[发明专利]一种快速循环气冷真空炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速循环气冷真空炉，尤其是涉及真空炉的快速循环气冷系统。

背景技术

真空炉（Vacuum furnace）是一种利用真空系统使其工作时炉腔压力小于一个标准大气压从而达到一定真空度的工业炉。由于炉腔内可具有真空环境，真空炉被赋予了无杂质、无污染、低能耗以及便于控制温度等优点，从而也被广泛应用于热处理、粉末烧结以及真空钎焊等领域，一些高技术功能材料的制备也依赖真空炉的真空洁净环境。

但是高的真空度和保温效果同时也给真空炉带来了缺点。一般真空炉具有多层反射屏，有良好的隔热保温作用，这样有利于节省加热能量。但好的保温作用却造成了降温过程的困难，在炉腔内空气稀薄的情况下，一般炉体温度从500摄氏度降至100摄氏度以下需要5小时，对于一些小型器件的退火来说效率很低。工件完成热加工或热处理后降温的缓慢这一情况大大增加了真空炉再次工作前的间隔时间，因此严重降低了真空炉的使用效率。另外，在炉腔内不同位置被放入了多个工件的情况下，各个工件间的温度难以均匀，这一定程度上影响了真空炉加工和处理工件的质量。

对于真空炉的缺点，不少学者和工程人员不断对真空炉进行研究和改进，提出了很多制冷或者控制温度的方法。目前冷却和控制炉腔温度的方法主要有气冷和水冷。欧洲专利EP2525179A2在炉腔一侧添加了一个可开闭的冷却仓，物料在完成加热处理后可被输送到与炉腔具有相同腔室压力的冷却仓中。在冷却仓中物料独立地进行气淬、水淬或油淬等过程，而炉腔的主要部分则可同时进行下一次加热处理。这一设计提高了真空炉的工作效率，也提供了灵活的淬火与降温方式。但物料的尺寸受到限制，而冷却仓的开闭过程会一定程度上影响炉腔内物料的加工质量。另外，在对不能水淬和油淬的物料使用气淬时温度和腔压并不能准确控制。中国专利CN201110125236.4也设计了类似的冷却方案，并在腔室壁和屏蔽门中都加入了循环水冷，但是同样的，在气冷时也存在腔压不可控等缺点。

国内外有很多针对气冷问题的改进设计。中国专利CN201110254841.1使用大功率风机向炉腔内鼓风从而达到了气冷效果。但是，进风量严重依赖风机、进风口与回风口三者的口径以及相互配合。通常要达到制冷效果，进风口的口径往往需要占据整个炉腔口径的一半以上。同时，要保持气体的对流和持续冷却，炉腔内必须保持较高的压力。然而较高的压力不仅容易影响产品质量，同时也造成了惰性气体的大量浪费。欧洲专利EP0289435A1、EP2116802A1以及美国专利US4171126都对气冷的方式和气路进行了改进，分别通过特制的风机叶片、气体流向调节器以及进气通道和排气口的特殊设计在一定程度上减少了风机的尺寸和送风量，降低了气冷时的腔室压力。而德国专利DE-PS3736502炉腔内加入了一个同轴转动的内筒，可搅动气体使气体轻微的循环起来，也在一定程度上提高了气冷的效率。

但是总的来说，虽然将炉腔分离成加热腔和冷却腔两者轮流工作的方式能一定程度上提高真空炉的使用效率，但是多腔室和水冷设计具有应用范围有限、不节能和影响加工质量等缺点；而气冷设计多对炉腔尺寸和工艺有很大限制，不仅浪费大量惰性气体同时也容易影响工件质量的稳定性。不过，上述一些气冷设计的方案具有很大的启发意义，也为更加完善的真空炉冷却方案提供了重要参考。

发明内容

本发明目的是设计一种快速循环气冷真空炉，进一步提高气冷真空炉的气冷效率和质量。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种快速循环气冷真空炉，，所述气冷真空炉包括真空炉1、快速循环气冷系统和抽气阀8，其中，所述快速循环气冷系统包括：

截止阀2；

水冷管道3，设置在真空炉1的两侧回路中；

压力传感器4，设置在水冷管道3上；

充气阀门7，所述充气阀门7与压力传感器4的配合控制循环气体的用量和所述真空炉1的腔室内压力；

罗茨泵5，所述罗茨泵5与所述抽气阀8构成抽真空部分，用于所述真空炉1的腔室的快速抽真空；所述截止阀2与抽气阀8配合切换所述罗茨泵5的工作模式，使其分别处于抽真空模式和循环气冷两种模式。

所述真空炉1的炉腔内压力在100～20000Pa范围内变动。

所述真空炉1的两侧开口与罗茨泵5的进气口和出气口串联成回路，在真空炉1的两侧回路中还设置了热交换装置。

所述快速循环气冷系统还包括变频电机6，所述变频电机6驱动所述罗茨泵5并且控制罗茨泵5的转速，使得所述罗茨泵5在获得足够的压缩比的同时能够维持在合理的转速。