專利名稱：熱處理用多環式感應加熱鹽浴爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于金屬熱處理用的一般加熱設備技術領域，涉及一種熱處理用的感應加熱爐，特別是用于工件熱處理或化學熱處理用多環式感應加熱鹽浴爐。
背景技術：
為了提高各種金屬工件的機械性能，要求對工件進行強化熱處理。在此類熱處理中，采用浴爐加熱的較多。因為浴爐熱處理具有如下優點(1)綜合換熱系數大，工件加熱速度快；(2)工件與溶液密切接觸，加熱均勻，變形小；(3)浴爐的熱容量較大，加熱溫度波動小，容易實現恒溫加熱；(4)鹽液容易保持中性狀態，實現無氧化、無脫碳加熱。另外，在鹽液中加入含碳、氮、硼或某種金屬等物質，容易實現化學熱處理；(5)浴爐容易實現工件局部加熱操作。現有的浴爐已廣泛地應用于熱處理，這類加熱浴爐用熔融的液體加熱工件，如鹽、堿、低熔點金屬的熔融液體以及油浴等。按浴液分類的浴爐，可為(1)鹽浴爐；(2)熔融金屬浴爐；(3)油浴爐。其中，鹽浴爐應用最廣泛。若按加熱方式分類的浴爐，可分為(1)電加熱浴爐；(2)燃料加熱浴爐。其中，又以電加熱浴爐應用最多。
在電加熱浴爐中，又分為外部電加熱浴爐、電極加熱浴爐和管狀加熱元件加熱浴爐。其中，外部電加熱浴爐是利用電熱元件在浴槽外進行加熱的浴爐，加熱介質可以根據工藝要求選擇與配制。因電熱元件與加熱介質不接觸，故溶液成分容易保持穩定。但此類浴爐的主要缺點是金屬浴槽壽命較短，熱惰性較大，浴液內溫度梯度較大；重新啟動時，浴槽的側壁和底部容易過熱，有造成噴鹽的危險。而內部電極加熱浴爐是將電極布置在熔鹽液內，直接通電，以熔鹽為發熱體而產生熱量。由于熔鹽的電阻遠大于金屬電極，因此熱量主要發生在熔鹽中。電極浴爐工作時，絕大部分電流從電極間或鄰近的熔鹽流過，轉化為熱能并在該處形成高溫，再向外傳遞。因此電極浴爐的溫度場與電極布置有很大關系。電極間的熔鹽易因溫度過高而分解，而在電極間的鹽浴易從大氣中溶入氧氣，使電極和鹽浴氧化。電極加熱浴爐的優點是爐子升溫快，可用非金屬浴槽，且可進行高、中、低溫加熱，故應用較廣泛。但現有的各種電加熱浴爐，它們對工件加熱來說，都屬于間接的外部加熱，故這類電加熱浴爐的加熱效率仍較低。而它與直接內部加熱的電感應加熱相比，還存在較大差距。
眾所周知，金屬熱處理(或化學熱處理)的加熱方式，采用電感應加熱的較多。因為它加熱快、效率高、脫碳少、質量好、且無污染，而具有高效、節能、質優、清潔、靈活性等優點。因此，十多年來，在通常的電加熱浴爐中，也開始采用了電感應加熱。其中，例如采用電感應加熱的滲硼化學熱處理鹽浴爐等，其使用效果十分顯著。不過，現有的上述感應加熱鹽浴爐，雖然采用了電感應加熱，但由于受設計的結構形式所限，而對于所加熱的工件來說，仍基本屬于間接的外部加熱。另外，現有感應加熱鹽浴爐僅能進行的爐子側壁面的單面加熱。這樣一來，它的加熱效率與直接內部加熱的電感應加熱相比，也有一定差距，這就是現有的感應加熱鹽浴爐的主要不足之處。因為這類鹽浴爐為圓筒形，加熱線圈呈螺旋狀，而沿圓筒縱向繞制而成，所以這類感應加熱所需的磁力線平行于鹽浴爐圓筒的縱向，屬于感應加熱的“縱向磁場”加熱方式。
發明內容
本實用新型的目的在于，提供一種熱處理用的多環式感應加熱鹽浴爐，它可以克服現有感應加熱鹽浴爐和電加熱浴爐的上述不足或缺點，充分發揮感應加熱的優勢，提高加熱效率等，以及克服了現有各種鹽浴爐效率低、啟動慢、能耗大和加熱時間長的缺點，使其加熱效率大大提高，有利于工件的直接內部加熱。
本實用新型的目的，以如下方式實現本實用新型的感應加熱鹽浴爐是一種具有多環式線圈的感應加熱鹽浴爐，它采用的是“橫向磁場”加熱方式。它由浴槽、線圈、導磁體、冷卻水套、隔熱層、接線板等組成。其中，浴槽為盛裝鹽質的耐熱容器，以便工件在其內進行加熱用，而浴槽材質可為石墨、碳素材料、耐熱鋼或其他耐熱材料等；線圈為多環式的多匝銅管；上述多匝銅管，它是由多組(通常為4組)分別按特定方式對稱繞制的“環式”多匝銅管，再相互并聯(或串聯)組合而成，并實現了熱處理用鹽浴爐的“橫向磁場”感應加熱。應該指出，上述線圈的匝數不受限制，匝數從單匝開始至數十匝皆可，但這需要視具體情況而定。由于上述多環式的多匝銅管，所分別對稱繞制的特定形狀都為“環式”，故特將本感應加熱鹽浴爐或線圈統稱為多環式感應加熱鹽浴爐或線圈。這樣，本感應加熱鹽浴爐即可進行多面加熱，它包括現有感應加熱鹽浴爐僅能進行的爐子側壁面加熱和爐子底面加熱。另外，在繞制多環式線圈時，必需注意繞制方向，而使其相互靠近又并排的銅管段內，所通過的電流方向都應保持一致，以避免其產生的磁力線相互抵消，而導致無法進行感應加熱。此外，線圈的多匝銅管，通常采用一定壁厚的中空方銅管(或矩形銅管)作成。銅管材質為純銅。使用時，該方銅管內部需通水冷卻。導磁體通常是采用多組特定形狀的成組硅鋼片疊加而成；本導磁體—硅鋼片(組)的布置方式和部位，以及每個硅鋼片的特定形狀，都是為了使其需加熱部位處的磁力線更為密集，并以“橫向磁場”方式穿透該處表面層，進而達到加強相關部位處的加熱之目的。但是，有時根據加熱工件材質和加熱溫度的不同，也可取消本導磁體—硅鋼片(組)。為了有利于導磁體—硅鋼片(組)的冷卻，在其外部設置了多組、用薄銅板加工而成的冷卻水套(若本導磁體取消的話，則本冷卻水套也可取消)；在線圈與浴槽之間加有耐火材料作成的隔熱層，它主要為浴槽鹽液保溫用，以及可防止浴槽的熱量傳給線圈等；還有，用特定尺寸的純銅板制作的兩個接線板，而用它將本感應加熱鹽浴爐與不同頻率的電源相連，以便供給相應的工頻、中頻或高頻電源。有時，還需在本感應加熱鹽浴爐與電源之間增設相應的變壓器。除此以外，本鹽浴爐的組成構件還應包括通常的爐殼、爐蓋、耐火材料等。
由于本感應加熱鹽浴爐，它采用了不同于現有感應加熱鹽浴爐的加熱方式，即采用“橫向磁場”感應加熱方式，并在加熱鹽浴和浴槽的同時，還直接從內部加熱了工件本身。這種“橫向磁場”感應加熱方式的應用，使得本感應加熱鹽浴爐具有如下特點(1)可進行爐子的多面加熱；(2)爐子的啟動快速，操作方便；(3)使其多方向磁力線所產生的電磁攪拌作用，更加強烈；(4)感應加熱對加熱工件而言，它可直接參與其內部加熱，進而發揮感應加熱的優勢。因此，這十分有利于工件無氧化的快速加熱，并能大大提高其加熱效率。這樣，本感應加熱鹽浴爐，不但克服了現有各種鹽浴爐效率低、能耗大、啟動慢和加熱時間長等缺點，還因采用了“橫向磁場”感應加熱方式，而具有效率高，加熱快，質量好，能耗少，無氧化，成本低等優點。
本感應加熱鹽浴爐的爐形不受限制，可適用于不同高度的圓形、橢圓形、方形等各種爐形的鹽浴爐，但更適用于圓形鹽浴爐；它既可用于各種材質工件的熱處理，也可用于工件的化學熱處理；它還可根據加熱工件的不同材質和所要求的不同加熱溫度，選擇不同頻率的電源(工頻、中頻或高頻電源)，而制作成各種工頻、中頻或高頻的高、中、低溫感應加熱鹽浴爐。另外，本感應加熱鹽浴爐的有關尺寸不受限制，可大可小；加熱工件的數量也不受限制，可多可少；既可進行工件的整體加熱，也可進行工件的局部加熱等。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本感應加熱鹽浴爐圖；圖2是本感應加熱鹽浴爐圖(俯視圖)；圖3是現有感應加熱鹽浴爐圖；圖4、圖5是“橫向磁場”磁力線與“縱向磁場”磁力線的對比示意圖；圖6是本感應加熱鹽浴爐(四環式，匝數各為3匝)的線圈繞制方式及其電流方向示意圖。
圖中1.工件；2.浴槽；3.線圈；4.導磁體；5.冷卻水套；6.隔熱層；7.接線板。
具體實施方式
如
圖1、圖2所示，本感應加熱鹽浴爐是一種具有多環式線圈的感應加熱鹽浴爐(圓形)，采用的是“橫向磁場”加熱方式。它由浴槽2、線圈3、導磁體4、冷卻水套5、隔熱層6、接線板7等組成。其中，浴槽2為盛裝鹽質的耐熱容器，浴槽2材質可為石墨、碳素材料、耐熱鋼或其他耐熱材料等；線圈3為多組環式的多匝銅管(匝數各為2匝)，它是由多組(現為4組)分別按特定方式對稱繞制的“環式”多匝銅管，再相互并聯(或串聯)組合而成，并實現了熱處理用鹽浴爐的“橫向磁場”感應加熱；在繞制多環式線圈3時，必需注意繞制方向，而使其各組相互靠近又并排的銅管段內，所通過的電流方向都應保持一致，以避免其產生的磁力線相互抵消，而導致無法進行感應加熱。線圈3的多匝銅管，通常采用一定壁厚的中空方銅管(或矩形銅管)作成。銅管材質為純銅。使用時，該方銅管內部需通水冷卻。導磁體4通常是采用多組特定形狀的成組硅鋼片疊加而成；本導磁體4的布置方式和部位，以及每個硅鋼片的特定形狀，都是為了使其需加熱部位處的磁力線更為密集，并以“橫向磁場”方式穿透工件1的該處表面層，進而達到加強相關部位處的加熱之目的。為了有利于導磁體4的冷卻，在其外部設置了多組、用薄銅板加工而成的冷卻水套5(若本導磁體4取消的話，則本冷卻水套5也可取消)；在線圈3與浴槽2之間加有耐火材料作成的隔熱層6，它主要為浴槽鹽液保溫用，以及可防止浴槽2的熱量傳給線圈3等；還有，用特定尺寸的純銅板制作的兩個接線板7，而用它將本感應加熱鹽浴爐與不同頻率的電源相連，以便供給相應的工頻、中頻或高頻電源。
如圖3所示，現有的感應加熱鹽浴爐，雖然采用了電感應加熱，但由于受設計的結構形式所限，而對于所加熱的工件1來說，仍基本屬于間接的外部加熱。另外，現有感應加熱鹽浴爐僅能進行的爐子側壁面的單面加熱。這樣一來，它的加熱效率與直接內部加熱的電感應加熱相比，也有一定差距，這就是現有的感應加熱鹽浴爐的主要不足之處。因為這類鹽浴爐為圓筒形，加熱線圈3呈螺旋狀，而沿圓筒縱向繞制而成，所以這類感應加熱所需的磁力線平行于鹽浴爐圓筒的縱向，屬于感應加熱的“縱向磁場”加熱方式。
如圖4、圖5所示，由本多環式感應加熱鹽浴爐與現有感應加熱鹽浴爐所產生的磁力線可見，以“縱向磁場”加熱方式進行感應加熱的現有感應加熱鹽浴爐(圖4)，其磁力線平行于鹽浴爐圓筒側壁的縱向；而以“橫向磁場”方式進行感應加熱的本多環式感應加熱鹽浴爐(圖5)，其磁力線垂直穿透鹽浴爐的側壁，即橫向穿透工件1的橫斷面。
如圖6所示，由本多環式感應加熱鹽浴爐可見，其線圈3為多組、環式的多匝銅管，分別對稱繞制后，再并聯(或串聯)組合而成。而它的繞制方式，應使其各組相互靠近又并排的銅管段內，所通過的電流方向都保持一致。
由本多環式感應加熱鹽浴爐的實施可見，由于采用“橫向磁場”感應加熱方式，并在加熱鹽浴和浴槽2的同時，還直接從內部加熱了工件1本身，這樣就發揮了感應加熱的優勢；它還可進行爐子側壁和爐子底面的多面加熱，并使其多方向磁力線所產生的電磁攪拌作用，更加強烈，且不易局部過熱和防止造成噴鹽危險等；另外，爐子的開爐靈活，啟動快速，操作方便。
實施例1.感應加熱高溫鹽浴爐(圓形)1、供高速鋼及特殊合金鋼工件熱處理(含化學熱處理)用；2、額定功率160kw(采用中頻電源)；3、額定溫度1300℃；4、爐子工作區尺寸直徑600mm，高600mm；5、4組“環式”線圈2各為18匝(并聯)；6、其他無導磁體4和冷卻水套5；浴槽材質為石墨。
實施例2.感應加熱中溫鹽浴爐(圓形)
1、供高速鋼及特殊合金鋼工件熱處理(含化學熱處理)用；2、額定功率100kw(采用中頻電源)；3、額定溫度850℃；4、爐子工作區尺寸直徑800mm，高800mm；5、4組“環式”線圈2各為20匝(并聯)；6、其他無導磁體4和冷卻水套5；浴槽材質為耐熱鋼。
實施例3.感應加熱低溫鹽浴爐(圓形或橢圓形)1、供高速鋼及特殊合金鋼工件熱處理用；2、額定功率100kw(采用中頻電源)；3、額定溫度650℃；4、爐子工作區尺寸直徑500mm，高600mm；5、4組“環式”線圈2各為16匝(并聯)；6、其他有導磁體4和冷卻水套5；浴槽材質為耐熱鋼。
權利要求1.熱處理用多環式感應加熱鹽浴爐，它由浴槽、線圈、導磁體、冷卻水套、接線板組成，其特征在于，浴槽(2)為耐熱容器；線圈(3)為繞制成3～8環的多環式、多匝銅管，銅管的匝數不限；導磁體(4)為硅鋼片(組)；冷卻水套(5)為冷卻導磁體(4)用的；隔熱層(6)為浴槽(2)鹽液保溫用的；用純銅板制作的兩個接線板(7)，而用它將本感應加熱鹽浴爐與不同頻率的電源相連，以便供給相應的工頻、中頻或高頻電源。
專利摘要本實用新型屬于金屬熱處理用加熱設備技術領域，公開了一種用于工件熱處理(含化學熱處理)的多環式感應加熱鹽浴爐。它由浴槽、線圈、導磁體、冷卻水套、隔熱層、接線板等組成。其中，浴槽2為特定形狀的耐熱容器；線圈3為按特定方式繞制成特定形狀的多環式、多匝銅管；導磁體4為多組特定形狀的硅鋼片(組)；冷卻水套5為冷卻導磁體4用的；隔熱層6為保溫用的。本裝置是一種在浴槽2內，可形成“橫向磁場”感應加熱方式的新型感應加熱鹽浴爐。它克服了現有各種鹽浴爐效率低、啟動慢、能耗大和加熱時間長的缺點，使其加熱效率較大提高，有利于工件的直接內部加熱。因此，本感應加熱鹽浴爐具有效率高，加熱快，質量好，能耗少，成本低等優點。
文檔編號F27B14/06GK2656429SQ0323452
公開日2004年11月17日 申請日期2003年5月22日 優先權日2003年5月22日
發明者鄭體成 申請人:鄭體成