颈主要为：1外循环高流率气淬炉，系统压力的损失与气流流速的平方成正比，增加流速时炉内压力损失大；2气流流速的提高受风机功率限制，鼓风机功率与气体体积流速的三次方成正比，这对风机结构设计和启动均会造成很大困难，如工作室尺寸600mmX600mmX900mm的1.2MPa气淬炉，风机功率已达300kW。提高冷却气体的密度压力和流速，可以成正比地加大对流传热效率。但如何在现有高压气淬真空炉的基础上提高高压气淬真空炉的冷速，又不带来因风机功率过大和炉压过大所导致的制造难度和制造成本的大幅增加，是目前高压气淬真空炉面临的主要技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术中高压气淬真空炉冷速不足的缺陷，提出一种装有超音速喷嘴的高压气淬真空炉超音速气冷方法及其装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种高压气淬真空炉超音速气冷装置，包括：一真空炉；一真空泵，所述真空泵通过管道连接所述真空炉；若干超音速喷头，若干所述超音速喷头设置于所述真空炉内的加热区位置；以及一高压气罐，所述高压气罐通过管道连接若干所述超音速喷头，向所述真空炉内以超音速喷出气体冷却介质。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，所述气体冷却介质为氮气、氢气、氦气、氩气、二氧化碳中的一种或几种。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，所述气体冷却介质为气态或超临界态。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，若干所述超音速喷头在所述加热区的周围围绕工件呈对称或非对称分布。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，利用所述高压气罐内的压力与所述真空炉内的压力差为所述气体冷却介质提供流动的动力。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，所述高压气罐为至少两个，且呈并联布置。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，还包括：一气体回收罐，所述气体回收罐连接所述真空炉；一增压泵，所述增压泵通过管道连接所述气体回收罐；和一换热器，所述换热器通过管道分别连接所述增压泵和所述高压气罐。进一步优选地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，所述气体回收罐为至少两个，且呈并联布置。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置上，还包括：一搅拌风机，所述搅拌风机设置于所述真空炉上。本专利技术的第二个方面是提供一种如所述装置的高压气淬真空炉超音速气冷方法，包括步骤：(1)采用真空泵对真空炉进行抽真空；(2)利用高压气罐与真空炉之间的压力差，将高压气罐内的气体冷却介质通过若干超音速喷头以超音速喷出，对加热区内的工件进行冷却降温；(3)利用真空炉与气体回收罐之间的压力差，将升温后的气体冷却介质输送至气体回收罐进行回收，然后再经增压和降温后输送至高压气罐进行循环利用。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷方法中，所述高压气罐布置为多个，循环交替使用。进一步地，在所述的高压气淬真空炉超音速气冷方法中，所述气体回收罐布置为多个，循环交替使用。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：采用本专利技术提供的高压气淬真空炉超音速气冷装置，利用高压气罐与真空炉之间的压力差，将气体冷却介质从喷头出口以超音速喷出，对加热区内的工件进行冷却降温，突破了目前真空气淬炉发展的瓶颈，使得工件在淬火时表面的对流传热效率较由大功率风机驱动的高压气淬对流传热效率提高了2-5倍，达到淬火油和聚合物淬火介质的效果。附图说明图1为本专利技术一种高压气淬真空炉超音速气冷装置具有单个高压气罐和单个气体回收罐的结构示意图；图2为本专利技术一种高压气淬真空炉超音速气冷装置具有多个高压气罐和单个气体回收罐的结构示意图；图3为本专利技术一种高压气淬真空炉超音速气冷装置中超音速喷头的结构示意图；图4为本专利技术一种高压气淬真空炉超音速气冷装置气化后的气态冷却介质进行回收再利用的循环回收系统；图5为本专利技术一种高压气淬真空炉超音速气冷方法的工艺流程示意图；其中，各附图标记为：1-真空炉，2-真空泵，3-搅拌风机，4-超音速喷头，5-高压气罐，6-气体回收罐，7-增压泵，8-换热器，9-压力气源，10-喷射机构，11-内置换热器。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。实施例1请参阅图1所示，本实施例提供一种高压气淬真空炉超音速气冷装置，包括：一真空炉1；一真空泵2，所述真空泵2通过管道连接所述真空炉1，用于对所述真空炉1抽真空，形成真空气淬条件；若干超音速喷头4，若干所述超音速喷头4设置于所述真空炉1内的加热区位置；以及一高压气罐5，提供外部高压起源，所述高压起源为高压态的气体冷却介质，所述高压气罐5通过管道连接若干所述超音速喷头4，以预先储存在高压气罐5中的气体冷却介质的压力作为气体流动的动力，向所述真空炉1内以超音速喷出气体冷却介质，对真空炉1内加热区内的工件进行冷却降温。在本实施例中，该高压气罐中所提供的气体冷却介质可以是氮气、氢气、氦气、氩气、二氧化碳中的一种或几种，所述气体冷却介质的状态为气态或超临界态，相比气态的气体冷却介质，超临界态的气体冷却介质具有更好的冷却效果。在本实施例中，为充分地对加热区内的工件进行冷却，将若干超音速喷头4在所述加热区的周围围绕工件呈对称分布，或根据工件形状或工况要求将若干超音速喷涂4呈非对称分布。本实施例所采用的超音速喷头4又称缩扩喷嘴或拉伐尔喷嘴，是用于压降很大的气体膨胀的一种喷嘴，请参阅图2所示，其形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，包括：/n一真空炉(1)；/n一真空泵(2)，所述真空泵(2)通过管道连接所述真空炉(1)；/n若干超音速喷头(4)，若干所述超音速喷头(4)设置于所述真空炉(1)内的加热区位置；以及/n一高压气罐(5)，所述高压气罐(5)通过管道连接若干所述超音速喷头(4)，向所述真空炉(1)内以超音速喷出气体冷却介质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，包括：
一真空炉(1)；
一真空泵(2)，所述真空泵(2)通过管道连接所述真空炉(1)；
若干超音速喷头(4)，若干所述超音速喷头(4)设置于所述真空炉(1)内的加热区位置；以及
一高压气罐(5)，所述高压气罐(5)通过管道连接若干所述超音速喷头(4)，向所述真空炉(1)内以超音速喷出气体冷却介质。


2.根据权利要求1所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，所述气体冷却介质为氮气、氢气、氦气、氩气、二氧化碳中的一种或几种。


3.根据权利要求2所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，所述气体冷却介质为气态或超临界态。


4.根据权利要求1所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，若干所述超音速喷头(4)在所述加热区的周围围绕工件呈对称或非对称分布。


5.根据权利要求1所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，利用所述高压气罐(5)内的压力与所述真空炉(1)内的压力差为所述气体冷却介质提供流动的动力。


6.根据权利要求1所述的高压气淬真空炉超音速气冷装置，其特征在于，所述高压气罐(5)为至...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪海斌，李卫平，杨景峰，
申请(专利权)人：洛阳耿工金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41