快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其包括熱導金屬圍體、冷熱交換件及冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置。熱導金屬圍體包圍有一具熱處理腔室的熱處理閘道，熱處理腔室可供至鋼材輸入以進行降溫的熱處理。熱導金屬圍體的熱導入面與鋼材接觸，以吸收鋼材熱量導至熱導金屬圍體的熱導出面。冷熱交換件設置包括有一與熱導出面接觸的吸熱面及一冷卻工作流體通道，吸熱面用以吸收來到熱導出面的鋼材熱量而至冷熱交換件內(nèi)部。冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置用以將冷卻工作流體循環(huán)輸送至冷卻工作流體通道，以冷卻工作流體對冷熱交換件所吸收的鋼材熱量進行熱交換，以能精確控制熱處理制程達到所需預設等溫轉(zhuǎn)變(Time Temperature Transformation,or TTT)的功效果。
【專利說明】
快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，尤指一種可以精確控制熱處理制程溫度達到所需預設時間一溫度一相變(Time Temperature Transformat1n, or TTT)的等溫熱處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]按已知改變鋼材的加熱溫度與冷卻速度即可得到多種不同的機械性質(zhì)，所謂的『熱處理』是指鋼材加熱到臨界溫度(Critical Temperature)范圍時，再利用不同的冷卻速度冷卻至常溫，在此其間，對鋼材采用急速冷卻的操作制程(如淬火Quenching, Hardening)，即可使鋼材獲得高硬度與高強度的機械性質(zhì)。反之，采用慢速冷卻的操作制程(如退火annealing)，其機械性質(zhì)則會與前述制程完全相反。具體而言，淬火熱處理是指將鋼材加熱到臨界溫度并保持適當時間后，使鋼材急速冷卻，以阻止Arl變態(tài)(即波來鐵變態(tài))，進而得到高硬度的麻田散鐵(馬氏體金屬)組織。雖然淬火后的鋼材結(jié)構(gòu)強度變大且硬度變高，但是經(jīng)過淬火后的鋼材并不實用，因為鋼材必須經(jīng)過回火，方能使鋼材達到所需的機械性質(zhì)，進而提升鋼材的應用層面。
[0003]進一步而言，將淬火鋼材加熱到變態(tài)點以下的溫度時，可除去鋼材內(nèi)部的應力及調(diào)節(jié)鋼材的硬度，以使鋼材得到適當?shù)捻g性，此種操作制程即稱為回火熱處理。一般回火熱處理的具體制程，是將經(jīng)過淬火的鋼材工件重新加熱到低于變態(tài)點的溫度，并保持溫度操作一段時間后，再由空氣或水、油等介質(zhì)進行冷卻處理，因而除了可以消除工件內(nèi)部應力之夕卜，并可提高鋼材的組織穩(wěn)定性，使鋼材幾何尺寸與機械性皆能夠保持穩(wěn)定。
[0004]再者，傳統(tǒng)鋼絲或鋼帶等工件的淬火技術(shù)制程大多是以鉛浴淬火、水蒸汽淬火、油淬火以及鋼模水冷套淬火等制程加以實現(xiàn)。其中，鉛浴淬火制程會對周遭環(huán)境產(chǎn)生嚴重的污染，甚至還會因不慎吸入而引發(fā)鉛中毒，以致對人體健康造成嚴重的危害。至于油淬火制程所產(chǎn)生之廢油同樣會對周遭環(huán)境產(chǎn)生污染，而且油淬火制程所需的工藝時間較長，致使生產(chǎn)成本無法有效降低；油淬火很難得到下貝氏體(Lower Bainite)，而下貝氏體具有優(yōu)秀的強韌配合。另，水蒸汽淬火制程于淬火的過程中，則會不斷的產(chǎn)生高溫水蒸汽，高溫水蒸汽不僅會使附近環(huán)境溫度升高，還會容易因誤觸而引發(fā)人體燙傷的情事，不僅如此，水蒸汽淬火還會因制程所需的工藝時間較長，致使致生產(chǎn)成本較高。有鑒于此，如何開發(fā)出一套具有符合綠色環(huán)保(無鉛、無油、無高溫水蒸汽)、更低成本、更短工藝時間以及更優(yōu)異品質(zhì)性能強韌配合的鋼材熱處理技術(shù)，實已成為相關(guān)產(chǎn)學業(yè)者所急欲解決的技術(shù)課題。
[0005]已知專利技藝中關(guān)于熱處理的技藝有中國臺灣發(fā)明第1316552號『特別用于退火鋼片及成束鋼條之罩式退火熔爐』、中國臺灣發(fā)明公開第201408783號『鋼帶之連續(xù)退火爐、連續(xù)退火方法、連續(xù)熔融鍍鋅設備及熔融鍍鋅鋼帶之制造方法』；及中國臺灣新型第M392332號『回火爐輔助加熱裝置』等專利所示。其中，第1316552號專利的冷卻處理是在熔爐的保護性氣體中進行，該保護性氣體是經(jīng)由徑向鼓風機自保護罩內(nèi)抽出，于回流至保護罩之前是通過熱交換器而達到冷卻的目的。公開第201408783號專利主要是可穩(wěn)定地獲得拾取缺陷的產(chǎn)生或采用爐壁損傷的問題較少的低露點的環(huán)境，以防止于退火時鋼中的S1、Mn等易氧化性元素于鋼帶表面增濃而形成S1、Mn等易氧化性元素的氧化物。第M392332號專利主要是藉由燃燒廢氣以降低污染，進而達到能源再利用的功效。前述已知專利技藝的特征及功效均與本發(fā)明不同，而且該等專利前案并無溫度與溫控介質(zhì)的回授監(jiān)控等的機能機制，以致該等專利前案較難以實現(xiàn)回火熱處理所需較為精確的溫度監(jiān)控功效，致使鋼材較無法調(diào)整至所需的鋼鐵機械性質(zhì)，因而限制鋼材工件的應用層面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一目的，在于提供一種可以取代傳統(tǒng)鉛浴淬火、水蒸汽淬火、油淬火以及鋼模水冷套淬火等制程的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，主要是藉由快速熱傳導以及冷卻工作流體溫控的機能建置，除了可以達到快速熱傳導功效外，并使鋼材(如鋼板、鋼絲、鋼帶)經(jīng)熱處理后可以精確調(diào)整至所需的機械性能，因而具有符合環(huán)保規(guī)范(無鉛、無油及無高溫水蒸汽等)、更低成本、更短工時以及更優(yōu)異的品質(zhì)與性能的強韌配合等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明的第二目的，在于提供一種使熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)的鋼材熱處理系統(tǒng)(TTT)的等溫轉(zhuǎn)變或奧氏體回火(等溫淬火austempering)。主要是藉由溫度與冷卻工作流體流量等回授機制的建置，而可于熱處理過程中控制鋼材工件的熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]—種快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其包括:
[0010]一熱處理閘道，其包括一熱處理腔室，及分別位于該熱處理腔室兩端的一入口及一出口，該入口供至少一鋼材輸入至該熱處理腔室以進行降溫的熱處理，該出口供該至少一鋼材自該熱處理腔室輸出；
[0011]至少一熱導金屬圍體，該至少一熱導金屬圍體包圍該熱處理閘道，該至少一熱導金屬圍體包括有位于外周面的至少一熱導出面及位于內(nèi)周面的至少一熱導入面，該至少一熱導金屬圍體的內(nèi)周面及該至少一熱導入面形成該熱處理閘道的該熱處理腔室的壁面；該至少一熱導入面與該鋼材接觸，吸收該鋼材熱量并經(jīng)該至少一熱導金屬圍體內(nèi)部而導至該至少一熱導出面；
[0012]至少一冷熱交換件，該至少一冷熱交換件上設置包括有至少一吸熱面及至少一冷卻工作流體通道；該至少一吸熱面與該至少一熱導出面接觸，吸收來到該至少一熱導出面的該鋼材熱量而至該至少一冷熱交換件內(nèi)部；
[0013]—冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置，其用以將冷卻工作流體循環(huán)輸送至該至少一冷卻工作流體通道，以冷卻工作流體對該至少一冷熱交換件所吸收的鋼材熱量進行冷熱交換，使該至少一冷熱交換件降溫。
[0014]在一較佳實施例中，所述至少一熱導金屬圍體包括有分別呈板體狀且上下對稱的二個熱導金屬圍體；該至少一冷熱交換件有二個；每一該熱導金屬圍體的長度與寬度分別大于厚度至少3倍；該二熱導金屬圍體的中段相互具一間距而形成該熱處理閘道；該二熱導金屬圍體的相對面分別形成一該熱導入面；該二熱導金屬圍體的該熱導入面相互平行；每一該熱導金屬圍體具有一該熱導出面以貼觸一該冷熱交換件的該吸熱面。
[0015]在一較佳實施例中，所述至少一熱導金屬圍體為鋼鐵制成。
[0016]在一較佳實施例中，所述至少一冷熱交換件為鋁材制成。
[0017]在一較佳實施例中，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置包括有至少一溫度檢測模組、一冷卻工作流體輸送模組、一控制模組及一輸送管路，該溫度檢測模組用以感測該鋼材于該熱處理腔室的溫度狀態(tài)而產(chǎn)生溫度感測訊號；該冷卻工作流體輸送模組用以使該冷卻工作流體于該輸送管路及該冷卻工作流體通道循環(huán)輸送；該溫控模組用以控制該冷卻工作流體的溫度；該控制模組解讀處理該溫度感測訊號后產(chǎn)生一溫度值，并與至少一預設溫度值進行比對，當該溫度值高于該預設溫度值時，則驅(qū)使該冷卻工作流體輸送模組增加冷卻工作流體流量，當該溫度值低于該預設溫度值時，則驅(qū)使該冷卻工作流體輸送模組降低冷卻工作流體流量。
[0018]在一較佳實施例中，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置更包括一溫控模組，該溫控模組包含一加熱部件，及一冷卻部件，該溫控模組可受該控制模組的控制而選擇以該加熱部件對該冷卻工作流體進行加熱；或是選擇以該冷卻部件對該冷卻工作流體進行降溫。
[0019]在一較佳實施例中，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置更包括一接設于該輸送管路的流量感測模組，該流量感測模組用以感測該冷卻工作流體通道中的該冷卻工作流體的流量而產(chǎn)生流量感測訊號，并送至該控制模組進行解讀處理，以作為該控制模組控制冷卻工作流體流量的參考依據(jù)。
[0020]在一較佳實施例中，所述預設溫度值溫度介于攝氏150?600度之間。
[0021]本發(fā)明有益效果是:1.本發(fā)明確實可以取代傳統(tǒng)鉛浴淬火、水蒸汽淬火、油淬火以及鋼模水冷套淬火等制程，主要是藉由快速熱傳導以及冷卻工作流體溫控的機能建置，除了可以達到快速熱傳導功效外，并使鋼材工件經(jīng)熱處理后可以精確調(diào)整至所需的機械性能，因而具有符合環(huán)保規(guī)范(無鉛、無油及無高溫水蒸汽等)、更低成本、更短工時以及更優(yōu)異的品質(zhì)與性能的強韌配合等優(yōu)點。
[0022]2.本發(fā)明確實可使熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)，并可藉由溫度與冷卻工作流體流量等回授機制的建置，而可于熱處理過程中控制鋼材工件的熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)。
[0023]3.本發(fā)明確實可以更為有效地控制冷卻工作流體溫度，并可藉由冷卻工作流體溫度控制的機能建置，使冷卻工作流體得以快速地達到所需的熱處理溫度，讓鋼材工件的熱處理溫度可以精確地維持在所須的溫度范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明第一實施例的實施示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明第二實施例的實施的示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明第三實施例的實施示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明鋼材工件即將進入熱處理腔室的實施示意圖。
[0028]圖5是本發(fā)明鋼材工件置入于熱處理腔室的實施示意圖。
[0029]圖6是本發(fā)明冷熱交換件的剖視示意圖。
[0030]附圖標號:鋼材工件I ;熱處理閘道10 ;熱處理腔室11 ;入口 12 ;出口 13 ;熱導金屬圍體20 ;熱導出面21 ;熱導入面22 ;冷熱交換件30 ;吸熱面31 ;冷卻工作流體通道32 ;冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40 ;溫度檢測模組41 ;冷卻工作流體輸送模組42 ;溫控模組43 ;加熱部件430 ;冷卻部件431 ;第一切換閥432 ;第二切換閥433 ;三通管434 ;控制模組44 ;輸送管路45 ;流量感測模組46
【具體實施方式】
[0031]以下僅以實施例說明本發(fā)明可能的實施態(tài)樣，然而并非用以限制本發(fā)明所欲保護的范疇，先予敘明。
[0032]請配合參看圖1及圖4?圖6所示，為達成本發(fā)明第一目的第一體實施例，是包括熱處理閘道10、熱導金屬圍體20、冷熱交換件30，及冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40等技術(shù)特征。熱處理閘道10包括一熱處理腔室11，及分別位于熱處理腔室11兩端的入口 12及出口 13。該入口 12可供鋼材工件I輸入至熱處理腔室11，以進行降溫的熱處理。該出口 13可供鋼材工件I自熱處理腔室11輸出。熱導金屬圍體20是包圍熱處理閘道10，熱導金屬圍體20包括有二個位于外周面的熱導出面21，及二個位于內(nèi)周面的熱導入面22，該熱導金屬圍體20的內(nèi)周面及熱導入面22形成熱處理閘道10的熱處理腔室11的壁面；且該熱導入面22是與鋼材工件I接觸，以吸收鋼材工件I熱量并經(jīng)熱導金屬圍體20內(nèi)部而傳導至熱導出面21。各冷熱交換件30上各自設置包括有吸熱面31，及冷卻工作流體通道32 ;吸熱面31與熱導出面21接觸，以吸收來到熱導出面21的鋼材工件I熱量而傳導至冷熱交換件30內(nèi)部。冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40用以將冷卻工作流體(如水；或R_134a四氟乙烷、以及Isobutane異丁烷等的冷媒)循環(huán)輸送至冷卻工作流體通道32，以冷卻工作流體對冷熱交換件30所吸收的鋼材工件I熱量進行冷熱交換，進而使冷熱交換件30達到降溫的目的。
[0033]具體而言，上述熱導金屬圍體20是呈二個板體狀且上下對稱，每一熱導金屬圍體20的長度與寬度分別大于厚度至少3倍，且二熱導金屬圍體20的中段相互具一間距而形成上述熱處理閘道10，二熱導金屬圍體20的相對面分別形成上述的熱導入面22，且二熱導金屬圍體20的熱導入面22相互平行，每一熱導金屬圍體20具有熱導出面21以貼觸冷熱交換件30的吸熱面31，且熱導金屬圍體20為鋼鐵制成。至于二冷熱交換件30亦呈板體狀且上下對稱，且二冷熱交換件30是為鋁材所制成。
[0034]請配合參看圖2及圖4?圖6所示，為達成本發(fā)明第二目的的第二實施例，是包括熱處理閘道10、熱導金屬圍體20、冷熱交換件30及冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40等技術(shù)特征。熱處理閘道10包括一熱處理腔室11，及分別位于熱處理腔室11兩端的入口 12及出口 13。該入口 12可供鋼材工件I輸入至熱處理腔室11，以進行降溫的熱處理。該出口 13可供鋼材工件I自熱處理腔室11輸出。熱導金屬圍體20是包圍熱處理閘道10，熱導金屬圍體20包括有二個位于外周面的熱導出面21，及二個位于內(nèi)周面的熱導入面22，該熱導金屬圍體20的內(nèi)周面及熱導入面22形成熱處理閘道10的熱處理腔室11的壁面；且該熱導入面22是與鋼材工件I接觸，以吸收鋼材工件I熱量并經(jīng)熱導金屬圍體20內(nèi)部而傳導至熱導出面21。各冷熱交換件30上各自設置包括有吸熱面31，及冷卻工作流體通道32 ;吸熱面31與熱導出面21接觸，以吸收來到熱導出面21的鋼材工件I熱量而傳導至冷熱交換件30內(nèi)部。冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40用以將冷卻工作流體(如水或其他種類的冷媒)循環(huán)輸送至冷卻工作流體通道32，以冷卻工作流體對冷熱交換件30所吸收的鋼材工件I熱量進行冷熱交換，進而使冷熱交換件30降溫。其中，上述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40包括至少一溫度檢測模組41、一冷卻工作流體輸送模組42、一冷卻塔431a —控制模組44、一輸送管路45，及一流量感測模組46。
[0035]如圖2所示的溫度檢測模組41 (如熱電耦)是設于熱導金屬圍體20上，用以感測鋼材工件I于熱處理腔室11的溫度狀態(tài)而產(chǎn)生溫度感測訊號。輸送管路45則銜接冷卻工作流體通道32的輸入端與輸出端。冷卻工作流體輸送模組42用以使冷卻工作流體于輸送管路45及冷卻工作流體通道32循環(huán)輸送。冷卻塔431a與輸送管路45連通，可供盛裝冷卻工作流體并降低冷卻工作流體溫度?？刂颇＝M44用以解讀處理溫度感測訊號后產(chǎn)生一溫度值，并與預設溫度值(設定范圍介于攝氏150?600度之間)進行比對，當溫度值高于預設溫度值時，控制模組44則驅(qū)使冷卻工作流體輸送模組42(可包括水栗及閥門)增加冷卻工作流體的流量；反之，當溫度值低于預設溫度值時，控制模組44則驅(qū)使冷卻工作流體輸送模組42降低冷卻工作流體的流量。此外，流量感測模組46系接設于輸送管路45上，用以感測輸送管路45的冷卻工作流體流量而產(chǎn)生流量感測訊號，并送至控制模組44進行解讀處理，以作為控制模組44控制冷卻工作流體流量的參考依據(jù)。
[0036]請配合參看圖3?圖6所示，為達成本發(fā)明目的的第三實施例，本實施例除了包括上述第二實施例的整體技術(shù)特征之外，冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40更包括一溫控模組43。該溫控模組43可受控制模組44的控制而對冷卻工作流體進行加熱或降溫。如圖3所示的溫控模組43是包含一加熱部件430，及一冷卻部件431。該溫控模組43可受控制模組44的控制而選擇以加熱部件430對冷卻工作流體進行加熱；或是選擇以冷卻部件431對冷卻工作流體進行降溫。具體來說，加熱部件430可以是對冷卻工作流體進行加熱的加熱裝置(如電熱元件；或是熱栗的加熱系統(tǒng)；但是不以此為限);冷卻部件431可以是對冷卻工作流體進行降溫的冷卻裝置(如設置風扇的冷卻塔；或是熱栗的冷卻系統(tǒng)；但是不以此為限)，于此，即可達到有效快速控制冷卻工作流體溫度的目的。
[0037]具體來說，當冷卻工作流體自分別自二冷熱交換件30的冷卻工作流體通道32的二輸出端流出時，經(jīng)輸送管路45而匯集至一三通管，并依序輸送至一第一切換閥432、加熱部件430或冷卻部件431、一第二切換閥433，再由冷卻工作流體輸送模組42將冷卻工作流體透過輸送管路45再次循環(huán)輸送至二冷熱交換件30的冷卻工作流體通道32的二輸入端，其中，第一切換閥432具有一入口及二出口，第二切換閥433具有二入口及一出口。第一切換閥432與第二切換閥433可受控制模組44的控制而同步開啟或關(guān)閉各自的入口與出口之間的通道；亦即，第一切換閥432可以選擇冷卻工作流體進入加熱部件430 ;或是冷卻部件431 ;第二切換閥433則可選擇冷卻工作流體自加熱部件430 ;或是冷卻部件431流出至冷卻工作流體輸送模組42中，于此，即可依據(jù)熱處理溫度需求而選擇使回流的冷卻工作流體進入加熱部件430 ;或是冷卻部件431之中。
[0038]再者，于一種較為具體的應用實施例中，本發(fā)明熱處理架構(gòu)是包含一組熱導金屬圍體20 (即一組鋼模)、二冷熱交換件30 (即帶水冷套的鋁合金模組)，及一對冷熱交換件30做熱處理降溫的冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置40。于熱處理的制程操作時，可對鋼材工件1(例如鋼板、鋼絲或鋼帶)進行下貝氏體淬火，或馬氏體分級淬火，如圖1所示。本發(fā)明熱處理架構(gòu)可以；但不只限于僅是用于鋼絲或鋼帶的預熱處理，例如，在彈簧制造，卷尺制造等工業(yè)領域亦可加以應用，此外，本發(fā)明熱處理架構(gòu)可以取代傳統(tǒng)的鋼絲或鋼帶的淬火技術(shù)制程(例如鉛浴淬火、水蒸汽淬火；油淬火；鋼模水冷套淬火等傳統(tǒng)的淬火技術(shù)制程)。故本發(fā)明熱處理架構(gòu)具有更環(huán)保綠色(無鉛，無油，無高溫水蒸汽)、更低成本、更短的工藝時間以及更優(yōu)異的品質(zhì)和性能的強韌配合等優(yōu)點。當鋼材工件I(鋼絲或鋼帶)從一個連續(xù)的淬火爐(奧氏體化溫度約850°C )經(jīng)熱處理閘道10入口 12而進入至熱處理腔室11時，鋼絲或鋼帶則會貼觸在熱處理腔室11的內(nèi)壁上，由于熱導金屬圍體20外面覆設具備冷卻工作流體通道32的冷熱交換件30，所以可對熱處理腔室11內(nèi)的鋼材工件I進行熱交換處理，進而達到快速熱傳導的功效；另一方面，溫度檢測模組41 (如熱電耦；但是不以此為限)接設在熱導金屬圍體20上，故可將溫度感測訊號傳輸?shù)娇刂颇＝M44的微處理器或電腦中，該微處理器或電腦再與預設溫度值進行比對，當溫度值高于預設溫度值時，該微處理器或電腦則透過驅(qū)動電路驅(qū)動冷卻工作流體輸送模組42的水栗或閥門，以增加水栗輸送冷卻工作流體流量；或是增加通過閥門的冷卻工作流體流量；反之，當溫度值低于預設溫度值時，該微處理器或電腦則降低水栗輸送冷卻工作流體流量；或是減少通過閥門的冷卻工作流體流量，進而達到監(jiān)視與控制熱導金屬圍體20及鋼材工件I的溫度的功效。此外，預設溫度值的設定范圍可以在攝氏150?600°C之間，也可以根據(jù)鋼絲或鋼帶的相變規(guī)律進行設定，且溫度精度可以設定在±5°C的范圍內(nèi)。
[0039]進一步而言，本發(fā)明是于熱導金屬圍體20設置一溫度檢測模組41，以于不同時間感測的溫度感測訊號變化作為鋼材工件I的A Tl溫差，再于冷卻工作流體通道32的輸入端及輸出端附近各設置一組溫度檢測模組41，以檢測冷卻工作流體通道32的輸入端與輸出端的溫度變化(即△ T2溫差)。鋼材工件I的熱量變化△ Hl如下的公式(I)所示:
[0040]ΔΗ1 =ml (質(zhì)量)Xsl (比熱)ΧΔΤ1 (溫差)(I)
[0041]至于冷卻工作流體的熱量變化如下的公式(2)所示:
[0042]六!12= 1112(質(zhì)量)\82(比熱)\六丁2(溫差)(2)
[0043]理論上，可將鋼材工件I的熱量變化Δ H視為等于冷卻工作流體的熱量變化Δ Η2 ;亦即，ΔΗ1= ΔΗ2，因此，本發(fā)明即可透過可程式與量化控制，將每一溫差設定對應有一特定溫度與流量的冷卻工作流體控制參數(shù)，于是，在可程式的控制運作之下，本發(fā)明即可達到更為精確的熱處理溫度的控制效果，不僅如此，本發(fā)明可程式控制是可設計成以下所述的二種冷卻工作流體控制模式。
[0044]1.冷卻工作流體主動式控制模式:是藉由冷卻工作流體的質(zhì)量及溫度變化來控制鋼材工件I的降溫幅度。已知鋼材工件I要降溫的幅度(亦即溫差)、鋼材工件I的質(zhì)量，及鋼材工件I的比熱。冷卻工作流體的比重及比熱為已知，并以穩(wěn)定的流量即時監(jiān)測流入及流出的溫度而獲得冷卻工作流體的溫差，亦即冷卻工作流體的溫差亦可控制為已知，因而可以計算得知所需流經(jīng)冷熱交換件30的冷卻工作流體質(zhì)量為何(可由公式2計算得知)因此，只要控制冷卻工作流體流經(jīng)冷熱交換件30的流量，當流經(jīng)冷熱交換件30的冷卻工作流體的流量(相對應的質(zhì)量)達到預設的數(shù)量時，即可停止冷卻工作流體流動，如此即代表鋼材工件I已達到要下降的溫度幅度，于是即可將鋼材工件I輸出。在此期間，隨時監(jiān)測冷卻工作流體的溫度，當監(jiān)測到鋼材工件I溫度的下降速率較小時，則可控制冷卻工作流體的流速，以加速鋼材工件I的溫度下降速率。另一方面，當鋼材工件I輸出后，便可再控制冷卻工作流體繼續(xù)流動，使冷熱交換件30 (如鋁板)的溫度下降至初始的溫度(一般為室溫)。
[0045]2.冷卻工作流體被動式控制模式:當鋼材工件I溫度下降達到要降的溫度幅度時，則將鋼材工件I輸出。在此期間，隨時監(jiān)測冷卻工作流體的溫度，當監(jiān)測到鋼材工件I溫度的下降速率較小時，則可控制冷卻工作流體的流速，以加速鋼材工件I的溫度下降速率。當鋼材工件I輸出后，即可再控制冷卻工作流體繼續(xù)流動，使冷熱交換件30 (如鋁板)的溫度下降至初始的溫度(一般為室溫)。不僅如此，本發(fā)明又可加設一溫控模組43，當冷卻工作流體輸入冷熱交換件30之前的溫度低于監(jiān)測的預設溫度值時，即可利用溫控模組43的加熱部件430予以加熱至該預設溫度值。同理，當冷卻工作流體輸入冷熱交換件30之前的溫度高于監(jiān)測的預設溫度值時，則可利用溫控模組43的冷卻部件431予以冷卻至預設溫度值。
[0046]除此之外，必須補充說明的是，依據(jù)用途的不同，本發(fā)明所制備的鋼材工件I必須在不同的溫度下進行回火熱處理，以滿足各種用途的使用需求。例如鋼材工件I工件為刀具、軸承或是滲碳淬火零件時，則預設溫度值必須設定在攝氏250°C左右，以進行低溫回火熱處理制程，由于低溫回火后鋼材工件I硬度變化不大，故鋼材工件I內(nèi)應力減小，韌性稍微提高。其次，當鋼材工件I工件為彈簧時，預設溫度值則設定在攝氏350?500°C左右，以進行中溫回火熱處理制程，于此，即可獲得較高的彈性與必要的韌性。再其次，以中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的工件時，預設溫度值則必須設定在攝氏500?600°C左右，以進行高溫回火熱處理制程，于此，即可獲得適宜的強度與韌性的良好配合。
[0047]因此，藉由上述的具體實施例說明，本發(fā)明確實具有下列所述的特點:
[0048]1.本發(fā)明確實可以取代傳統(tǒng)鉛浴淬火、水蒸汽淬火、油淬火以及鋼模水冷套淬火等制程，主要是藉由快速熱傳導以及冷卻工作流體溫控的機能建置，除了可以達到快速熱傳導功效外，并使鋼材工件經(jīng)熱處理后可以精確調(diào)整至所需的機械性能，因而具有符合環(huán)保規(guī)范(無鉛、無油及無高溫水蒸汽等)、更低成本、更短工時以及更優(yōu)異的品質(zhì)與性能的強韌配合等優(yōu)點。
[0049]2.本發(fā)明確實可使熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)，并可藉由溫度與冷卻工作流體流量等回授機制的建置，而可于熱處理過程中控制鋼材工件的熱處理溫度維持在所須溫度范圍內(nèi)。
[0050]3.本發(fā)明確實可以更為有效地控制冷卻工作流體溫度，并可藉由冷卻工作流體溫度控制的機能建置，使冷卻工作流體得以快速地達到所需的熱處理溫度，讓鋼材工件的熱處理溫度可以精確地維持在所須的溫度范圍內(nèi)。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明的可行實施例，并非用以限定本發(fā)明的專利范圍，凡舉依據(jù)下列請求項所述的內(nèi)容、特征以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含于本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。本發(fā)明所具體界定于請求項的結(jié)構(gòu)特征，未見于同類物品，且具實用性與進步性，已符合發(fā)明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本
【申請人】合法的權(quán)益。
【主權(quán)項】
1.一種快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 一熱處理閘道，其包括一熱處理腔室，及分別位于該熱處理腔室兩端的一入口及一出口，該入口供至少一鋼材輸入至該熱處理腔室以進行降溫的熱處理，該出口供該至少一鋼材自該熱處理腔室輸出； 至少一熱導金屬圍體，該至少一熱導金屬圍體包圍該熱處理閘道，該至少一熱導金屬圍體包括有位于外周面的至少一熱導出面及位于內(nèi)周面的至少一熱導入面，該至少一熱導金屬圍體的內(nèi)周面及該至少一熱導入面形成該熱處理閘道的該熱處理腔室的壁面；該至少一熱導入面與該鋼材接觸，吸收該鋼材熱量并經(jīng)該至少一熱導金屬圍體內(nèi)部而導至該至少一熱導出面； 至少一冷熱交換件，該至少一冷熱交換件上設置包括有至少一吸熱面及至少一冷卻工作流體通道；該至少一吸熱面與該至少一熱導出面接觸，吸收來到該至少一熱導出面的該鋼材熱量而至該至少一冷熱交換件內(nèi)部； 一冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置，其用以將冷卻工作流體循環(huán)輸送至該至少一冷卻工作流體通道，以冷卻工作流體對該至少一冷熱交換件所吸收的鋼材熱量進行冷熱交換，使該至少一冷熱交換件降溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一熱導金屬圍體包括有分別呈板體狀且上下對稱的二個熱導金屬圍體；該至少一冷熱交換件有二個；每一該熱導金屬圍體的長度與寬度分別大于厚度至少3倍；該二熱導金屬圍體的中段相互具一間距而形成該熱處理閘道；該二熱導金屬圍體的相對面分別形成一該熱導入面；該二熱導金屬圍體的該熱導入面相互平行；每一該熱導金屬圍體具有一該熱導出面以貼觸一該冷熱交換件的該吸熱面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一熱導金屬圍體為鋼鐵制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一冷熱交換件為鋁材制成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置包括有至少一溫度檢測模組、一冷卻工作流體輸送模組、一控制模組及一輸送管路，該溫度檢測模組用以感測該鋼材于該熱處理腔室的溫度狀態(tài)而產(chǎn)生溫度感測訊號；該冷卻工作流體輸送模組用以使該冷卻工作流體于該輸送管路及該冷卻工作流體通道循環(huán)輸送；該溫控模組用以控制該冷卻工作流體的溫度；該控制模組解讀處理該溫度感測訊號后產(chǎn)生一溫度值，并與至少一預設溫度值進行比對，當該溫度值高于該預設溫度值時，則驅(qū)使該冷卻工作流體輸送模組增加冷卻工作流體流量，當該溫度值低于該預設溫度值時，則驅(qū)使該冷卻工作流體輸送模組降低冷卻工作流體流量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置更包括一溫控模組，該溫控模組包含一加熱部件，及一冷卻部件，該溫控模組可受該控制模組的控制而選擇以該加熱部件對該冷卻工作流體進行加熱；或是選擇以該冷卻部件對該冷卻工作流體進行降溫。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻工作流體循環(huán)輸送裝置更包括一接設于該輸送管路的流量感測模組，該流量感測模組用以感測該冷卻工作流體通道中的該冷卻工作流體的流量而產(chǎn)生流量感測訊號，并送至該控制模組進行解讀處理，以作為該控制模組控制冷卻工作流體流量的參考依據(jù)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速熱傳導鋼材熱處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預設溫度值溫度介于攝氏150?600度之間。
【文檔編號】C21D1/00GK105986068SQ201510078875
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】王培郁
【申請人】珠海市鈞興機電有限公司