[發明專利]用于小型熱處理爐的爐氣產生裝置

有效

• 申請號: 201310530580.0
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103805759A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 羅萬中;楊濟華
• 申請（專利權）人: 財團法人金屬工業研究發展中心
• 主分類號: C21D1/74
• 分類號: C21D1/74;C21D9/00;F27D7/02
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

技術領域

本發明是關于一種爐氣產生裝置，特別是指一種用于小型熱處理爐的爐氣產生裝置。

背景技術

熱處理是對材料進行一至數次加熱和冷卻處理，而改變材料微觀結構與物化性質的方法，透過控制熱處理過程中材料的溫度變化曲線，可達到不同的熱處理效果，而使材料獲得不同的性能。

金屬熱處理過程中，熱處理爐中爐氣的碳勢高低會決定金屬工件的表層發生滲碳或脫碳的反應，金屬工件表面含碳量高可提高耐磨性，但韌性會隨的降低，金屬工件表面含碳量低則硬度值降低且耐磨性不佳，而達不到熱處理的效果，因此，熱處理過程中，控制爐氣的成分及碳勢與控制溫度變化梯度同等重要，是決定熱處理效果的關鍵。

爐氣可由滴注液分解產生，以甲醇?(CH₃OH)?作為滴注液時，由于甲醇的裂解溫度較低，而可于760度左右的溫度裂解為一氧化碳?(CO)?和氫氣?(H₂)，并主要透過以下幾種反應式于金屬表面產生碳原子或將碳原子脫出：

2CO?????????????????????????????????????????????????[C]?＋?CO₂

CO?＋?H_2??[C]?＋?H₂O

且，反應產生的二氧化碳?(CO₂)?可藉由與氫氣反應還原產生一氧化碳：

H₂?＋?CO_2??CO?＋?H₂O

透過上述化學反應，甲醇滴注液裂解產生的爐氣可與金屬工件表面進行反應，再透過通入一定量的氮氣，可改變甲醇裂解爐氣的碳勢，而氮氣本身于熱反應的溫度壓力下，不與金屬或其它氣體成分發生反應，故可作為一種中性的載體氣體。

由于近年來多數機械皆朝向輕型化、薄型化發展，微小型零件的熱處理需求相當受到重視，而熱處理微小型零件所使用的小型熱處理爐并不需要使用大型熱處理爐的爐氣產生裝置，而應配合小型熱處理爐的尺寸與爐氣成分氣壓等需求進行設計，以降低小型熱處理爐的爐氣產生裝置的生產及運作成本。

美國專利第4,249,965號提出一種位于熱處理爐外部的爐氣產生裝置，包含甲醇蒸發器和甲醇分解爐兩個部份，為了將甲醇蒸發并分解，需耗費電能，且設備所需的成本較高。且，甲醇蒸發器中通入甲醇和氮氣，加熱后生成甲醇蒸氣與氮氣的混合氣體，混合氣體需再通入含有銅、鎳、鉑催化劑的甲醇分解爐，才能生成具有一氧化碳、氮氣、氫氣成分的爐氣，其中催化劑昂貴且壽命有限，若對催化劑的管理不當將會影響爐氣質量。

另，美國專利第6,165,275號提出一種可藉高壓氮氣將甲醇霧化并噴入熱處理爐內分解為爐氣的爐氣產生裝置，在裝置的二個柱狀噴嘴內包含甲醇滴注管與氮氣輸入管，并將噴嘴伸入熱處理爐中，產生的爐氣集中于噴嘴周遭，即熱處理爐內的一側，因此須另外設置風扇等裝置攪動氣流以使爐氣能均勻分布于熱處理爐中。另，雖然噴嘴外使用真空套管隔熱設計以防止甲醇受熱蒸發，但熱處理爐內溫度很高，長時間操作時甲醇仍會受到輻射熱加熱。

又，我國臺灣地區專利第M395148號提出一種伸入熱處理爐內的爐氣產生裝置，設有一分解爐并另外加設一加熱器，加熱器對甲醇霧化氣體進行加熱，使其分解為爐氣。然，加熱器仍需額外耗費電能，且為達到保溫效果，又于加熱器外增設一保溫層，導致其設備成本增加。

有鑒于此，本發明的發明人遂針對上述的問題缺失加以研究，構思研發一種用于小型熱處理爐的爐氣產生裝置，不需額外設置加熱器及風扇，即可使用熱處理爐的熱能霧化甲醇滴注液，以與反應氣體混合，進而產生保護金屬零件的爐氣。另外，爐氣產生裝置所產生的爐氣呈輻射狀噴射，可快速充滿熱處理爐的內部。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種用于小型熱處理爐的爐氣產生裝置，爐氣產生裝置直接使用熱處理爐的熱能，使一甲醇滴注液及一氮氣混合而分解，以產生保護進行熱處理的金屬零件的一爐氣，而且爐氣可呈輻射狀噴射至熱處理爐內，如此不需額外于爐氣產生裝置內設置加熱器及風扇，有效降低設備成本。

本發明的目的，在于提供一種用于小型熱處理爐的爐氣產生裝置，爐氣產生裝置提供爐氣的方向(出氣方向)與產生爐氣的方向(反應方向)相互垂直，而爐氣產生裝置包含內盒及包覆內盒的外盒，外盒可承接未完全反應的甲醇滴注液，如此可避免未完全反應的甲醇滴注液直接滴于熱處理爐內，而使熱處理爐內產生積碳。