一种高均匀度箱式退火炉及其退火方法与流程

本发明属于光学材料热处理技术领域，具体涉及一种用于光学玻璃或光学元件精密退火的装置。

背景技术：

用作光学系统的光学玻璃或元器件等制品，在生产成型时从高温降到低温，制品受形状、降温速度和环境温度差异等条件的制约，制品边部和中心的降温速率差异较大，即各部位经历的热历史不同，导致制品内部存在热应力，同时存在光学不均匀性，比如同一个制品边部与中部的应力和折射率等都会存在差异。要消除制品的内应力和光学不均匀性，必须使制品边部和中部重新经历相同的热历史，这就需要进行二次退火。

二次退火过程中，如何才能确保退火炉内不同位置的制品都能经历相同的热历史一直是二次退火需要解决的难题。最常用的退火炉是箱式结构的，制品装入炉内，通过退火炉的箱体上安装的加热装置来控制箱内温度。制品本身在炉内随环境温度的升高，吸收热量升温，而制品本身又是隔热墙，这会造成制品堆周围的个体升温快、降温快，中心的个体升温慢、降温也慢，导致中心和四周的玻璃热历史差异大。

技术实现要素：

本发明的目的是解决光学玻璃制品退火的一致性，提供一种结构合理的、高均匀度的箱式退火炉及其退火方法，解决装满玻璃后的退火炉内温场不均匀问题，通过对退火炉内温场均匀性的提高，实现光学玻璃制品的精密退火。

本发明退火炉的技术解决方案是：一种高均匀度箱式退火炉，其特征在于：所述箱式退火炉是水平截面为正方形的立方体型箱式退火炉；箱式退火炉炉膛沿四周各壁设有发热元件，发热元件外设有导热板；箱式退火炉炉膛中部设置有立体加热柱，加热柱固定在穿越顶部的旋转轴上，旋转轴与炉外的传动装置连接。

本发明退火炉的技术解决方案中所述的加热柱上设置有第二加热层，第二加热层被导热罩包围住，热量通过导热罩向周围辐射，导热罩外围设有扇叶，加热柱旋转时能带动炉膛内的空气对流。

本发明退火炉的技术解决方案中所述的箱式退火炉炉膛底部安装有发热元件，发热元件外设有导热板。

本发明退火炉的技术解决方案中所述的箱式退火炉炉膛中心至少有一个热电偶，四周各壁上部和下部均至少各分布一个热电偶。所有热电偶的测温同时反馈到控制仪表上。

本发明退火炉的技术解决方案中所述的箱式退火炉炉膛四周各壁至少有一个面为活动炉门。

本发明退火炉的技术解决方案中所述的箱式退火炉炉膛容积小于3立方米，主要用于小批量产品精密退火。

本发明退火方法的技术解决方案是：一种采用高均匀度箱式退火炉的退火方法，其特征在于包括下列步骤：

①制品装炉：玻璃制品装炉时，块状玻璃使用工装隔离，使玻璃与玻璃之间、玻璃与炉底之间都有间隙；型件使用托盘将小型件装成盘，装炉时每层托盘都用工装隔离开，这种工装隔离能使玻璃或托盘的各个面受热，玻璃温度和温场温度高度一致；

②升温：调节发热元件、加热柱功率，发热元件通过导热板给炉膛加热，热量传导更均匀一致；中心加热柱具有单独供电设备，能根据仪表反馈的中心热电偶和边部热电偶的温度差来调节加热功率，补偿炉膛中心温度；同时加热柱转动速度每分钟10~80转，能促进炉膛内空气对流，使箱式退火炉炉膛四个角温度与中心温度差异在2℃度范围内；

③保温：达到设定温度后，根据需要保温6~24小时，发热元件、加热柱同时工作，炉膛内各部位温差不超过1℃；

④降温：降温速率根据退火制度设定后仪表控制自动降温，加热柱根据仪表指令功率最小可调节至0，但转动装置仍可保证10~80转，促进空气对流实现快速降温，并控制炉膛温差在2℃以内；

⑤出炉：工装和退火制品一起取出，冷却到室温后将退火制品卸货。

本发明由于采用在水平截面为正方形的立方体型箱式退火炉，在箱式退火炉炉膛沿四周各壁设有发热元件，在发热元件外设有导热板，这样可使发热元件产生的热量辐射到导热板上，导热板再均匀的将热量向炉膛内辐射。在箱式退火炉炉膛中部设置有立体加热柱，加热柱固定在穿越顶部的旋转轴上，旋转轴与炉外的传动装置连接，传动装置带动加热柱自转，这样加热柱可旋转加热，通过导热板将热量向炉膛辐射，有效地解决退火炉中心温度低的问题，大大提高整个炉膛的温场均匀性。炉体四面的加热使用一组供电设备，中心加热柱单独使用一组供电设备，可分别调节功率。结合本发明特有的退火工装设备，能将退火炉内的制品分层摆放，使要退火的制品至少四个面受热，这样制品温度不仅与温场温度高度一致，而且制品内部和外部温度一致，制品退火后的一致性远高于其它退火方式。

玻璃退火时使用的退火方法：玻璃装炉时，需要使用配套的专用工装设备，将玻璃每层之间进行分隔并留有间隙，保证热量可以进入间隙；按照退火制度进行退火时，四周对玻璃进行加热，中心温度主要靠加热柱进行调节补偿。

本发明能满足较高的退火温度，控温精确，温场均匀，配备专门的工装和退火方法，可以实现光学玻璃和元器件的精密退火。

附图说明

图1是本发明实施例的退火炉结构示意图。

图2是本发明实施例的退火炉结构俯视示意图。

图3是本发明实施例的加热柱俯视示意图。

图中：1-保温层；2-第一加热层；3-导热板；4-加热柱；5-传动装置；6-第二加热层；7-导热罩；8-扇叶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例如图1、图2、图3所示。本发明高均匀性箱式退火炉由保温层1、第一加热层2、导热板3、加热柱4和传动装置5构成，其中加热柱4专门设置有第二加热层6、导热罩7和扇叶8。箱式退火炉是水平截面为正方形的立方体型箱式退火炉，保温层1起到内外隔热作用，防止热量散失。箱式退火炉炉膛沿四周各壁设有第一加热层2，第一加热层2由发热元件连接动力电源，通过仪表设备调节功率进行加热和降温，第一加热层2至少在四个墙面上设置，必要时底板下也设置第一加热层2。导热板3紧邻第一加热层2，具有很好的耐高温和热导性能，能迅速吸收来自第一加热层2的热量并将热量向炉膛内辐射，由于导热层3是整体，各点均匀地向炉内传热。箱式退火炉炉膛中部设置有立体加热柱4，加热柱4固定在穿越顶部的旋转轴上，旋转轴与炉外的传动装置5连接，传动装置5可采用电机，加热柱4上同样设置有第二加热层6，第二加热层6外紧贴导热罩7，导热罩7上分布有扇叶8。导热罩7的内径在10~20cm，是和加热柱连接为一体的，可以随着加热柱一起转动。导热罩7上分布有扇叶8，扇叶8的宽度2~4cm，数量根据需要可自由设计成若干片。加热柱4用于补偿中心温度，同时加热柱的导热罩7上装有扇叶8，加热柱4能被传动装置5带动旋转，这样扇叶8能促进整个炉膛的空气对流，保证升温和降温时炉膛中心温度和周边温度一致。箱式退火炉炉膛中心至少有一个热电偶，四周各壁上部和下部分别至少分布一个热电偶，热电偶测试温度反馈到控制仪表，通过软件实现自动控制温度。箱式退火炉炉膛四周各壁至少有一个面为活动炉门。箱式退火炉炉膛容积小于3立方米，主要用于小批量产品精密退火。

本发明采用高均匀度箱式退火炉的退火方法包括下列步骤：

①制品装炉：玻璃制品装炉时，块状玻璃使用工装隔离，使玻璃与玻璃之间、玻璃与炉底之间都有间隙；型件使用托盘将小型件装成盘，装炉时每层托盘都用工装隔离开，这种工装隔离能使玻璃或托盘的各个面受热，玻璃温度和温场温度高度一致；

②升温：在控温仪表上给定升温程序后仪表自动控制升温，升温过程各壁上的发热元件同时工作；中心加热柱有单独的供电设备，仪表根据中心热电偶与四周的温差调节加热柱功率，补偿炉膛中心温度；同时加热柱4转动速度每分钟10~80转，加热柱的旋转带动空气对流，能将炉膛温差控制在2℃以内；

③保温：根据制品的不同，保温温度和时间可随意设定，最高温度可达950℃，保温过程中炉膛内的空气对流进行热交换，温差能达到1℃以内；

④降温：降温速率根据退火制度设定后仪表控制自动降温，需要快速降温时中心加热柱的功率会调节至0，并旋转带动扇叶工作，实现设定的降温速率，并保持炉膛温差不超过2℃；

⑤出炉：出炉时用叉车将工装整体移出，冷却后卸玻璃。

本发明的退火方法中，玻璃制品装炉时使用工装隔离，能使玻璃与玻璃之间、玻璃与炉底之间都有间隙；型件退火时使用托盘，将型件在托盘内摊成一层，装炉时每层托盘都像块状玻璃一样被工装隔离开，这样能保证制品温度和温场温度高度一致。升温→保温→降温过程自动进行，人工在仪表上按照退火制度设定程序，运行程序后退火炉的温度由仪表自动控制，通过调节发热元件的功率来完成。当四个角的测温与中心温度差异超过工艺控制范围时，中心的加热柱启动加热补偿，进行炉膛中心的加热。加热柱通过调节转速，带动炉膛内空气对流，能将热量更均匀的传送到各个角落，促进温场的均匀。

本发明所述的退火方法中，加热柱的功率是通过特殊的自动设备控制的，操作时设定一个中心温度与任一角测温的允许温差，当温差大于设定值时，中心加热柱自动启动并调节功率加热。直到温差小于允许温差时自动切断加热柱功率。