用于退火炉的炉窑的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于退火炉的炉窖(furnace muffIe)，其具有基体，该基体被布置成使得其限定待加热的容积。本发明还涉及具有这种炉窑的退火炉。
【背景技术】
[0002]使用退火炉以便在实际生产或制造之后以受控方式使工件受到加热，该加热提高材料性能。
[0003]特别是，通过冷成形，即例如，通过冷皮尔格式乳管或冷拉拔制造的不锈钢管在成形之后在退火炉中进行退火，以便增加材料的韧性。为了产生对钢管退火所需的温度，退火炉包括由金属或者由可以产生几乎任何形状的另一种低价可利用的材料制造的炉窑基体是足够的。
[0004]然而，已经发现，炉窑的基体自身由于被它们限定的容积的加热而经历相当大的变形。由于炉不是被连续地操作而是被临时关掉以节省能量并且由于它们在该时段期间冷却，该变形进一步增加。由于这些冷却和加热循环，炉窑的明显变形发生。
[0005]炉窑或其基体的这种变形的结果是窑受到增加的磨损并且必须不久后通过新的窑进行更换。此外，在窑自身从外侧被加热，即，窑的基体被用作加热由其封闭的容积的辐射源的炉中，炉窑的变形导致炉的容积的加热变得不均匀，并且材料的退火或回火变得低效。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的一个问题是提供一种炉窑，其基体甚至在加热和/或在退火炉的加热和冷却期间产生的明显的温度差异期间都不会经历过量变形。
[0007]该问题通过用于退火炉的炉窑来解决，该炉窑具有基体，该基体被设置成使得基体限定待加热的容积，其中炉窑进一步包括:至少一个致动器，其以这样的方式被连接到基体，即:在炉窑的操作期间，致动器能够在基体上施加力；至少一个传感器，其被布置和设置成使得该传感器检测在加热或冷却期间由基体施加的力和/或在加热或冷却期间基体的长度变化；以及控制装置，其被连接到致动器和传感器，所述控制装置被设置成使得在炉窑的操作期间，控制装置根据由传感器检测到的力或长度变化来控制由致动器施加在基体上的力。
[0008]此处，本发明的基本思想是通过从外侧施加受控的力，即，利用合适的致动器抵消炉窑的基体的热引起的变形。如果基体的形状和膨胀基本上保持恒定，则炉窑的磨损可以被明显减少。
[0009]为了限制炉窑的基体的这种变形，需要借助于传感器检测基体的初始变形，并且然后根据由传感器检测到的针对变形的值或量度抵消该变形。
[0010]此处，在本发明的实施例中，传感器可以被布置和设置成使得其检测在变形期间由基体施加的拉力或压缩力。可替代地或另外，传感器可被设置成使得其检测长度变化，即在炉窑的加热或冷却期间基体的收缩或膨胀。
[0011]在实施例中，控制装置然后被设置成使得，控制装置以这样的方式致动致动器，即:由致动器施加在基体上的力至少部分地补偿在炉窑的加热或冷却期间由传感器检测到的基体的长度变化。
[0012]在可替代的实施例中，控制装置被设置成使得在炉窑的操作期间，控制装置致动致动器，使得由致动器施加在基体上的力至少部分地补偿在炉窑的加热或冷却期间在传感器上由基体施加的并且由传感器检测到的力。
[0013]在本发明的实施例中，致动器因此被设置并且布置成使得其在炉窑的操作期间可以在基体上施加拉力和/或压缩力。
[0014]如果炉窑的基体被加热，则基体材料的强度改变并且基体例如变得可塑性变形。这导致基体根据基体的几何形状的变形。例如，如果基体具有这样的管状形状，即其具有矩形横截面或具有在某些区段中呈一部分圆的形状的横截面，则塑性变形性进而经常导致基体的上侧或顶盖塌陷。上侧于是下陷。基体的这种塌陷或下陷可以有利地通过在基体上施加拉力来抵消。基体的塌陷或下陷可以在其端部作为由基体施加的力或作为基体的长度变化而被检测到。
[0015]为了实现合适的补偿，在实施例中，控制装置被设置成使得在炉窑的操作期间，控制装置从在加热或冷却期间基体的长度变化或者从在加热或冷却期间在传感器上施加并且由所述传感器检测到的力，计算针对待由致动器施加在基体上的力的目标值，并且控制装置控制致动器，使得由致动器施加在基体上的实际值基本上等于目标值。
[0016]为了控制由致动器施加在基体上的力，其中致动器包括传感器的实施例是有利的，所述传感器在炉窑的操作期间检测由致动器施加在顶盖上的力的实际值，或者检测作为针对由致动器施加在顶盖上的力的实际值的代用物的参数。
[0017]本申请意义上的致动器表示适合于允许补偿基体的热变形的力作用于所述基体上的任何装置。这种致动器的示例是机电驱动器、线性驱动器、主轴驱动器和压电致动器。然而，这样的致动器也可以特别是其在缸中进行引导的活塞能够在基体上施加拉力和/或也施加压缩力的气动或液压致动器。然而，因为已经发现基体的最大变形在炉窑的加热期间发生，因此使用致动器适合于在基体上施加可调节的拉力的实施例是特别有利的。
[0018]在本申请中，当参考检测基体的长度变化或由基体施加的力的术语传感器时，所述术语可以特别地表示力传感器，例如，布置在炉窑的基体上的压电元件或应变计。然而，例如，能够检测变形特别是基体的长度变化的光学传感器也是合适的。
[0019]然而，在本发明的实施例中，致动器自身也可包括用于基体的长度变化的传感器。这种设计的示例是具有缸和在所述缸中进行引导的活塞的液压或气动致动器，其中缸内部中的压力可以经由连接到控制装置的控制阀设定。此处，致动器另外包括用于检测活塞在缸中的位置的位置编码器。致动器的活塞被连接到基体，例如，被连接到基体的一个角部。在此情况下，控制装置被设置成使得控制装置根据活塞的实际位置计算缸内部中的目标压力并且通过致动控制阀来设定缸内部中的目标压力。在该示例中，在缸内部中的恒定压力下，活塞的位置是用于在缸上由基体施加的力的或者用于基体的长度变化的直接量度。
[0020]基体的长度变化，特别是由于基体的下陷造成的基体的缩短在缸中的恒定压力下导致活塞的位置变化，该活塞的位置变化由活塞编码器检测到并发送到控制装置。在随后的步骤中，控制装置从活塞的位置变化计算补偿基体的变形所需的目标力。该目标力对应于缸内部中的液压流体或气动气体的目标压力，并且缸内部中的该目标压力通过致动致动器的控制阀来设定。
[0021]在实施例中，另外，致动器有利地包括连接到控制装置的压力传感器，该压力传感器被布置和设置成使得其检测缸内部中的实际压力，其中控制装置被设置成使得在炉窑的操作期间，控制装置调节致动器的控制阀，使得缸内部的实际压力基本上等于目标压力。
[0022]上面描述的所有实施例描述了使用控制装置控制或调节致动器，使得由致动器施加在基体上的力根据基体的长度变化或由基体施加的力而变化。为此目的，由基体施加的力或基体的长度变化，或者直接地取决于这些参数并且因此构成力或长度变化的代用物的参数利用传感器进行检测。
[0023]然而，已经发现，炉窑的基体的抗拉强度，特别是由钢制成的基体的抗拉强度，明显地取决于其温度。为了防止对窑的基体的损坏，在一个实施例中，由致动器施加在基体上的力应取决于基体的温度。
[0024]为此目的，在一个实施例中，炉窑包括温度传感器，所述温度传感器被连接到控制装置并且被布置和设置成使得在炉窑的操作期间，温度传感器检测炉窑的基体的温度，其中控制装置被设置成使得其在炉窑的操作期间根据基体的温度并且根据由传感器检测到的力或长度变化来设定由致动器施加在基体上的力(目标力)。
[0025]此处，在本发明的实施例中，控制装置被设置成使得将由致动器施加在基体上的力与由基体施加在传感器上的力或基体的长度变化成比例。然而，此处根据基体的温度限制将由致动器施加在炉窑的基体上的最大力。
[0026]在本申请意义上的控制装置特别地包括硬连线模拟或数字控制电路，但是也包括具有控制软件和所需要的接口的多用途计算机。
[0027]在有利的实施例中，基体至少在某些区段中由金属制成，优选地由钢制成。
[0028]在本发明的实施例中，炉窑的基体基本上是长方体形的并且致动器被连接到长方体的至少一个角部或一个边缘。
[0029]在本发明的实施例中，炉窑是输送炉的一部分，其中基体具有带有用于待退火的工件的入口开口的第一端和面向入口开口的第二端，其中致动器被布置成使得在炉窑的操作期间，致动器仅在基体的第一端或第二端上施加力。
[0030]尽管原理上可以利用连接到基体的面对侧、边缘或角部的至少两个致动器来抵消炉窑的基体的变形，但是炉窑的有利实施例是以下一种炉窑，其中基体在一侧被夹紧，而至少一个致动器的着力点位于面向夹具的一侧。
[0031]在这种实施例中，将基体的第一端或第二端附接到固定不动的窑保持器是有利的，其中致动器被设置成使得在炉窑的操作期间，致动器在基体的面向窑保持器的那一端上施加力，优选地施加拉力。此处，在本发明的实施例中，窑保持器被冷却。
[0032]在本发明的实施例中，炉窑包括多个致动器，并且优选地包括至少三个致动器。在炉窑的变型中，其中基体的第一端被附接到固定不动的窑保持器，多个致动器被有利地布置在基体的面向端上。此处，三个致动器足以拉伸窑的基体，使之再次基本上抵消任何变形，并且足以抵消基体的塌陷。
[0033]已经发现在基本上长方体形的基体中恰好提供四个致动器是有利的，这四个致动