无氧化加热炉及其使用方法、多炉膛无氧化加热炉与流程

本申请要求2019年01月17日提交的申请号为2019100445900、名称为“一种真空加热炉及其使用方法”的中国专利申请的优先权，上述申请参考并入本文。

本发明涉及了热成型技术领域，具体的是一种无氧化加热炉及其使用方法、多炉膛无氧化加热炉。

背景技术：

目前，汽车热冲压行业中高强钢材料主要有22mnb5的裸钢板(表面没有镀层的钢板)及其涂层板(表面具有镀/涂层的钢板)这两种。尽管涂层板可以避免在加热时其表面产生氧化皮，但是，由于其价高，且在加热至一定温度时，涂层极易发生熔化，导致涂层粘连在炉辊、料架和模具上，影响设备寿命，因此，相对来说，价格较低的裸钢板应用十分广泛。

一般，裸钢板在空气中加热后，其表面会产生氧化皮。氧化皮主要由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成，其质脆，没有延伸性，在机械作用下和热加工作用下，很容易产生龟裂而脱落。由于氧化皮的硬度高于模具，裸钢板在模具上成型时，其上的氧化皮会增加钢板与模具之间的摩擦，加大模具的磨损，减少模具的使用寿命，同时氧化皮的产生会降低裸钢板的成型性能，使产品产生拉伤，再者，氧化皮的热导率很低，严重影响裸钢板与模具之间的传热。通常，采用裸钢板进行热成型时，成型后的零件需要经过抛丸工艺以去除表面的氧化皮。抛丸是利用高速运动的钢砂流连续冲击工件表面去除氧化皮，连续的机械冲击易对零件产生不可接受的变形，无法保证尺寸精度，对壁厚较薄如1.0mm及以下的零件，导致变形的可能性非常大，尤其是对本身刚度欠佳的零件如车门，百分之百会导致变形。另外抛丸会产生粉尘对环境影响也较大。

为解决上述问题，目前，市面上的热成型生产线采用了抑制裸钢板氧化的生产方法，该方法是在常压加热炉中通入惰性气体来减少氧气含量。但现有加热炉的炉膛由于需要留出料片取放装置伸入炉膛取放料片所需的高度空间，且炉膛内部由热容量较大的保温棉构成，因此，现有的加热炉炉膛高度较大、空间很大，导致惰性气氛建立周期很长；且需要在线开闭炉门，炉气中的氧气含量降不到无限低，低氧环境只能减慢裸钢板在高温下的氧化速度，并不能杜绝氧化皮的产生，尤其是当炉气混合不均匀的时候，裸钢板氧化会加重。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种无氧化加热炉及其使用方法、多炉膛无氧化加热炉，其用于解决上述问题的至少一种。

本申请实施例公开了：一种无氧化加热炉，包括炉体、炉门、驱动系统、调压系统、料架以及加热系统；所述炉体设有炉膛和与所述炉膛连通的料片出入口，所述炉门与所述炉体的料片出入口配合；所述驱动系统用于驱动所述炉门运动，从而能使所述炉门远离或贴紧所述料片出入口，所述料架固定连接于所述炉门朝向所述炉膛的一侧，并且所述料架能随所述炉门的运动伸入所述炉膛内或伸出所述炉膛外；所述调压系统包括用于将所述炉膛抽真空的抽真空单元以及用于向所述炉膛内充入保护性气体的充气单元；所述加热系统设置于所述炉膛内。

具体的，所述无氧化加热炉还包括设置于所述炉体上的炉门压紧机构。

具体的，所述无氧化加热炉还包括导向机构，所述导向机构的一端与所述炉门连接，所述导向机构的另一端与所述驱动系统连接，所述驱动系统驱动所述导向机构带动所述炉门远离、贴紧所述料片出入口。

具体的，所述导向机构包括两根伸缩杆和与两根伸缩杆一一对应的两个滚轮排，两根伸缩杆分别连接于所述炉门的两侧，每个所述滚轮排包括若干间隔设置的滚轮组，每一所述滚轮组包括对应设置的第一滚轮和第二滚轮，所述第一滚轮和所述第二滚轮分别位于所述伸缩杆的两侧并与所述伸缩杆配合。

保温层保温层

具体的，所述炉膛的内壁和所述炉门朝向所述炉膛的一侧上还设有冷却系统。

具体的，所述料架包括若干托料杆，若干所述托料杆分别与所述炉门连接，相邻的两个托料杆之间采用滚轮连接。

具体的，所述炉门上还固定连接有一支撑机构，所述支撑机构包括用于支撑所述托料杆的支架。

具体的，所述炉膛内设有用于对所述滚轮进行导向的导轨。

具体的，所述托料杆上设有用于对料片进行定位的定位架。

具体的，所述无氧化加热炉还包括用于检测所述炉膛的真空度的真空计。

具体的，所述无氧化加热炉还包括用于检测所述炉膛内的气体压力的压力计，所述压力计与所述驱动系统电性连接；所述无氧化加热炉还包括设置于所述炉体上的安全阀。

本实施例还公开了一种多炉膛无氧化加热炉，包括框架以及两个无氧化加热炉组，每个所述无氧化加热炉组包括多个沿所述框架的高度方向依次设置的如本实施例所述的无氧化加热炉，两个无氧化加热炉组的炉门相背设置。

本实施例还公开了一种本实施例中所述的无氧化加热炉的使用方法，包括以下步骤：

将料片放置于料架上；

驱动系统驱动炉门朝向炉膛运动，使得炉门与炉体的料片出入口配合；

在炉门与炉体的料片出入口配合后，炉门压紧机构对炉门进行压紧；

在炉门压紧机构对炉门进行压紧后，抽真空单元对炉膛进行抽真空20-50s，从而使炉膛内的真空度达到0.1pa-500pa之间；

在炉膛内的真空度达到0.1pa-500pa之间后，向炉膛内充入保护性气体；

待炉膛内的气压达到一定范围后，加热系统对料片进行加热100-300s，从而使料片的温度达到900-980℃之间；

待料片的温度达到900-980℃之间后，炉门压紧机构打开，使炉门压紧机构离开炉门；

驱动系统驱动炉门开启，料片随着料件退出炉膛外。

本发明的有益效果如下：

1.在真空度为0.1pa-500pa之间的真空环境下对裸钢板进行加热至900-980℃之间，使裸钢板在完全无氧的环境下加热，避免了裸钢板被氧化；

2.目前工业应用的加热炉，其炉门开启与取放料片分为前后两个工序进行，增加了高温料片暴露在空气中的时间，提高了高温料片被氧化的风险，而本实施例所述的无氧化加热炉，由于其为抽屉式结构，使得当炉门打开时，料架与炉门同时远离炉膛，便于料片被及时取出以放入下一道工序中，因此，缩短了高温料片暴露在空气中的时间，降低了高温料片被氧化的风险；

3.现有的箱式加热炉，由于其料架固定设置于炉膛内，因此，炉膛需要预留出足够的空间，使得料片取放装置顺利伸入炉膛中，故其炉膛的高度通常较大，而本实施例中的无氧化加热炉，由于其为抽屉式结构，料片随着炉门的开关而进出炉膛，料片取放装置无需伸入炉膛中，因此，其炉膛的高度可以大大减小，进而炉膛的空间也大大减小，有利于炉膛内真空度的快速获得；

4.与现有技术相比，本实施例所述的无氧化加热炉采用超低热导率的保温材料作为保温层使得炉膛内部的体积大大缩小至1.5-2.0m³之间，因此，只需20-50s之间的时间即可使炉膛内的真空度达到0.1pa-500pa之间。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中所述无氧化加热炉的炉门关闭状态的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明实施例中所述无氧化加热炉的炉门开启状态的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明实施例中所述炉体的剖面图；

图6是本发明实施例中所述导向机构的结构示意图；

图7是本发明实施例中所述料架的结构示意图；

图8是图7的俯视图；

图9是本实施例中所述多炉膛无氧化加热炉的结构示意图；

图10是本实施例中所述无氧化加热炉的操作流程示意图。

以上附图的附图标记：10-驱动系统，20-抽真空管道，30-导向机构，303-第一滚轮，304-第二滚轮，305-伸缩杆，40-炉体，401-炉膛，402-保温层，403-加热元器件，405-导轨，50-炉门压紧机构，60-炉门，601-l型挂钩，70-充气管道，80-底座，90-料架，901-连接件，902-托料杆，903-滚轮，100-支架。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至5所示，本实施例所述的无氧化加热炉，包括炉体40、炉门60、驱动系统10、调压系统、料架90以及加热系统。其中，所述炉体40设有炉膛401和与所述炉膛401连通的料片出入口，所述炉门60与所述炉体40的料片出入口配合，具体来说，所述炉门60设置于所述炉体40设有所述料片出入口的一侧，所述炉门60可将所述料片出入口密封，使所述炉膛401形成一个封闭空间，较佳的，所述炉体40上还设有用于确保所述炉门60与所述料片出入口紧密配合的炉门压紧机构50。为了提高所述炉膛401的密封性，所述炉门60上用于与所述料片出入口连接之处设置有密封条，所述密封条的周边还设有冷却水道，所述冷却水道可以通入冷却水以降低所述密封条周边的温度，有利于延长密封条的寿命及保持其密封性。所述驱动系统10驱动所述炉门60运动，从而使得所述炉门60远离或贴紧所述料片出入口，所述料架90固定连接于所述炉门60朝向所述炉膛401的一侧，并随着所述炉门60的运动伸入所述炉膛401内或伸出所述炉膛401外。所述炉体40、所述炉门60以及所述料架90共同形成了一个抽屉式的加热炉，当所述炉门60被打开时，所述炉门60可以完全脱离所述炉体40的料片出入口，而随着所述炉门60远离所述料片出入口，所述料架90也被带出，即伸出所述炉膛401外；当所述炉门60被关闭时，即被驱动向所述炉体40的料片出入口时，所述料件也被带入所述炉膛401中，即伸入所述炉膛401中。所述调压系统设置于所述炉体40上，所述调压系统包括用于将所述炉膛401抽真空的抽真空单元，以及用于向所述炉膛401内充入保护性气体的充气单元，所述抽真空单元包括抽真空管道20，所述充气单元包括充气管道70，所述抽真空管道20和所述充气管道70分别与所述炉膛401连通。所述加热系统设置于所述炉膛401内，具体的，所述加热系统包括加热元器件403，所述加热元器件403设置于所述炉膛401的内壁上。

具体来说，采用本实施例所述无氧化加热炉对料片进行加热时，所述驱动系统10驱动所述炉门60远离所述炉体40的料片出入口，待料片被放入所述料架90中后，所述驱动系统10驱动所述炉门60靠近并贴紧所述料片出入口；接着，所述抽真空单元通过所述抽真空管道20对所述炉膛401进行抽真空，当所述炉膛401内的真空度达到0.1pa-500pa之间时，停止对所述炉膛401抽真空；然后快速充入高纯度惰性气体，比如纯度在99.99％-99.999％之间的氮气，使炉膛内的气压接近(略大于或略小于)或等于大气压；接着，所述加热系统对料片进行加热，使料片被加热至900-980℃之间，；接着，所述驱动系统10驱动所述炉门60远离所述炉体40的料片出入口，所述料架90同时伸出所述炉膛401外，所述料架90上的料片被取走。

借由上述结构，本实施例所述的无氧化加热炉具有以下优点：

1.在真空度为0.1pa-500pa之间时通入高纯度的惰性气体，比如纯度在99.99％-99.999％之间的氮气，待炉膛内的气压接近或等于大气压后对裸钢板进行加热至900-980℃之间，使裸钢板在完全无氧的环境下加热，避免了裸钢板被氧化；

2.目前工业应用的加热炉，其炉门60开启与取放料片分为前后两个工序进行，增加了高温料片暴露在空气中的时间，提高了高温料片被氧化的风险，而本实施例所述的无氧化加热炉，由于其为抽屉式结构，使得当炉门60打开时，料架90与炉门60同时远离炉膛401，便于料片被及时取出以放入下一道工序中，因此，缩短了高温料片暴露在空气中的时间，降低了高温料片被氧化的风险；

3.现有的箱式加热炉，由于其料架90固定设置于炉膛401内，因此，炉膛401需要预留出足够的空间，使得料片取放装置顺利伸入炉膛401中，故其炉膛401的高度通常较大，而本实施例中的无氧化加热炉，由于其为抽屉式结构，料片随着炉门60的开关而进出炉膛401，料片取放装置无需伸入炉膛401中，因此，其炉膛401的高度可以大大减小，进而炉膛401的空间也大大减小，有利于炉膛401内部真空度的快速获得。

如图3所示，本实施例中所述的无氧化加热炉还包括一底座80，所述底座80采用钢架结构制成，所述炉体40、驱动系统10均设置于所述底座80上，可根据生产流水线的整体高度调节所述底座80的高度，以使所述炉体40所处的高度与生产流水线上其他设备的高度相匹配。所述的炉体40大致呈长方体结构，所述炉体40具有长度方向、宽度方向和高度方向，其中，所述长度方向与所述炉门60的运动方向相同，所述宽度方向水平垂直于所述炉门60的运动方向，所述高度方向竖直垂直于所述炉门60的运动方向。所述料片出入口设置于所述炉体40的侧壁上，其中，所述料片出入口的长度方向与所述炉体40的宽度方向相同，所述料片出入口的宽度方向与所述炉体40的高度方向相同。

进一步的，如图4和图6所示，所述的无氧化加热炉还包括导向机构30，所述导向机构30的一端与所述炉门60连接，所述导向机构30的另一端与所述驱动系统10连接，所述驱动系统10驱动所述导向机构30带动所述炉门60远离、贴紧所述料片出入口。所述导向机构30包括两根伸缩杆305和与两根伸缩杆305一一对应的两个滚轮排，两根伸缩杆305分别连接于所述炉门60的两侧，每个所述滚轮排包括若干间隔设置的滚轮组，每一所述滚轮组包括对应设置的第一滚轮303和第二滚轮304，所述第一滚轮303和所述第二滚轮304分别位于所述伸缩杆305的两侧，并与所述伸缩杆305配合。较佳的，两个所述滚轮排设置于所述底座80上且沿所述炉体40的长度方向设置于所述炉体40的两侧，两根所述伸缩杆305分别设置于两个滚轮排上并分别垂直连接于所述炉门60的两侧，因此，两根所述伸缩杆305也分别设置于所述炉体40的两侧，所述驱动系统10设置于所述炉体40远离所述料片出入口的一侧。所述第一滚轮303和所述第二滚轮304优选v型滚轮，所述伸缩杆305与所述第一滚轮303、第二滚轮304配合之处呈相应的v型或∧型。

采用上述结构，导向机构30可确保炉门60在开启和关闭时运动的精确性和稳定性；所述驱动系统10、两根伸缩杆305以及所述炉门60合理地分布在所述炉体40的四边，有利于节约整个无氧化加热炉所占用的空间；采用v型滚轮配合v型或∧型伸缩杆305进行导向，其结构简单，同时确保导向的可靠性。

具体的，如图5所示，所述炉膛401的内壁和以及所述炉门60朝向所述炉膛401的一侧壁上分别设有多层超低热导率的纳米保温层402，较佳的，所述保温层402设置1-4层，所述炉膛401内的最高温度可达到1200℃，；所述炉膛401的内壁以及所述炉门60朝向所述炉膛401的一侧上还设有用于将所述炉膛401快速冷却的冷却系统(图中未示)，所述冷却系统具体包括水套。所述冷却系统分别设置于所述保温层402与所述炉膛401的内壁之间、以及设置于所述保温层402与所述炉门60的侧壁之间，换句话说，所述冷却系统分别设置于所述保温层402靠近所述炉膛401的内壁、以及设置于所述保温层402靠近所述炉门60的侧壁的一侧，可避免炉膛401内的热能直接辐射至冷却系统上，造成热能损失。

与现有技术中加热炉内部设置热容量较大的保温棉的方式相比，本实施例所述的炉膛401采用上述结构，其内部不设置传统的热导率较高的保温隔热材料，使得整个炉膛401的空间减小，炉膛401内部的体积大大缩小至1.5-2.0m³之间，因此，只需20-50s之间的时间即可使炉膛内401的真空度达到0.1pa-500pa之间。另外，借由上述结构，炉膛401内的热容量也小，当炉门60打开出料时，炉膛401的温度可以迅速降低，确保了下一炉次开始时抽真空单元的抽真空工作顺利进行，炉膛401内部可快速达到无氧化状态，使得料片在被加热至氧化速率较高的温度之前，炉膛401内能达到0.1pa-500pa之间的真空度，确保料片在无氧的环境下被加热至高温。

如图7至8所示，所述料架90包括若干托料杆902，若干所述托料杆902分别与所述炉门60连接，相邻的两个托料杆902之间采用滚轮903连接。所述炉膛401内对应设有用于对所述滚轮903进行导向的导轨405。具体的，所述托料杆902连接于所述炉门60朝向所述炉膛401的一侧，若干所述托料杆902均匀、间隔、平行设置，为适应炉膛401内反复的高温、低温工况，所述托料杆902采用耐高温材料制成，优选采用陶瓷材质制成，在本实施例中，每一所述托料杆902由若干节陶瓷制品可拆卸连接而成。所述滚轮903设置于两个相邻托连杆之间，且靠近两个托料杆902的底部设置，确保滚轮903可以与导轨405接触，也确保滚轮903不影响料片放置于托料杆902的顶部。所述托料杆902通过所述滚轮903在所述炉膛401内进行滚动运动，可以极大降低了托料杆902与炉膛401之间的摩擦力，有利于料架90顺畅地伸入和伸出炉膛401，同时，在相邻两个托料杆902之间设置滚轮903，还可以提高所述料架90的整体强度。

如图7所示，为便于所述托料杆902与所述炉门60安装连接，尤其当托料杆902为陶瓷材质时，其很难焊接于炉门60上，因此，所述托料杆902可采用连接件901与所述炉门60可拆卸连接，相应的，所述炉门60的侧壁上设有与所述连接件901对应的l型挂钩601，所述连接件901包括一u型主体及焊接于所述u型主体的两个连接板，所述连接板与所述托料杆902连接，所述u型主体倒置，所述l型挂钩601伸入倒置的u型主体中与之连接。所述料架90上还设有定位架(图中未示)，所述定位架用于对料片进行定位、避免料片乱窜，所述定位架优选卡接于所述料架90上，便于定位架的快速安装和更换。具体来说，当需要对不同尺寸的料片进行加热时，可在料架90退出炉膛401后，无需对料架90进行冷却降温而直接通过一定的拆装机构将卡接于料架90上的定位架拆下，再在料架90上卡接另一尺寸的定位架。

采用上述结构，针对不同尺寸的料片，本实施例中的无氧化加热炉可以在线更换料架90上的定位架，以提高本实施例所述无氧化加热炉的通用性。

进一步的，如图1和图3所示，所述炉门60上还固定连接有一支撑机构，所述支撑机构包括用于支撑所述托料杆902的支架100，具体的，所述支架100位于所述托料杆902的下方，当所述料架90随所述炉门60伸出所述炉膛401外时，所述支架100对所述托料杆902起到支撑作用，避免所述托料杆902因自身重力及料片的压力而向下倾斜。

本实施例所述的无氧化加热炉还包括用于检测所述炉膛401的真空度的真空计，以及用于检测所述炉膛401内的气体压力的压力计，所述压力计与所述驱动系统10电性连接，所述无氧化加热炉还包括设置于所述炉体40上的安全阀。当所述炉膛401为真空状态时，所述真空计处于工作状态，所述压力计处于停止状态；当所述炉膛401内的气压大于100pa时，所述真空计处于停止状态，所述压力计处于工作状态。当料片在炉膛401内加热完成时，所述充气单元快速向所述炉膛401内充入保护性气体，充气单元向炉膛401充气的时间为2-3秒时，炉膛401内的气压可达到20-50pa之间，此时，压力计检测到炉膛401内压力达到20-50pa之间时，反馈给驱动系统10，驱动系统10驱动炉门60打开，如此，可以降低进入炉膛401的保护性气体对炉膛401内温度场的影响，可确保料片的出炉温度不低于900℃。在极端状态下，当炉膛401内被充入过多的保护气体，炉膛401内的气体压力很大，但是炉门60或驱动系统10出现异常而导致炉门60无法开启时，可通过安全阀平衡炉膛401内的压力，避免事故发生。

如图9所示，本实施例所述的多炉膛无氧化加热炉，包括框架1以及两个无氧化加热炉组21，每个所述无氧化加热炉组21包括多个如本实施例所述的无氧化加热炉，每一个无氧化加热炉组21的多个无氧化加热炉沿所述框架1的高度方向依次设置，两个无氧化加热炉组1的炉门60相背设置。本实施例所述的多炉膛无氧化加热炉，各个无氧化加热炉单独作业，互不干扰，可同时对多个坯料进行加热，节约坯料等待加热的时间，提高生产效率。

综上所述，如图10所示，本实施例所述的无氧化加热炉，其使用方法包括如下步骤：

将料片放置于料架90上，具体的，料片被放置于料架90上与定位架相应的区域，以使得定位架对料片进行定位，这一步骤用时约为2s。

驱动系统10驱动炉门60朝向炉膛401运动，直至炉门60与炉体40的料片出入口完全配合，随着炉门60靠近炉膛401，料片也随着料架90进入炉膛401内，这一过程用时约为1s。

在炉门60与炉体40的料片出入口配合后，炉门压紧机构50对炉门60进行压紧。

在炉门压紧机构50对炉门60进行压紧后，抽真空单元对炉膛401进行抽真空20-50s，使炉膛401内的真空度达到0.1pa-500pa之间。

在炉膛401内的真空度达到0.1pa-500pa之间后，向炉膛401内充入保护性气体。具体的，待抽真空系统对炉膛401抽真空，使炉膛401内的真空度达到0.1pa-500pa之间后，向炉膛401内通入高纯度的惰性气体，比如纯度在99.99％-99.999％之间的氮气。

待炉膛401内的气压达到一定范围后，加热系统对料片进行加热100-300s，从而使料片的温度达到900-980℃之间。具体的，待炉膛401内的气压接近(略大于或略小于)或等于大气压后，加热系统按照料片的升温工艺曲线对料片进行加热100-300s，优选200s，使料片的温度达到900-980℃之间，确保料片在无氧状态下被加热至高温，避免料片被氧化。

在料片的温度达到900-980℃之间后，炉门压紧机构50打开并离开炉门60，不再压紧炉门60，这一过程用时约1s。

驱动系统驱动炉门60开启，随着炉门60远离炉膛401，料片也随着料架90退出炉膛401外，这一过程用时约2s。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。