專利名稱：可控氣氛或真空下氧化和熱處理的模擬試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及模擬試驗技術(shù)，特別涉及一種可控氣氛或真空環(huán)境中氧化和熱處 理的模擬試驗裝置。
背景技術(shù)：
熱軋是鋼鐵生產(chǎn)普遍使用的熱加工過程，其目的是將鋼坯在熱態(tài)下通過一系列的 軋制過程和工藝控制形成具有精確尺寸規(guī)格、力學(xué)性能和表面質(zhì)量的鋼板成品。同時，在熱 軋時由于鋼板在高溫狀態(tài)下直接暴露于環(huán)境空氣當中，其表面不可避免形成各類工藝氧化 皮，這些氧化皮的大部分在軋制過程中分別通過高壓水除鱗箱和相應(yīng)的機架水去除，但精 軋后期形成的“三次氧化皮”則不再去除，隨同帶鋼一道軋制變形，經(jīng)層流水冷卻后，同帶鋼 一起卷取，進入緩慢冷卻階段，最終形成室溫下的“四次氧化皮”。在熱軋帶鋼產(chǎn)品的上述三類性能中，力學(xué)性能主要取決于鋼的成分、軋制工藝溫 度、冷卻速度和卷取溫度等因素對組織的影響。表面質(zhì)量則主要取決于高溫下“三次氧化 皮”及室溫下“四次氧化皮”的狀態(tài)。冷卻速度、卷取溫度及鋼卷心部鋼板表面與空氣接觸 程度的不同，導(dǎo)致帶鋼表面“四次氧化皮”的組成和結(jié)構(gòu)差異較大，從而使得熱軋帶鋼產(chǎn)品 具有不同的表面性能。由此可見，通過控制環(huán)境條件、加熱溫度、加熱時間和冷卻速度，研究鋼鐵材料的 組織、氧化行為和氧化皮結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，是確定實際生產(chǎn)工藝和解決生產(chǎn)中遇到問題的 重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的高溫氧化/熱處理加熱爐系統(tǒng)具有如下不足(1)加熱環(huán)境無法控制，僅能在類大氣的環(huán)境中進行試樣的氧化和熱處理。(2)對于能夠控制氧化和熱處理氣氛的加熱爐，加熱裝置和工作室固定為一體，無 法實現(xiàn)試樣快速和程序控制升溫與冷卻。上述缺點常使得氧化和熱處理開始時間難以確定，工作環(huán)境無法控制或者冷卻速 度不能根據(jù)需要調(diào)整，難以滿足對氧化和組織控制研究的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的旨在設(shè)計一種可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試 驗裝置，滿足鋼鐵在不同環(huán)境條件下，各種保溫和升降溫氧化和處理的試驗要求，提高了對 鋼鐵生產(chǎn)工藝的模擬性。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是，可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其包括，反應(yīng)室和混氣系 統(tǒng)，包括石英管、通過連接管道與石英管連接、形成工作氣氛的氣體混合裝置，以及連接氣 體混合裝置的若干進氣管路；石英管內(nèi)置有進氣導(dǎo)管；連接管道上設(shè)有真空計；真空系統(tǒng)， 包括，真空室，真空室上設(shè)有真空計、電離規(guī)、熱偶規(guī)；真空室輸出端口通過管道及控制閥接 石英管；渦輪分子泵，通過管道及控制閥連接真空室；機械泵，通過管道連接渦輪分子泵，
3管道上設(shè)有電磁閥、分子泵真空計；機械泵還通過一路輸出管道及控制閥連接真空室輸出 管路；加熱及控溫系統(tǒng)，包括可移動式高溫管電阻爐，設(shè)置于石英管處。進一步，還設(shè)有供可移動式高溫管電阻爐移動的滑軌，以及用于石英管進出電阻 爐時的隔熱擋板。所述的連接渦輪分子泵與真空室的管道上的控制閥為插板閥；所述的機械泵一輸出管道上的控制閥為角閥。所述的真空室連接石英管的管道上的控制閥為角閥。本實用新型裝置的特點如下(1)將加熱體和反應(yīng)室分離，從而可同時實現(xiàn)反應(yīng)室環(huán)境的控制和加熱與冷卻方 式的控制。(2)通過滑軌將加熱體設(shè)計為可水平移動式，并且高溫管式電阻爐可通過程序設(shè) 定進行升溫和降溫控制，因此可方便實現(xiàn)多種加熱和冷卻方式，包括將已加熱到設(shè)定溫度 的高溫電阻爐直接推入真空或特定氣氛條件下的快速加熱；切斷加熱電源將試樣隨爐緩 慢冷卻；將高溫管式電阻爐移開將試樣區(qū)域直接暴露于室溫條件下進行快速冷卻；利用程 序控溫按實驗?zāi)康脑O(shè)置多種加熱、保溫及冷卻等工藝制度，升降溫速率范圍可達1-200°C / min，程序設(shè)定最多可達81段工藝曲線，因此可準確控制氧化及熱處理過程的起止點。(3)采用機械泵和渦輪分子泵組合，實現(xiàn)高達10_5Pa的系統(tǒng)真空度，從而避免試樣 表面在熱處理和冷卻過程中的明顯氧化發(fā)生。(4)石英管上設(shè)有多路進排氣路和進氣閥及出氣閥，從而可實現(xiàn)在流動空氣或其 他可控氣氛條件下鋼鐵的模擬氧化及熱處理過程。本實用新型的有益效果本實用新型依據(jù)對鋼鐵生產(chǎn)尤其是熱軋過程中對材料組織、氧化行為和氧化皮結(jié) 構(gòu)變化規(guī)律研究的需求，將加熱體和反應(yīng)室分離設(shè)計，結(jié)合多路供氣和高真空系統(tǒng)，通過滑 軌移入、移出加熱爐及程序設(shè)定控制升降溫工藝，滿足鋼鐵在不同環(huán)境條件下，各種保溫和 升降溫氧化和處理的試驗要求，適應(yīng)廣泛、性能穩(wěn)定、控制精度高和操作簡便。提高了對鋼 鐵生產(chǎn)工藝的模擬性，可供高等學(xué)校和各類研發(fā)機構(gòu)相關(guān)實驗室使用。

圖1為本實用新型一實施例的示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其 包括，反應(yīng)室和混氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱及控溫系統(tǒng)；反應(yīng)室和混氣系統(tǒng)，包括石英管1、通過連接管道與石英管連接、形成工作氣氛的 氣體混合裝置2，以及連接氣體混合裝置2的若干進氣管路3 ；石英管1內(nèi)置有進氣導(dǎo)管4 ； 連接管道上設(shè)有真空計5 ；真空系統(tǒng)，包括，真空室6，真空室6上設(shè)有真空計7、電離規(guī)8、熱偶規(guī)9 ；真空室6 輸出端口通過管道及控制閥10接石英管1，該控制閥10為角閥；渦輪分子泵11，通過管道 及控制閥12連接真空室6，該控制閥12為插板閥；機械泵13，通過管道連接渦輪分子泵11，管道上設(shè)有電磁閥15、分子泵真空計16 ；機械泵13還通過一路輸出管道及控制閥17連接 真空室6輸出管路；該控制閥17為角閥；加熱及控溫系統(tǒng)，包括可移動式高溫管電阻爐18，設(shè)置于石英管1處，設(shè)有供可移 動式高溫管電阻爐18移動的滑軌19，以及用于石英管1進出電阻爐18時的隔熱擋板20。氣體混合裝置2、真空室6還分別設(shè)有接空氣管道的進氣閥21、22。本實用新型工作過程如下首先將試樣放置在石英管1的工作區(qū)內(nèi)，密封反應(yīng)室。然后通過真空計7檢查真 空室6，通過工作區(qū)真空計5檢查石英管1，通過分子泵真空計16檢查渦輪分子泵11腔體 各部分的真空狀態(tài)；其后確認電磁閥15、控制閥12(插板閥)、進氣閥21、控制閥10、17、進 氣閥22全部處理關(guān)閉狀態(tài)。最后檢查進氣管路3的狀態(tài)(如果進行可控氣氛操作需確認 與氣源的連接)，并開啟設(shè)備總電源。啟動機械泵13，檢查分子泵真空計16看渦輪分子泵11腔體是否真空，若非真空則 打開電磁閥15將渦輪分子泵11腔體抽真空，然后關(guān)閉電磁閥15。緩慢開啟控制閥17 (角閥)，待真空計7指示至-0. IMPa后，緩慢打開控制閥10 (角 閥)，待工作區(qū)真空計5指示至-0. IMPa后，通過熱偶規(guī)9顯示低真空測量。待系統(tǒng)真空度低于lPa時，關(guān)閉控制閥17(角閥)，打開電電磁閥15，開啟渦輪分 子泵11電源，待其完全啟動后緩慢開啟控制閥12(插板閥)，并打開高真空測量，通過電離 規(guī)8顯示系統(tǒng)真空度，達到規(guī)定的真空度后，開啟高溫管電阻爐18至將爐溫升至設(shè)定溫度 后，通過滑軌19將高溫管電阻爐18的恒溫工作區(qū)推移至石英管1的試樣區(qū)域，按熱處理工 藝要求進行真空相變熱處理。對于需要控制升溫速率的熱處理，亦可在升溫前將高溫管電 阻爐18推移至石英管1的試樣區(qū)域，通過控溫儀進行程序控制升溫。如果進行可控氣氛的 相變熱處理，則關(guān)閉控制閥10 (角閥)后通過進氣管路3在石英管內(nèi)通入工作氣氛，然后進 行熱處理操作。試樣恒溫氧化或處理到設(shè)定時間后，可保持氧化或處理環(huán)境，也可開啟密封通入 特定氣體或者空氣，在所需環(huán)境下通過推開高溫管式電阻爐18進行快速急冷或者通過設(shè) 定冷卻工藝進行程序控制降溫。
權(quán)利要求可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其特征是，包括，反應(yīng)室和混氣系統(tǒng)，包括石英管、通過連接管道與石英管連接、形成工作氣氛的氣體混合裝置，以及連接氣體混合裝置的若干進氣管路；石英管內(nèi)置有進氣導(dǎo)管；連接管道上設(shè)有真空計；真空系統(tǒng)，包括，真空室，真空室上設(shè)有真空計、電離規(guī)、熱偶規(guī)；真空室輸出端口通過管道及控制閥接石英管；渦輪分子泵，通過管道及控制閥連接真空室；機械泵，通過管道連接渦輪分子泵，管道上設(shè)有電磁閥、分子泵真空計；機械泵還通過一路輸出管道及控制閥連接真空室輸出管路；加熱及控溫系統(tǒng)，包括可移動式高溫管電阻爐，設(shè)置于石英管處。
2.如權(quán)利要求1所述的可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其特征 是，還設(shè)有供可移動式高溫管電阻爐移動的滑軌，以及用于石英管進出電阻爐時的隔熱擋 板。
3.如權(quán)利要求1所述的可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其特征 是，所述的連接渦輪分子泵與真空室的管道上的控制閥為插板閥；
4.如權(quán)利要求1所述的可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其特征 是，所述的機械泵一輸出管道上的控制閥為角閥。
5.如權(quán)利要求1所述的可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其特征 是，所述的真空室連接石英管的管道上的控制閥為角閥。
專利摘要可控氣氛或真空環(huán)境下氧化和熱處理的模擬試驗裝置，其包括，反應(yīng)室和混氣系統(tǒng)，包括石英管、通過連接管道與石英管連接、形成工作氣氛的氣體混合裝置，以及連接氣體混合裝置的若干進氣管路；石英管內(nèi)置有進氣導(dǎo)管；連接管道上設(shè)有真空計；真空系統(tǒng)，包括，真空室，其上設(shè)真空計、電離規(guī)、熱偶規(guī)；真空室輸出端口通過管道及控制閥接石英管；渦輪分子泵，通過管道及控制閥接真空室；機械泵，通過管道連接渦輪分子泵，管道上設(shè)電磁閥、分子泵真空計；機械泵還通過一輸出管道連接真空室；加熱及控溫系統(tǒng)，包括可移動式高溫管電阻爐。本實用新型滿足鋼鐵在不同環(huán)境條件下，各種保溫和升降溫氧化和處理的試驗要求，提高了對鋼鐵生產(chǎn)工藝的模擬性。
文檔編號C21D1/773GK201607355SQ20102010166
公開日2010年10月13日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者周慶軍, 王煒, 錢余海, 齊慧濱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司