专利名称：清洗金属工件的工艺及装备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用液体处理工件的工艺，尤其是为清洗后的热处理作准备的清洗金属工件的工艺，以及实施该工艺的装置。
一种上述类型的工艺和装置已由德国杂志所公开(杂志名称为“HTM”，45(1990)，第5期第273页)。
用液体处理工件(下面称为“清洗”)一尤其是对金属工件的清洗和/或冲洗的工艺及装置典型地被用在连锁的热处理设备中。对于该热处理设备譬如人们可以理解为真空热处理设备，连续加热炉，辊底加热炉，竖式蒸罐炉或多功能箱式炉，在这些热处理设备中可以实现光亮热处理，不同程度的退火和淬火，以及扩散处理，如渗氮、氮的气化、氰化和渗碳。
在上述类型的传统的装置和工艺中，人们同时使用浴槽，这种浴槽大体上只是基于其有效性而被选用，然而，在以前较少意识到原料利用率问题，尤其是与环境协调问题。出于这一原因，以前人们用氯化碳氢化合物(CKW)来洗涤金属工件，璧如用四氯化物(Per)或三氯化物(Tri)，虽然它们被用作理想的洗涤剂，尤其是用来去除油脂和涂料，但是，它们对污染环境的影响在以后才被认识和加以考虑。
基于环境保护，其间在许多国家各种规定相继生效，这些规定的目标是急剧减少或完全禁止使用氯化碳氢化合物(CKW)，尤其是四氯化物和三氯化物，以及使用卤化碳氢化合物(HKW)。
其间，三氯化物(Tri)被认为诱发癌症，以致于这种洗涤剂在欧洲实际上已不再使用。
其间，在地球上许多国家制订了严格的环境保护法。璧如，在联邦德国由第二条联邦排放保护条例规定，氟化氯化碳氢化合物(FCKW)(至今被用作制冷剂)和1.1.1-三氯化物(至今被用作洗涤剂)在短的宽许期限后完全不应再被使用。
在美利坚合众国于1990年10月27日补充了“净化空气法”，该补充法由总统布什签署于1990年11月15日生效。该法律的修改意味着联邦立法在美国从1977年起获得了巨大的强化，在该修改案的第Ⅲ章规定了具有不同特权的企业。脱脂和金属清洗在特权1中作了说明。与此相关明确列举了氯化碳氢化合物(CKW)尤其是三氯乙烯。该法律修改案规定要严格减少这类产品的生产和销售，譬如这类产品从1989年的基数为100%下降至1997年的15%。该法律修改案对于违法事件规定了严厉的惩罚。
另一方面，在金属工件的热处理中指示人们在热处理之前或在其它的表面处理之前清洗工件，尤其是当工件事先实施其它类的加工之后，如成形或切削加工之后。
在金属工件上产生的污染是多种多样的。这些污染譬如可以由冷却润滑剂、油脂、研磨膏和涂料构成，或由淬火油、灰尘和金属屑构成。如果这类工件要进行随后的表面处理，那么去除工件表面的污染是绝对必要的。污染的表面譬如在渗氮、氮的气化或渗碳时将显著影响处理效果。在以前所述的淬火过程中(扩散过程)即从工件的外侧把物质如氮和/或碳经扩散过程渗入金属工件的外层。如果工件表面某处污染，那么譬如在氮气的气化作用时将不能实施从外向里的扩散过程或减慢扩散过程或延长扩散时间。其结果是工件表面被污染处没有或部分被硬化。
清洁的工件表面在真空热处理中，在光亮热处理、涂覆等工艺中也是必要的。
在上面所述的问题的背景前较长时间来人们已经作了巨大的努力，一方面以便创造无环境污染的洗涤溶液，譬如对水无污染的清洗溶液，无需为与这些洗涤溶液接触的人员考虑这些溶液，另一方面，这些洗涤溶液又有良好的清洗效果。
这类水溶性洗涤剂，譬如高效洗涤的、通常含有表面活性剂的洗涤剂，相对于氯化碳氢化合物具有较小的油脂溶解性，为此，必须通过相对运动来支持清洗过程，并使用浓度高的这类溶剂的溶液，以及必须用在要清洗的工件与洗涤液之间的相对运动来支持清洗过程。
在已知的清洗金属工件的设备中，工件和洗涤液之间的相对运动是如此实现的，工件用可摆动的臂喷射，并且处理液具有很高的出口速度。用这一方式工件用处理液喷洗，清洗效果显示了机械去除污染物和化学作用的结合。油脂和油的乳化对溶液状态起到不利的影响，乳化由很高的出口速度引起。
人们已经确定，在复杂形状的工件中，譬如曲轴或带轴颈的机壳需要设置费用昂贵的机械装置，如铰接的可摆动的喷射臂，以便能够清洗全部面积。此外，用这些已知的方法很难清洗松散材料或堆积的成批工件，因为，用多个可摆动的喷射臂也很难从各方面到达位于堆积的成批工件内部或中心的工件。其原因在于安置在工件周围的其它工件挡住了中间工件，以致于用高压喷射在成批工件上的洗涤液不能到达所有的表面。
此外已知的装置是把全部成批工件或全部松散材料浸入溶液中，工件和洗涤液之间的相对运动由泵、螺旋桨、循环装置，用喷射设备或提升或下降全部成批工件所引起。
虽然花费的技术费用很高，但可确定在成批的工件中仍然没有洗涤液流过，至多存在少量的来回运动的洗涤液或液柱，流动着的液体大体上绕成批工件的外廓流过。
此外确定，在应用具有高效洗涤物质的水状洗涤溶液(该高效洗涤物具有很多的离子成份)时，在许多冲洗过程后在工件表面留下一个油膜，该油膜是由于有效洗涤物质和金属表面之间的强烈的离子互相作用而产生。该油膜譬如在以后的气体渗氮过程中严重影响扩散。这最终会导致先用来去除存在的污染的洗涤剂物质本身影响工件表面。
另一个在清洗金属工件时产生的问题是在清洗和冲洗后对工件的干燥。
在传统的设备中，金属工件从溶液或冲洗装置中取出，然后用加热的循环空气借助于循环空气自身的热量通过蒸发或鼓风或用循环空气加热设备烘干。
然而，这一过程具有使工件在一定的时间里曝露在空气中的缺点。对密封包装的成批工件，对勺形的工件，譬如具有盲孔、凹陷等的工件不能可靠地保证完全烘干。
在很短的时间内这将导致表面的改变，因为，刚洗过的或冲洗过的金属工件其表面具有很高的活性，以致于在极短的时间后就出现腐蚀斑点。如果为此而使用尚包含有溶解的盐的洗涤液或冲洗液时，那么，在烘干时盐会在工件表面形成盐斑点。这在随后的扩散热处理中也将成为严重的问题。
最后，传统的其形式为循环空气加热的加热设备具有很高的能量耗费，因为其热效率很低。
最后，在对金属工件的传统的清洗中尚存在另一个问题，即所使用的洗涤剂只能在一定的温度范围内使用。譬如，如果洗涤罐具有很高的温度(接近100℃)，那么，洗涤剂将改变其化学性能，其清洗效果明显下降。另一方面，当洗涤罐不足够热时(低于或接近浊点)，清洗效果同样下降，因为，洗涤活性不再有足够的热量支持。涂脂较高的粘度将使化学清洗过程变得困难。
由前面所述的德国杂志(杂志名称“HTM”，45(1990)，第5期，第273页)公开了一种用于清洗金属工件的工艺和装置，用这一工艺和装置已经部分地避免了上面所述的缺点。在这一已知的装置中使用于洗涤罐，工件在清洗时留在洗涤罐内，在冲洗和烘干时也留在洗涤罐内。在工件清洗和冲洗时，工件保持在浸渗溶液内，浸渗溶液通过在罐的底部喷射空气以及通过用泵唧送来搅动，为了烘干工件使用了真空干燥设备。
虽然，这一工艺具有下述优点通过喷入空气使处理罐达到足够的搅动，使具有粘附力的污染物被上升的气泡带了出来，当该粘附力重于处理液时也是如此。此外，使工件留在同一个罐内能使工件只在很小的范围内与周围空气接触。最后真空干燥设备起作用，以节省能量的方式实行烘干。
但是，这一已知的使用已知工艺的装置也有下述缺点在清洗过程的重要的第一阶段，即在向罐注液时没有足够的清洗效果，特别是对于严重的污染，在随后的处理步骤中湿的工件与外部空气尚接触一段时间，最终是工件在一定的范围内(盲孔，空腔，凹面)没有被搅动的溶液充分环绕冲洗。
由DD-PS91177公开了一种清洗办公设备和类似机械设备的方法。按照这一方法所述的办公设备在一个溶液内清洗，在溶液内升起气泡，这些气泡由脉动的气流构成。
由法国专利FR-PS1410251公开了一种医院仪器的清洗装置，在这一清洗装置中借助于压缩空气通过喷射器等使洗涤液运动。
由美国专利US-PS2567820公开了一种小机械零件的清洗装置，在该清洗装置中，机械零件被放入筐形的容器内，容器的底部由格子构成。格子的下面是环形管，环形管的上侧设有气泡的出口孔。
由DE-GM8437870公开了一种清洗金属工件的装置，在这一清洗装置中洗涤液用喷嘴喷射在工件上，喷射速度在18和55m/s之间。
由DE-OS3715332公开了一种清洗工件的方法和装置，在这一方法和装置中同样是把工件放入浸渗溶液中，空气或其它气体吹入该浸渗溶液内。由气泡带出的污染物用在罐上边缘的溢流口除去。
为此，本发明的任务在于，提供一种上述类型的工艺和装置，这一工艺和装置避免了上述缺点，改善了金属工件的清洗效果。
按照前面所述的工艺，本发明的任务由下述步骤解决a)把工件送入容积为1m3至10m3的洗涤罐内;
b)注入基本上包围着工件的处理液溶液，其温度为50-90℃;
c)密封洗涤罐，并在溶液上方留一空气腔;
d)抽出空气腔中的空气/蒸汽混合气，直到其中的压力低于处理液在此温度下的饱和蒸汽压力;
e)在沸腾溶液下将上述低压维持一预定时间;
f)使空气腔的压力为环境压力;
g)排出溶液。
用这一方式完全解决了本发明的任务。
本发明的处理方式是一种“低压蒸煮”，就是说，溶液在一个明显低于其在环境压力下沸腾的温度下就已经沸腾了。
因此按照这种方式，在一个明显低于例如100℃的温度下就已经能在溶液中产生蒸汽泡，它们从溶液中上升，流过工件。但与已知的工艺不同，这些蒸汽泡不仅在洗涤罐底部产生，而且能在溶液的各个地方产生，亦即，在盲孔、切边和类似部位上也能产生，这在传统工艺中将空气泡吹入溶液中的方式是实现不了的。
这样，通常工件上不能接近的部位由于气泡的形成而能受到搅动。同时在这些部位上还有本身已知的好处，即上升的气泡由于其粘性作用而将污物颗粒一起带走，从而将其从这些通常不能接近的部位上除去。
本发明的工艺的另一个主要优点是，溶液的工作温度能明显低于环境压力下的沸腾温度，例如100℃。因此人们也能使用这样的处理液，即其化学处理添加剂只在温度明显低于100℃下才能发挥最佳作用，因而不能应用于沸腾下的处理溶液中，因为这种所述的添加剂在100℃时其化学特性就会变坏。
由此本发明的工艺开辟了全新的多种多样的处理可能性，因此那些至直由于上述原因而不能使用的处理介质现在也能用了。
本发明的工艺的尤其有利的地方还在于它也能用于叠放物或松散物，用已知的工艺和装置将空气泡吹入处理溶液中时，对这种物件不能充分地搅动，因为气泡在此时也是从许多工件旁边流过。因此在大多数无用情况下也不要求人工操纵，例如在溶液中转动着的滚筒，来将滚筒中装的松散物件(例如螺钉或类似物)置于气泡搅动中。
根据本发明的工艺的一个优选实施例，是这样调整低压的，即它相应于处理液溶液在某温度下的饱和蒸汽压力减去至少洗涤罐底部的静压力。
这一措施的优点是，即使当洗涤罐中的水柱相当高时也能使整个溶液沸腾。
根据本发明的工艺的另一实施例，在步骤d)和e)中将一种气体吹入溶液中。
这一措施有两个不同的优点，其一是吹入的气体作为冲洗气体，用于一个与洗涤罐相连的真空泵，它由此将空气/蒸气混合气从洗涤罐中吸出，空气部分流过真空泵，蒸汽部分则可以凝结下来，这一点还要说明。其二是可以实现附加的搅动，从而按传统的方式加强了处理效果。
所述实施例的一个有利的方案是从洗涤罐底部吸入气体，使气泡环绕工件地流过。
这样的好处是气泡能尽可能均匀地环绕全部工件流动。
根据本发明的另一个优选实施例，空气/蒸汽混合气经过一个冷凝器，在冷凝器中完全冷凝的处理液最好再送回到处理液罐中。这种办法的优点是避免处理液变浓或产生盐析效应，这种情况当蒸汽从处理溶液不断排走，而溶解的处理物留在溶液中就会出现。将完全凝结的处理液再送回就避免了这种效应，因此采用本发明的工艺也可以自给自足地长时间工作，即不需要补充处理液。
根据本发明的优选方案，用着处理液的是一种冲洗液或另一种洗涤液。
当洗涤剂是水时，最好在水中添加一种柔和的溶解油脂的洗涤剂，它不与工件表面起化学反应和/或不支持这种化学反应。
这种措施的好处是，在清洗工序后工件表面不再留有残余的洗涤剂。
根据另一种优选方案，洗涤剂是中性至弱碱性。
这种措施的好处是，金属或金属合金在这种PH值范围的水状介质中不会被侵蚀，这种介质对环境无害，对使用人员也无危险。
根据本发明的另一个优选方案，步骤b)-g)采用相同或不同处理液相继地进行多次。
这种措施的优点是灵活性很大，因为可以相继地只进行冲洗工序，洗涤工序或两者组合，或者其它处理工序。
在这种情况下最好用完全脱盐的水作为冲洗液，在步骤g)之后将该水与一种洗涤剂混合作为后一工序中用的清洗液。
这种措施的好处是，“已用过的”冲洗溶液还可以在以后用着清洗溶液，而完全脱盐的水尤其适用于清洗液的原始物质。
根据本发明的其它实施例，在步骤e)中溶液将被循环并在洗涤罐外面清理。
这种措施的优点是能保证长时间工作，同时又不必输入和排出处理液。
在步骤e)中最好机械地搅动溶液。其优点是能加强处理效果，因为除了存在化学作用和蒸汽泡排出颗粒作用外，工件表面上还受到一种机械作用。
根据本发明的实施例，步骤e)持续时间为1-20分钟是合适的。
虽然这种处理时间对于“低压蒸煮”是合适的，但在个别情况下必要时也可以缩短和尤其是可以延长。
步骤d)-f)最好是脉动地进行。其优点是可以一次或多次地“煮沸”处理溶液，结果工件受到有效的冲洗。
在本发明的工艺的另一种优选变型中，在步骤过程中，工件先由处理液的一无压力淋洒液全部地冲洗1-10分钟，淋洒液的流量调为每平方米工件面积100-300m3/h，处理液持续地继排出口排出洗涤罐，而当排出口是关闭时则一直到淋洒液充满至洗涤罐的溢流口为止。
这种措施的优点是，在处理的关键的第一阶段，例如清洗工序，用大流量的无压力淋洒液冲洗工件就已经实现了对工件的很大程度的处理或清洗，结果例如在之后的清洗步骤中，工件就已经非常干净了，而传统的工艺中则不是这种情况。
以大流量冲洗工件的淋洒液此外还浸入工件不能接近的部位，在这些地方形成旋涡并带走污物。这一点已知的装置则无法实现，因为它们采用薄的液体射流在高压下冲击工件，只能冲击到工件表面的点状部位，同时，如已讲过的那样，不能达到工件的内部部位。
与同样是已知的吹入空气工艺相比，上述方法有这样的优点，即在清洗溶液进入之前就已经对工件冲洗了较长的时间，而在吹入空气或产生蒸汽泡的时间里还没有起什么作用。
根据本发明的工艺的另一个优选方案，在步骤g)中，用已提及的处理液无压力淋洒液冲洗工件，最好全表面冲洗，淋洒液的流量率与前述80%-100%的流量率相一致。
这种措施的优点是，工件在任何时间都不会受排出溶液时流入的外部空气的影响，由于工件温度高，这些空气会马上使工件出现腐蚀现象或类似现象，因为此时刻工件表面非常活泼。
此外，最好在步骤g)后将洗涤罐中的压力调成一低压，最好为60-350毫巴，持续时间为3-10分钟。
这一措施的优点在于工件可在同一洗涤罐中通过低压而被干燥。此刻的工件温度为溶液温度，即例如为85℃，热的工件一般本身都存积了足够的热量将粘附的残余处理液蒸发掉。如果此时洗涤罐中形成一低压，那么在再次打开洗涤罐使工件与环境空气接触之前，被蒸发的处理液成分就可被去掉，工件被完全干燥。
最后，本发明的任务也可以由具有可密封的洗涤罐的装置来解决。这种洗涤罐的容器为1m3-10m3。该装置包括将工件放入洗涤罐中的第一机构，将溶液放入并使之基本包围工件的第二机构，其中在溶液上方洗涤罐留有一空气腔，以及在洗涤罐中产生低压的机构，该机构接在空气腔上，且设计成能够将空气腔抽空到一个低压，该低压在一预定时间内低于该温度下处理液溶液的饱和蒸汽压力。
这一措施的优点是可以使用已知的普通洗涤罐，这种罐只需作很小的改变就能实施本发明的工艺。
其它的优点由说明书和附图给出。
当然，上述的和下面还要阐述的特征不仅可以用在所说明的组合装置中，而且可以用在其它的组合装置中或单独使用，这些并没有脱离本发明的框架。
本发明的实施例在附图中描述，在下面的说明书中将进一步阐述这些实施例。
图1是一个极其简略的总视图，表示一个用于清洗金属工件的装置的实施例;
图2是一个类似于图1的图，用于说明“无压力冲洗”的工艺步骤;
图3是一个类似于图1的图，用于说明“无压力冲洗和装满”的工艺步骤;
图4是一个类似于图1的图，用于说明“具有吹气搅动的旋转”的工艺步骤;
图5是一个类似于图1的图，用于说明“无压力冲洗和排空”的工艺步骤;
图6是一个类似于图1的图，用于说明“真空干燥”的工艺步骤;
图7是一个类似于图1的图，用于说明“低压蒸煮”的工艺步骤;
图8是一个不同于在图1-7所描述的洗涤罐的、具有侧向空气喷入的洗涤罐;
图9和图10是一个极其简略的侧视图和前视图，表示本发明的洗涤罐的另一种方案，为水平结构。
图1所示的装置10具有一个洗涤罐12，一个盛第一处理液的第一罐14，一个用于装第二处理液的第二罐16，一个真空站18，一个过滤装置20和一个向洗涤罐12吹入气体的装置22。
洗涤罐12的横截面是圆形的，在其上面用盖26封住。在洗涤罐12的内腔装有支持架，用来接收成批的工件30。支持架28在打开盖26时可以从上面沿垂直方向装入洗涤罐12内，或从洗涤罐取出。
工件30最好是金属工件，即普通的机械零件，最好是以后还要作热处理，譬如氮的气化作用，为此，工件具有受结构限制的空腔、孔等，这些空腔、孔等开口可以向上，向下或朝向侧面。
此外，在支持架28内安装了设有水平轴34的滚筒32。轴34侧向通过洗涤罐12的壁，并在洗涤罐12外由驱动装置36驱动。
滚筒32用来容纳这里不进一步描述的松散材料。滚筒32的构造是，在其圆周设有孔，这样，液体和气泡能够通过滚筒32，而在滚筒32内的松散材料仍被保留着。
洗涤罐12在其上边缘设有溢流口38。在附图中洗涤罐12上的溢流口38被表示成外环流的溢流口。然而，本发明的一个特别有利的实施例其特征是溢流口沿着洗涤罐12的内侧延伸。用这一方法把溢流装置敷设在洗涤罐12的内部，这在考虑使用低压时是有利的。
溢流口38一方面经导管40与第二罐16连通，在所示的实施例中，第二罐16盛有一种洗涤液42。此外，溢流口38经导管48与第一罐14连通，在所示的实施例中，第一罐14盛有一种冲洗液47。导管40和48设有阀，以便能产生或阻止溢流口38和罐14或16之间的连接，这一点如同下面还要进一步详细阐述的一样。
盛有洗涤液42的第二罐16经导管41与泵43的吸入侧相连。泵43其出口侧经导管44与管接头46相连，管接头安置在洗涤罐12的底部同样在罐16和泵43或泵43和管接头46之间设置了相应的阀，如尚要阐述的那样。
此外，泵43在其吸入侧经过导管45与盛有冲洗液47的第一罐14相连。
罐14和16在其底部总是设有加热装置49。
在图1中描述了第二罐16设置有侧向安置的预沉淀池50，预沉淀池50经一个溢流口与罐16的真正的内腔相连。此外，预沉淀池50经过一个未描述的导管和一个泵与罐16相连，这样可以从预沉淀池50把液体泵入罐16内。罐14和16都设有溢流堰，这样，液体42或47中的悬浮的脏物能到达预沉淀池50内。预沉淀池50内运转着一台撇渣器，以便能收集脏物，然后去除脏物。
此外，预沉淀池50与过滤装置20相连，过滤装置20具有一个过滤器55和一台油分离器54。过滤装置20不是必需的，可以附加地连接过滤装置20。
过滤器55用于把固料从来自预沉淀池50的液体内分离出来。油分离器54的目的是把油从液体中分离出来，被分离出的油可以经过抽油器57取出并被运向收集处。离开过滤器55的液体能够再次被输给罐16。
真空站18具有一台真空泵70，真空泵70经导管71与洗涤罐12的内腔相连。导管71最好刚好在溢流口38下方导入洗涤罐12。
在真空泵70的加压侧，真空泵70与一个冷却罐72和一个贮存器73相连。在导管71上同样具有一个阀，如同尚要阐述的一样。
洗涤罐12可以在盖26和溢流口28的范围内真空密封。
用于向洗涤罐12吹入气体的装置22具有一个压力容器60，在压力容器60内储存着压力气体。压力容器60本身可以与一台在图1中未表示的压缩机相连。也可以在此处使用鼓风机。
在装置22内工作的气体最好是空气，然而也可使用不起反应的保护气体。装置22的结构也可以是在气体输向洗涤罐12之前，气体已被加热。
压力容器60用一个安置有相应的压力控制阀或减压阀的导管61与穿过洗涤罐12的壁的接头62相连。从那儿导管61通向一个板状空心体63，该板状空心体63被安置在洗涤罐12内腔的底部。其板平面大约沿水平方向延伸的板状空心体63最好尽可能完全地充满在洗涤罐12底部范围的内横截面。在任何情况下都应努力使空心体63的尺寸(沿垂直视向)大约与支持架28的尺寸相同。
在本发明的实施例中，板状空心体63由优质钢片制成，形成上板面的优质钢片设有开口65。开口65由具有直径大约为1mm的孔组成，孔之间的距离最好是25mm。
也可以用多细孔的陶瓷代替由优质钢片制成的空心体63，该多细孔的陶瓷包括一个空气分配管，空气流过陶瓷的细孔。
最后，图1所示的装置10还具有一台电气控制仪75，经其输入线76可以输入工艺参数，而输出线77控制装置10的成套设备，特别是众多的阀和泵。
可以用图1所示的装置来实施的工艺下面借助于按照图2-7的状态图解作进一步说明。
为了准备实施本发明的工艺(未图示)打开洗涤罐12的盖26，以便用起重机等把具有工件30的支持架28从上放入洗涤罐12内。
如果这一步已完成，那么盖上盖26封闭住洗涤罐12。在本发明的这一阶段封闭还不是真空密封，这一封闭至少起到防溅保护作用。
在图2中描述了第一实际工艺步骤。
借助于事先输入所希望的工艺参数的控制仪75，首先把加热器49装入具有洗涤液42的第二罐16，同时，同样把加热器49装入具有洗涤液47的第一罐14作为实施该方法的准备工作，只要冲洗过程希望如此。用这一方式加热洗涤液42和冲洗液47，并且至50℃至90℃温度，最好在80℃和90℃之间的范围内。在这一温度范围洗涤剂和冲洗剂(只要搀入这类洗涤剂和冲洗剂)具有最佳的工作范围，因为，所列举的剂在尚要高的温度下将改变其化学性能，在更低的温度下将减弱清洗或冲洗效果。
只要液体42和47处于所希望的工作温度，那么控制仪75就打开所需的阀。首先打开导管41中的阀41a，导管41把第二罐16与泵43的吸入侧连接起来。以后打开导管51中的阀51a，导管51把泵43的加压侧与淋洒器52连接起来。最后打开导管67中的阀67a，导管67经导管66把起排放作用的洗涤罐12的管接头65与第二罐16连接起来。
作为这一连接措施的结果是调整了洗涤液42的回路，该回路从第二罐16经过阀41a、导管41、泵43、导管51、阀51a通向淋洒器52。泵43的输送功率或阀41a和51a的流体截面由电气控制仪75如此确定，即从淋洒器52流出无压力的洗涤液42(淋洒液80)，其流量被调整在每平方米的工件30的表面为100m3/h和300m3/h之间的范围内。
从而，淋洒液80无压力地冲洗在工件30的表面，经过起排放作用的管接头65，导管66和67以及已打开的阀67a再次流入第二罐16内。
工件30由无压力的淋洒液80预洗，因为，淋洒液80带出粘附的脏物，特别是涂料污物，也有油脂，并被排走。
洗涤液42最好由一种水状的不起泡的中性洗涤剂的溶液组成，这种中性洗涤剂具有暂时的防护保护。这类中性洗涤剂本身显示出一种相当弱的对油乳化作用，然而，对环境绝对无污染，而且既不会以任何不利的方式侵蚀要清洗的工件，也不会侵蚀操纵该液体的人员。弱碱的临时防腐层作为很薄的层留在工件上，在温度高于300℃时无残留地被全部蒸发掉。
上面借助于图2所阐述的工艺步骤在最好为1分钟至10分钟的时间内进行。
如果所述的时间已过，控制仪75转入下一个工艺步骤，该工艺步骤在图3中表示。
在这一工艺步骤中保持第二罐16经泵43与淋洒器52的连接不变。然而，与上一工艺步骤不同的是关闭了导管67中的阀67a，这样，洗涤罐12就没有了排放口。
其结果是在洗涤罐12内形成了浸渗溶液83，其液面不断上升，如箭头86所示。
这样，洗涤罐12连续地为热洗涤-浸渗溶液83所充满，这一工艺步骤持续到由一个(未表示的)水准指示器获知液面85已到达溢流口38为止。只要是这一情况，这一工艺步骤就结束。
图4表示下一步工艺步骤，在这一工艺步骤中溶液83被环流并被搅动。
为环流之目的，首先要保持第二罐16和淋洒器52之间的连接，但是譬如要减小泵43的出水量，譬如减小30%至80%，这样，只有非常小的淋洒液80′从淋洒器52流出。
现在，控制仪75打开在导管40上的在溢流口38和第二罐16之间的阀40，这样，经溢流口38溢出的清洗液42流入第二罐16。
只要液面85一到达溢流口38，在通向淋洒器52的导管51中的阀就被关闭，连接阀51b就被打开，该连接阀把泵52的加压侧与洗涤罐12的底部连接起来。通过从洗涤罐12的底部输入液体使得仅仅是具有随上升的气泡上升的脏物的液体离开洗涤罐12，而不是经淋洒器52输入的液体，并立即流入溢流口38。
同时，控制仪75操纵装置22吹入气体，为此打开了导管61中在压力容器60和板状空心体63之间的阀61a。
其结果是，气泡大量地从板状的空心体63中涌出，并在同时搅动洗涤溶液83的情况下环流冲洗工件30。
从板状空心体63涌出的气体或空气在那儿具有一个压力，该压力在孔65的范围内略高于那儿的环境压力。压缩空气通过众多的孔65作为很小的气泡从板状的空心体63涌出，这些小气泡在挤压力和浮力作用下迅速向上流向溢流口38。
这些撞击在工件30底面上的空气气泡侧向偏离工件，以致于一很密的小气泡流沿工件垂直的壁或孔流过，只要工件的壁或孔垂直或倾向于垂直线延伸。气泡由于粘附力和在液体中存在的涡流的作用也会沿工件30的上面流动，这样，在工件的上面也存在洗涤液42强烈的运动。
从孔65流出的空气气泡不是沿直线方向通过支持架28或其内容纳的工件30的众多的撞击点，而是沿蛇形的、部分旋转的轨道。
空气气光也通过滚筒32，这样，当滚筒旋转时，滚筒内的松散材料为环流所作用。
为了搅动洗涤溶液83，可以使由控制仪75控制的阀61a不断打开，空气气流影响搅动的强度。但是，也可以使阀61a按预定的方式不断地打开和关闭，以致于以脉动的压力脉冲工作。按这一方式，譬如可以按时间间隔大约为10-15秒把5-10巴的压缩空气压入洗涤罐10内。
特别是对于被固体，如涂料、砂子、钻屑、钻渣严重污染的工件30在清洗过程的初始阶段要用很高的脉动压力和很高的频率。强大的涡流导致，单单由机械作用就把固体从工件30除去。此外表明，固体(仅管它具有比在洗涤罐12内的洗涤液42要大的密度)在粘附力作用下被迅速带到表面，即溢流口38处。在那儿脏物经导管40被输向罐16。对于极脏的要洗涤的物品也可以在溢流口38处设置一个粗滤清器。
应用以前提及的不起泡的中性洗涤剂保证了在向洗涤罐12强烈吹气时也不会形成过量的泡沫。
由于洗涤液42处于工作温度，工件30用洗涤剂中的有效洗涤物质，譬如负离子的表面活性剂去脂，即清洗掉粘附着的润滑油。
自然，可以根据工件30的污染程度来调整环流的液体的数量，该环流液体在这一工艺步骤中由泵43补充。泵43的出水量在这一工艺步骤中加以改变，譬如首先用较高的通流量工作，然后用较低的通流量工作。
上面用图4阐述的工艺步骤最好持续3至15分钟。
在以上提及的时间期满后，控制仪75转入下一个工艺步骤，这一工艺步骤用图5加以说明。
至此，控制仪75把泵43再次转换到一个出水率，该出水率与用图3所说明的工艺步骤的出水率完全一致或几乎一致。现在从淋洒器52再次涌出淋洒液80，其流量在100m3/h和300m3/h之间。然而，同时打开在导管67中的阀67a，这样溶液83从洗涤罐12排走，如同在图5中在液面85处用向下指向的箭头86′表示的那样。
在图5所示的工艺步骤中对工件30的持续的无压力冲洗具有下述意义如果排放溶液83使液面85下降，那么，当液面85通过工件时，会使在排放时浮起的脏物沉积在工件30上。然而这一点可以被如此阻止，即不断从上，即从淋洒器52补充入充足的新的，即清洁后洗涤液42，因为，这样在排放溶液83时工件30始终被冲洗。
另一方面，流入无压力的淋洒液80有下述优点，工件30不与或几乎不与周围空气接触。在排放溶液83时必须向洗涤罐12的内腔输入空气(未表示)，这样，溶液83才能排空。然而，被输入的新鲜空气可能在该时刻高活性的工件30的表面引起化学反应，这一点是不希望的。出于这一原因，通过持续的无压力冲洗始终用液体膜覆盖住工件30是合乎目的的。
如果溶液83已被排空，这一点可由适当的充满状态传感器(未表示)获知，那么，控制仪75就转入下一个工艺步骤，该工艺步骤在图6中描述。
对于这一工艺步骤，洗涤罐12的盖26必须被严密地封闭住。
现在，控制仪75打开导管71中在洗涤罐12的内腔和真空泵70之间的一个阀71a。同时接通真空泵70。
人们必须注意到，这一时刻工件30具有溶液83的温度，即工件的温度在譬如80℃和90℃。
现在，真空泵70在洗涤罐12的内腔内产生低压。在大约800毫巴工件30上的剩余液体开始蒸发，水蒸汽如图6中箭头90所示经导管71被吸走。现在，真空泵70把洗涤罐12内的压力减小到200～300毫巴，这一压力在水温为60℃-80℃时与蒸汽压力相等。这样，尚在工件30上的液体被蒸发掉，同时，在平整表面上的蒸发过程要比在孔、内腔或所谓的勺形面，即工件30的向上开口的凹处的蒸发过程快。
这一干燥过程保持3分钟至10分钟。一旦最后的液体从工件30蒸发掉，洗涤罐12的内腔内的压力就立刻下降，譬如至70-80毫巴，因为现在不再有液体要蒸发了。通过一个适当的时间控制器或可能的话通过一个压力传感器(未图示)由控制仪75结束干燥过程，上述压力传感器记录并报告压力下降。
按照工艺要求，现在或者在干燥过程之前可以加入一个用另一种处理液的处理步骤，譬如用盛在第一罐14内的冲洗液47冲洗工件30。这一工艺过程是相同的，为此只需参阅对图2-5的说明。
与此有关的重要意义在于在整个工艺过程中，特别是在产生溶液83环流的工艺步骤中，有关的液体，譬如洗涤液42被不断清洁，如开头对与过滤装置20有关的图1说明的那样。
这意味着，装置10完全自给自足地工作，也就是说，在工作时不需要输入或排走处理液。
只有当液体由于老化不可再使用时，液体才由适当的装置处理或排走，并用新的处理液代替。在装置10正常的运行中，只需排走被过滤出的脏的部分。
此外，有利的是应用完全脱盐的水作为基本的处理液。首先，完全脱盐的水可以用作冲洗液47，因为由此可以阻止在冲洗后的干燥过程中(图6)在工件上形成盐斑，盐斑在随后的热处理时，特别是在氮的气体作用时会起干扰作用。
此外，冲洗液47本身(如果它不再被用作冲洗液)可以通过添入适合的洗涤剂被用作以后洗涤过程中的洗涤液42。用这一方式极其充分地利用了已用过的液体，而不必补充新的液体。
图7表示按照本发明的用于搅动溶液83的一种可能性。
在图7的装置中，真空泵70和洗涤罐12之间的导管被合乎目的地连接在盖26上。
下面要用图7说明的工艺步骤可以理解为是对上面用图4说明的搅动工艺步骤的补充。
按照图7所表示的工艺步骤，为了搅动溶液83经控制仪75接通真空泵70，同时打开导管71′中的阀71a′。
由于在这一工艺中溶液83充满至溢流口83，因此，真空泵70在淋洒器52处保留的环形空间91内产生很大的低压。
现在来如此调节这一低压，即尽管温度低于水在大气压下的沸腾温度100℃，溶液83仍开始沸腾。为此，必须这样调节该低压，即使该低压与在总是较低温度下水的饱和蒸汽压力相等，此外要考虑洗涤罐12内的静压力，即在罐内的液柱的高度。
如果溶液83的温度在85℃，那么这与600毫巴的饱和蒸汽压力相等。当洗涤罐12内的液柱为2米高时，那么就要减去通常为200毫巴的静压力，至所需的400毫巴压力。在溶液83的温度为80℃，饱和蒸汽压力为500毫巴时，在减去200毫巴作为对在2米水柱时的静压力的补偿，产生所需的300毫巴的压力。
这样，当把所述的需要压力调节到400毫巴(85℃)或300毫巴(80℃)时，溶液83开始沸腾，尽管溶液的温度低于100℃。
溶液83的沸腾导致在溶液83的任何位置都形成汽泡，即不仅在工件30的表面，而且在空腔、孔、盲孔、凹处等等内。这样，也在空气气泡不能达到的这些工件的部位产生汽泡(空气气泡由用来吹入气体的装置22产生)。此外，上升的汽泡由于粘附力作用把脏物带了出来，其结果是，通过带出脏物也能够洗涤盲孔，凹面等。当然，可以通过真空泵70对低压作相应的调整来改变沸腾的强度。在低压沸腾时由汽泡带出的脏物聚集在溶液的表面，在沸腾阶段结束后可以按已描述过的方式经溢流口38从洗涤罐12中去除。
不仅可以在洗涤时也可以在冲洗时使溶液83沸腾，因为，在洗涤时支持了化学洗涤过程，而在冲洗时则能够按已提及的方式冲洗难以接近的空间。当然，也可以在低压沸腾时使溶液83环流和/或搅动。
为此，泵43的吸入侧经导管95与管接头65连接，同时必须在导管95上安置一个阀95a。
尽管在洗涤罐12内存在着低压，通过泵43相应的抽吸量也能把管接头65处的相应的处理液抽出，并经过淋洒器52再次输入。当然，在这一情况下也可以用适当的措施连续地清洁处理液(未表示)。
此外，合乎目的的是，如果在导管71′中安置一台冷凝器92，因为，真空泵70按已描述过的方式抽吸处理液的蒸汽，而这些蒸汽不应进入真空泵70。出于这一原因，人们通过输入相应的空气设法使真空泵70始终抽吸空气和蒸汽的混合气，然后，蒸汽沉积在冷凝器92内并被输给盛处理液的罐。这有下述优点，即处理液不会浓缩，即增加盐度，这样就尽可能小地保持水的损失。
真空泵70的蒸汽量要比凝结的蒸汽量少，这样，真空泵70就不会尺寸过大，要经济些。
由于真空泵70(如已提及的那样)只能抽吸饱和空气，因此，真空泵70所需的空气最好经空心体63输入。人们可以如此来测量真空泵70所需的空气，即真空泵所需的空气刚好与浮洗的空气量相等。
现在，上面用图7说明的低压沸腾工艺可以按不同的方式与其它的、上面用图2-6说明的工艺步骤连成一体这样，在第一选择中，低压沸腾被始终用在浸浴热处理中，其结果是，在整个洗涤或冲洗时期在低压作用下溶液处于沸腾。
在第二选择中，低压沸腾被用在浸浴热处理中以便补充漂浮，也就是说，总是在部分的洗涤或冲洗时间使用低压沸腾。
在第三选择中，也可以用控制仪75通过相应的调整来脉冲地使用低压沸腾工艺，可以在整个洗涤或冲洗时间，也可以在单个的时间阶段。在这一情况下脉动的低压沸腾可以如此实现，洗涤罐12总是被强烈地抽空，至开始沸腾或几乎开始沸腾，以便通过突然加入新鲜空气产生煮沸，即减压。
新鲜空气可以经空心体63或经淋洒器52输入。
最后也可以是第四种选择，在这一选择中，借助于吹入空气应用在浸浴热处理中的低压沸腾来补充环流和搅动。
低压沸腾的步骤可以持续1分钟至20分钟。
图8表示装置100的变体，这里只表示了洗涤罐104，它在很大程度上与图1-7中的装置10的洗涤罐相同。因此，下面只须大体说明不同的元件，在图8中对于相应的构件部分使用了相同的标号。
洗涤罐104也是由其横截面大致是图形的容器构成，容器的底部设有管接头105，它代替了图1-7中的洗涤罐12的管接头46和65。
此外，洗涤罐100具有一个滚筒106，滚筒106经驱动装置107驱动可以绕水平轴108旋转。在滚筒106内装有六角形的工件110，110′……。在盖112处洗涤罐104设有溢流口111，它不仅与盛有洗涤液42的第二罐16，而且与盛有冲洗47的第一罐14相连。此外，洗涤罐104经过一个侧向的接头与真空站18相连。为了实施“低压沸腾”工艺，管接头114可以设在盖112上。在盖112的内侧安置着淋洒器113，它按已多次说明的方式用于用淋洒液无压力地冲洗装在洗涤罐104内的工件110。
在洗涤过程中，洗涤罐104被洗涤液42充满至溢流口111(如上面用图4详细说明的那样)。在洗涤罐104内有一个支持架118，它支承着不同的别的工件120。
吹入气体的装置122(在图8所示的实施例中气体是氮气)由一个空心体126组成，它具有一个底部件130和一个侧面元件131。
侧面元件131在支持架118的侧面延伸，并且至少在其大部分周围围住支持架。
空心体126在其朝向支持架118的一侧再次设有众多的孔(如以前说明的那样)，这些孔在图8所示的实施例中形成喷嘴128。
从喷嘴128涌出来自压力容器60的氮气，其形状为细的气泡127。气泡127环流过工件120(如已经描述的那样)，如同譬如用箭头136所指示的那样。
通过设置侧面元件131也能产生侧向指向的气泡流，如同用箭头139所指示的那样。同时产生一条向上弯曲的线，因为，从侧面喷嘴128涌出的气泡立即在浮力作用下倾斜，向上上升。
从侧面喷嘴128中涌出的气泡压力在洗涤过程中如此调节，即气泡至少大体到达洗涤罐104的纵向中轴，即在图8所示的截面中，如用箭头138所示，至少沿侧向超过一半宽度。
由至少部分地围住保持架118的侧面元件131保证，可能迅速清洗形状复杂的工件120。
空心体126由隔离板132或133可分为上段134、中段135和底段，这样，可以按照装在洗涤罐104内的物品类型仅仅在底部的范围内压入气体141，或者在一个或几个相叠安置的侧面范围压入气体。
上升的气泡127也产生二级流动，如箭头137所示。盛在洗涤罐104内的液体然后沿环流的回路流动。
最后，图9和10还表示了本发明装置的另一个实施例，它同样可以用来实施本发明的工艺。
用150在图9和10中再次表示了一种用于清洗金属工件的装置，该装置包括一个洗涤罐151。在洗涤罐151内再次设有工件的支持架152。然而，这一结构与图1-8中的结构相反，支持架152能够沿水平方向经过装料门153从洗涤罐151中取走。装料门153最好可以沿垂直方向移动，如用箭头所示。
经过导管154，155和156能够按已经详细说明过的方式输入和排走液体和气体，同时在工艺过程中不产生差别。
这一点特别适合于淋洒器157，淋洒器157在装置150中提供无压力的淋洒水，尽管在图9和10中所示的水平结构的作用面积要比在图1-8所示的垂直结构的大。
装置150的另一特点在于，洗涤罐151安置在机座160上，机座160同时装有处理液的罐161、162。在所示的实施例中再次为洗涤液或冲洗液设置了两个罐161、162。
当然，本发明可以形成多种多样的结构，但并没有脱离本发明的框架。譬如，可以在洗涤罐12内设置一个附加加热器，以便能够用较冷的元件工作，或者，以便在留有较大的水量时也能烘干，通过使附加的加热器产生必要的附加蒸发热。
也可以在洗涤罐12内按本身已知的方式设置超声波发生器，以便通过极大的物理力在处理液中起空化作用。用这一方式能够把严重粘附工件上的无机物去掉，对于进入工件表面的脏物也是如此。
权利要求
1.用液体处理工件(30，110，120)的工艺，尤其是对清洗之后要进行热处理的金属工件进行清洗的工艺，具有下述工艺步骤a)把工件(30，110，120)装入一个容积为1m3-10m3的洗涤罐(12，104，151)中；b)注入一种基本上包围住工件(30，110，120)的处理液溶液(42，47)，其温度为50-90℃；c)密封地关闭洗涤罐(12，104，151)，并且溶液(83)上方留有一空气腔(91)；d)抽出空气腔(91)中的空气/蒸汽混合气，直到其中达到一个在该温度下低于处理液(42，47)溶液(83)的饱和蒸汽压力的低压；e)在溶液(83)沸腾下将上述低压保持一预定时间；f)使空气腔(91)的压力为环境压力；g)排出溶液(83)。
2.按权利要求1的工艺，其特征是，这样调整低压，使其与温度下的处理液(42，47)的溶液(83)的饱和蒸汽压力减去至少洗涤罐(12，104，151)底部上的静压相一致。
3.按权利要求1或2的工艺，其特征是，在步骤d)和e)中，将一种气体吹入溶液(83)中。
4.按权利要求3的工艺，其特征是，气体从洗涤罐(12，104，151)底部吹入，使气泡(127)环流流过工件(30，110，120)。
5.按权利要求1-4中之一或多个所述工艺，其特征是，空气/蒸汽混合气通过一冷凝器(92)引导。
6.按权利要求6的工艺，其特征是，在冷凝器(92)中完全冷凝的处理液(42，47)被送回到处理液罐(14，16)中。
7.按权利要求1-6中之一或多个所述工艺，其特征是，一种冲洗液(42)用着处理液。
8.按权利要求1-6中之一或多个所述工艺，其特征是，一种洗涤液(47)用着处理液。
9.按权利要求8的工艺，其特征是，清洗剂是水，水中加入一种柔和的溶解油脂的清洗剂，这种清洗剂不与工件(30，110，120)表面产生化学反应和/或不支持这种化学反应。
10.按权利要求9的工艺，其特征是，清洗剂是中性至弱碱性的。
11.按权利要求1-10中之一或多个所述工艺，其特征是，步骤b)-g)用相同或不同处理液相继实施多次。
12.按权利要求7、8和11的工艺，其特征是，一种完全脱盐水用着冲洗液(47)，并在步骤g)之后与一种清洗剂相混合，用着后续进行工艺处理的清洗液。
13.按权利要求1-12中之一或多个所述工艺，其特征是，在步骤e)中，溶液(83)被循环，并在洗涤罐(12，104，151)之外进行清理。
14.按权利要求1-13中之一或多个所述工艺，其特征是，在步骤e)中，溶液(83)被机械搅动。
15.按权利要求1-14中之一或多个所述工艺，其特征是，步骤e)持续时间为1-20分钟。
16.按权利要求1-14中之一或多个所述工艺，其特征是，步骤d)-f)为脉动式地实施。
17.按权利要求1-16中之一或多个所述工艺，其特征是，在步骤b)中工件(30，110，120)先由处理液(42，47)的一个无压力淋洒液(80)全面冲洗1-10分钟，淋洒液(80)的流量率为每平方米工件面积100-300m3/h，处理液(42，47)持续地经排出口(65，105)排出洗涤罐(12，104，151)，而当排出口(65，105)关闭时则直到淋洒液(80)充满到洗涤罐(12，104，151)的溢流口(38，111)。
18.按权利要求1-17中之一或多个所述工艺，其特征是，在步骤g)中工件(30，110，120)受到冲洗。
19.按权利要求1-18中之一或多个所述的工艺，其特征是，步骤g)之后将洗涤罐(12，104，151)中调整成一个最好为60-350毫巴的低压，并持续3-10分钟。
20.实施权利要求1-19所述工艺的装置，包括可密封关闭的洗涤罐(12，104，151)，它的容积为1m3-10m3，将工件(30，110，120)装入洗涤罐(30，110，120)中的第一机构，将溶液(83)放入并使之基本包围住工件(30，110，120)的第二机构，溶液(83)上方，洗涤罐(12，104，151)留有一空气腔(91)，以及在洗涤罐(12，104，151)中产生低压的机构，其特征在于，产生低压的机构与空气腔(91)相连，并设计成能够使空气腔抽空到一低压，该低压在一预定时间内低于处理液(42，47)的溶液(83)在该温度下的饱和蒸汽压力。
全文摘要
一种清洗金属工件的工艺和装置，这些工件清洗后要进行热处理。工件(30)装入一个大洗涤罐(12)中，然后关闭洗涤罐(12)。再放入一种热处理液溶液(83)，它基本包围住工件。洗涤罐(12)密封关闭后，溶液(83)上方留有一空气腔(91)，并抽空到一低压，它低于溶液(83)的饱和蒸汽压力。这样溶液(83)能在该温度下明显低于100℃时沸腾，工件则受到上升的蒸汽泡处理。
文档编号C23G3/00GK1072739SQ9211340
公开日1993年6月2日 申请日期1992年11月20日 优先权日1991年11月22日
发明者维尔讷·康曼斯, 威廉·诺伊保尔, 亚历山大·维特 申请人:爱歇林有限公司