一种用于加热工件的辊底式炉及使用该炉加热工件的方法

摘要

本发明涉及一种用于加热工件的辊底式炉，包括至少一个用于容纳工件的炉室，所述炉室具有至少两个炉侧壁，由此至少一个用于输送工件使所述工件通过炉室的输送辊被设置在炉室内，并且由此炉侧壁各具有至少一个开口，通过所述开口能够引导所述输送辊，并且其中至少有一个安装在炉侧壁外的辊轴承单元，并且所述辊轴承单元用于容纳和支持在炉室外的输送辊。所述辊底式炉具有用于辊轴承单元的吹扫系统，目的是提供吹扫气体使所述吹扫气体通过所述辊轴承单元，其中，能够从辊轴承单元的面向远离炉侧壁的一侧提供所述吹扫气体，并使所述吹扫气体通过辊轴承单元并通过在炉侧壁内的开口直至进入辊底式炉的炉室中。本发明还涉及一种在这种辊底式炉中加热工件的方法。

说明书

描述

本发明涉及一种用于加热工件的辊底式炉。该辊底式炉包括至少一个用于容纳工件的炉室，所述炉室具有至少两个炉侧壁，其中至少一个用于输送工件使其通过炉室的输送辊设置在炉室内。炉侧壁各有至少一个开口，通过该开口可以引导该输送辊，并有至少一个设置在炉侧壁外的辊轴承单元，是为了容纳和支撑在炉室外部的输送辊。

本发明还涉及一种采用这种辊底式炉加热工件的方法。

工业界正在越来越多地使用有重量比最好的强度钢零件。这是可以做到的，例如，通过所谓的模压淬火或烫印工艺手段。在这个过程中，金属片零件加热到约800°C至1000°C [ 1472°F至1832°F ]和随后形成和淬火冷却的模。作为一个结果，对金属板件的强度提高三倍。硬化结合热处理和同步控制冷却定型使得有可能构建轻而硬的钢件。除了按钢零件淬火，工业界也有许多其他的工艺，有必要在加热炉等加热工件，例如，工件退火或淬火。

当谈到钢铁零件热处理炉，各种设计和概念都已经被提出。特别是连续炉的原理，压淬被广泛使用。该炉的原理，是钢件通过加热炉输送机输送。达到加热钢件的目的，这样的连续炉通常有一个或一个以上的炉室，炉气是存在的，直接或间接产生热的发热元件。钢件加热件通过炉输送机输送。一个辊子输送机滚筒往往作为输送机。

该辊式输送机的滚子通过在炉室的炉侧壁的开口被引导至连续炉两侧，该滚子在是被支撑在炉室的外侧的辊轴承。由于在炉室壁外面的温度只有100°C [ 212 °F]，滚珠轴承可以使用润滑油，从而提高轴承的运行特性及影响其使用寿命。

然而，在辊底式炉在运行过程中，润滑油量的减少和/或润滑油中的杂质往往缩短用于滚子的滚珠轴承的使用寿命。原因可能是，例如，炉气从辊底式炉溢出并且从炉室逃离到外部，通过在炉侧壁上的开口，在这一过程中，它还通过设置在炉侧壁外的滚珠轴承。炉辊转动产生在炉中的颗粒，从而对陶瓷隔热壁产生摩擦，部分传达的炉气到达外界并且被带入并通过滚珠轴承。此外，由于炉内气体温度高，润滑油慢慢分解，使润滑油的量随着相应的过程的时间减少。

由颗粒夹带引起的润滑油中的杂质以及由于热炉气产生的单位体积内的滴落会增加用于滚子的滚珠轴承的磨损和撕裂，从而对滚珠轴承的使用寿命产生不利影响。

在这种背景下，本发明的一个目的是提出一个用于加热工件辊底式炉，用于提高辊道输送机的用于辊的滚珠轴承的使用寿命。

本发明的另一目的是提出一种方法，使用这种辊底式炉来加热工件。

这个目标是通过具有独立权利要求1的特征的辊底式炉实现的。从属权利要求2到10提出了辊底式炉的有利的改进。其目的也是根据权利要求11的方法来实现。该方法有利的实施例由从属权利要求12公开。

本发明提出一种用于加热工件的辊底式炉，包括用于容纳工件的至少一个炉室，该室具有至少两个炉侧墙。至少一个设置在炉室内的输送辊，用于输送工件使工件通过炉室，并且每个炉壁具有至少一个开口，通过该开口能够引导该输送辊。至少有一个辊轴承单元设置在炉壁外，是为了容纳和支持的炉室外部的输送辊。辊底式炉具有用于辊轴承单元的吹扫系统，目的是为整个辊轴承单元提供吹扫气体，从而从辊轴承单元面向远离炉壁的一侧为整个辊轴承单元提供吹扫气体并穿过炉壁的开口直至进入辊底式炉的炉室中。在这一过程中，吹扫气体的压力可以大于辊底式炉炉室内部的压力。

从吹扫系统排出吹扫气体，并使其通过整个辊轴承单元带来如下的优势，没有来自炉室的热的炉烟气流通过辊轴承单元。由于炉烟气的压力是在大于炉室的内部压力，有针对性的吹扫气体流产生进入炉室，防止热的并受到污染的炉烟气从炉室流入通过辊轴承单元。一方面，这防止了辊轴承单元的润滑剂被热的炉烟气的分解。另一方面，防止炉室的颗粒杂质带入辊轴承单元，该颗粒杂质可能会破坏润滑油。因为，作为一个结果，润滑油的成分和数量保持在一个较长的时间，有较少的磨损，大大延长了辊轴承单元的使用寿命，这意味着它可用于较长一段时间。由于有较少的磨损和撕裂，辊轴承单元不需要经常更换，这样的辊底式炉，由于成本的降低，它转换成一个经济的优势。

在辊底式炉的一个实施例中，所述吹扫系统包括管道系统用以向辊轴承单元供给吹扫气体，由此管道系统设置在辊底式炉的炉侧壁外。 

由于在炉室的炉壁外面的温度只有100°C [ 212 ]°F，用于吹扫系统的炉壁外的管道系统的布置保证了吹扫气体不会加热过度后再送入辊轴承单元。反过来，意味着对辊轴承单元的润滑剂不会分解。

此外，可能已经成为辊底式加热炉的结构的一部分的设备可作为管道系统。因此，在一个完善的辊底式炉中，它是提供一个稳定的炉壁，可以作为管道系统。这消除了需要安装额外的供给吹扫气体给辊轴承单元的管道系统的设备。因此，在材料或组件上，不需要额外的资源以安装管道系统。

一个完善的辊底式炉的特点是，所述辊轴承单元包括内辊轴承，所述内辊轴承邻靠于外辊轴承并且两个辊轴承形成一对，其中内辊轴承比外辊轴承更靠近辊底式炉的炉侧壁，并且在两个辊轴承所形成的对之间形成的一个腔。

在辊底式炉的一个实施例中，密封件安装在外轴承的一面，并且这一面面向两辊轴承之间形成的空腔。

在一个完善的辊底式炉中，吹扫系统的管道系统通过以下的方式连接到腔，该吹扫气体可以被送入空腔，这样所述吹扫气体可以通过所述内辊轴承被传送出空腔并通过在炉侧壁的开口直至进入辊底式炉的炉室中。

由于空腔形成于一对辊轴承的两个辊轴承之间并且由于空腔与管道系统连接来提供吹扫气体，这样就能够使吹扫气体直接流入内辊轴承，所述内辊轴承处于靠近炉壁外侧的位置并且这样暴露更大程度上的炉烟气，然后所述吹扫气体能够流通过所述内辊轴承。这种效果是进一步加强在密封件密封外辊轴承的腔中的吹扫气体。

辊底式加热炉的一个实施例提供了一个具有流速计的吹扫系统，所述流速计是用来测量通过辊轴承和通过在炉侧壁内的开口直至进入辊底式炉的炉室的吹扫气体的流速。

流流速计的使用，可以检测出吹扫系统中的吹扫气体的流速和压力。这将有利于下述情况，如果流速过慢，吹扫气体可以被来自炉室的炉烟气代替，这样的吹扫气体就不会流经辊轴承单元，而是热炉气经过。反过来说，吹扫气体流过辊轴承单元的流速过高可能会破坏它。

一个完善的辊底式炉提供的吹扫系统包括控制单元，该控制单元是用来调节吹扫气体的流速。因此，通过控制单元提供的调整能力使它可以适当地回应在炉室内的大气条件的变化。

在辊底式炉的一个实施例中，所述吹扫气体可以采用惰性气体。在辊底式炉的另一个实施例中，吹扫气体可以是被吹扫和/或干燥的空气。

使用不同类型的气体作为吹扫气体使得吹扫系统可以灵活地适应各种类型的辊底式炉的要求，例如，用惰性气体或空气的炉。因此，根据本发明的辊底式炉可用于不同的应用领域。

本发明还提出一种在辊底式炉中加热工件的方法。在这里，所述辊底式炉包括至少一个用于容纳工件的炉室，所述炉室具有至少两个炉侧壁，以及至少一个用于输送工件使其通过炉室的输送辊被设置在所述炉室内。每个炉壁具有至少一个开口，通过所述开口可以引导该输送辊，以及至少一个安装在炉侧壁外的辊轴承单元，所述辊轴承单元用于容纳和支持在炉室外的输送辊。在这个方法中，吹扫系统提供吹扫气体使其通过整个辊轴承单元，这样吹扫气体从辊轴承单元的面向远离炉侧壁的一侧被输入，并且通过整个辊轴承单元以及炉侧壁直至进入到辊底式炉的炉室内。在这个过程中，所述吹扫气体具有大于辊底式炉的炉室中的内部压力。

所述吹扫气体的压力确保了所述吹扫气体能够流动通过所述辊轴承单元并且从所述辊轴承单元和所述炉侧壁中的开口中排出所述炉烟气。

一个完善的本发明中，所述吹扫气体从吹扫系统的管道系统排出并被送入空腔，其中，所述空腔形成于所述辊轴承单元的内辊轴承和外辊轴承之间，并且这些辊轴承以下列的方式被设置成一对在所述辊底式炉的炉室的炉侧壁的外侧的相互相邻的辊轴承：内辊轴承比外辊轴承更靠近炉侧壁的外侧。

以及其他具有上述优点，在本发明的特点和实际的改进，下面描述的实施例的基于参考附图。

附图说明

图1A是辊底式炉的纵截面视图；

图1b是辊底式炉的横截面视图；

图2a是滚珠轴承；

图2B是滚珠轴承的B-B剖视图；

图3是基于图1B的带有吹扫系统的A部分的剖视图。

作为示例，图1显示用于加热工件102的辊底式炉101的纵向截面图。所述辊底式炉101包括一个细长的炉室103，所述炉室能够通过可调高度的室门104、104'分别关闭前方和后方。在工件102被放入炉室103或从炉室中取出前，打开所述室门104、104'，并且在工件102被放入炉室103或从炉室中取出后，再次相应地关闭所述室门104、104'。例如，这些室门104，104’能够被设置成加热炉的滑动片。尽管具有室门104，104’的辊底式炉101的这种配置是有利的，特别是就在辊底炉101内的热量的分布而言，但如果有必要，辊底式炉101也可以不使用室门104，104’来进行操作。

所述辊底式炉101具有一个用于工件102的辊式输送机105形式的运输工具，所述辊式输送机设置在炉室103内并且按箭头的方向输送工件102并使工件通过辊底式炉101以加热工件。所述辊式输送机105是由多个输送辊106一个接一个配置后制成的，该输送辊是单独驱动或成组驱动的。

虽然图1a只显示一个工件102作为示例，但是所述辊式输送机105也可以用来运输多个工件102通过辊底式炉101，同时使他们加热，其中可以一前一后和/或相邻的运送多个工件102。

通过在炉室103中布置适当的加热元件107，有了所述加热元件，所述工件102便能够在通过所述辊底式炉101时被加热。这样的加热元件107在相关技术领域人员中是公知的，将不会在这里详细阐述。所有其他的用于操作所述辊底式炉101的必要的元件也同样不是本发明的主题，可由熟练技术人员进行适当的选择。

作为示例，图1b显示的辊底式炉101的横截面视图。为清楚起见，炉室103的前炉门104不在这里示出。辊底式加热炉101的炉室103的两侧具有炉壁108，108’，其用于给炉室103划界。

在炉室103的两炉壁108，108’的外侧，有一种稳定器109，用于机械稳定炉室103。由于炉壁的材料108，108’受到大的热负荷，有时在炉室103的内部和周围环境之间有高的温度的差异，可使炉壁108，108’变形，这种机械的稳定是必要的。作为示例尽管这里只示出一个稳定器109作为示例，但是为了增加稳定性的效果，也可以在两炉壁108、108’的外侧安装多个稳定器109。

此外，在两炉壁108，108’的外侧，有一个吹扫系统110用于吹扫同样是在此处的辊轴承单元111。用于辊轴承单元111的吹扫系统的110的结构和运行方式将在以下图3中有更详细的解释，图3是基于图1B的放大剖视图A。

在炉室103的两炉壁108、108’的外侧的所述辊轴承单元111用来容纳和支持辊式输送机105的一个辊106的两端中的一端。为了使所述辊106被支撑在炉室103的炉壁108，108’的外侧的轴承单元111上，所述炉壁108，108’具有开口（此处未显示），通过所述开口能够将一个辊106引导出炉室103的外侧并进入相关的辊轴承单元111。

辊轴承201构成辊轴承单元111的一个组成部分，使单个辊106可被容纳和在两侧支撑所述辊。作为示例，图2a的示意图显示了这样一个用于辊轴承单元111的辊轴承201。所述辊轴承201被配置为一个具有外环202和内环203的滚珠轴承，在所述外环和内环之间具有作为滚珠轴承元件的球204，所述球可在外环202和内环203之间进行滚动运动。关于这点，球204通常通过球笼205被定位并保持在外环202和内环203之间。然而，也有滚珠轴承201是没有球笼205的。填充润滑剂206的腔形成于单个球204之间。

这种润滑剂206尤其具有在球204的滚动运动期间，降低发生在球204和两个环202、203之间的摩擦的作用，从而减少了功耗以及滚珠轴承201的磨损。润滑油206，是辊轴承中常用的所有已知的合适的润滑油和润滑脂。

图2b的示意图显示一个通过滚珠轴承201剖视图B-B。此外，滚珠轴承201在其两侧具有固定密封环207，并且所述固定密封环207保护滚珠轴承免受污物或湿气渗透内部，同时防止润滑油206泄漏。特别是作为一个设想使用的滚珠轴承201要求以防泼水或灰尘，已知的，密封环207用不同的材料，例如，用于泼水的保护的橡胶或防尘用的钢板。不同类型的塑料或复合材料还可用于所述密封环207。

滚珠轴承201的类型是由固定密封环207的材料以及固定密封环207的数量一起确定的。除了其他的组合，以下类型的滚珠轴承被广泛使用：

·具有一个防泼水固定密封环的滚珠轴承——R型

·具有两个防泼水固定密封环的滚珠轴承——RR或2R型

·具有一个防尘固定密封环的滚珠轴承——Z型

·具有两个防尘固定密封环的滚珠轴承——ZZ或2Z型

一方面，所述辊轴承单元111的滚珠轴承201用于容纳和支撑辊式炉103的外侧的辊输送机105的辊106，另一方面，允许一个滚子106在炉室103内的滚动，反过来，负责工件102通过辊底式炉101的运输。

虽然滚珠轴承201的使用似乎有利于支撑辊106，但是其他辊轴承，例如，圆柱辊轴承，圆锥辊轴承或滚柱轴承也是可用的。

由于该辊轴承单元111在炉壁108，108′的外侧的配置，对滚珠轴承201的热负荷和机械负荷是非常高的。反过来说，造成滚珠轴承的201的很大的磨损和撕裂，因此，由于滚珠轴承201的磨损增加，能够改变辊106的滚动行为由易到难，并且可能直至完全堵塞辊106。吹扫系统110的使用减少了磨损和撕裂。

图3示意性地表示来自图1B视图的放大部分，展示了炉壁108和辊106的一部分以及稳定器109，吹扫系统110和辊轴承单元111。

由于辊106被支撑在炉室103的外侧，炉壁108上建立了一个开口301，通过所述开口将辊106从炉室103引导至外侧并引导入相关的辊轴承单元111。所述辊106由一对滚珠轴承支撑，所述一对滚珠轴承由一个内滚珠轴承201和一个外滚珠轴承201’组成。关于这点，内滚珠轴承201比外滚珠轴承201'靠近炉壁108，并且两个滚珠轴承201和201’相邻设置，这样在它们之间形成一个空腔302。两个滚珠轴承201和201’是ZZ型，换句话说，他们具有两个防止灰尘的固定密封环207。

空腔302内在所述外滚珠轴承201’的一侧上有一个密封元件303，其中所述一侧面向腔体302。由于外滚珠轴承201'的固定密封环207只被配置为防尘保护，密封件303的任务是以下述这样的方式密封腔302，即，没有吹扫气体可以从腔302进入外滚珠轴承201'。为了这个目的，密封件303可以配置为旋转轴密封件，例如，作为一个径向旋转轴密封件。

外滚珠轴承201'通过安装在辊106上的挡环304固定在辊106上。例如，这个挡环304是一个符合DIN 471标准的标准件。然而，其他固定装置也可用于外滚珠轴承201'。

吹扫系统110被连接到辊轴承单元111。这个吹扫系统110的一个组件是管道系统305，所述管道系统设置在辊轴承单元111的下方，所述辊轴承单元通过供给线306连接到辊轴承单元111的一对辊轴承的腔302。流速计307以及控制元件308被集成到所述供给线306中。

分离气体线可以安装在炉壁108外面作为用于吹扫气体的管道系统305。然而，管或外壳已是的辊底式炉101的结构的一部分，如已经描述的稳定器109，被设置为在炉壁108的外额外的稳定器109 也可作为用于吹扫气体的管道系统305。

例如，供给线306可以被配置为柔性橡胶或硅胶管。然而，例如，由塑料或金属所制成的固定的线也可以被安装。所述供给线306材料的选择应特别考虑有关的吹扫气体，该吹扫气体具有设想的压力条件和耐化学性方面的要求。

着眼于安装简单方便，例如，供给线306可以通过插件连接装置与腔302和管道系统305相连。然而，其他类型的连接也是可能的。

为了内滚珠轴承201的吹扫目的，一个空调吹扫气体进入管道系统305。根据辊底式炉101类型，例如，吹扫气体可以是惰性气体或流动的空气。然而，其他气体，也可能作为吹扫气体。

吹扫气体以每小时10升左右的量级的气流压力供给到管道系统305。吹扫气体的流速可以适当地通过流速计307读出并监测。在最简单的情况下，气体流速控制元件308可以是节流阀或手动设置气体流速的控制阀。作为控制元件308，同样可能是使用可影响吹扫气体流速的可调喷嘴或孔板，例如，通过不同的形状和大小的开口的喷嘴或孔板。此外，存在一可能性，安装复杂的控制元件308以允许气体流速的自动调节。

施加的压力导致吹扫气体通过供给线306从管道系统305中被送出并被送入一对滚珠轴承的空腔302。相应地，吹扫气流在这一过程中流入内滚珠轴承201。由于内滚珠轴承201内的固定密封环207的只提供防尘保护，但没有气体保护，由于内滚珠轴承201有几处小的切口间隙，吹扫气体也可以流过内滚珠轴承201。因此，吹扫气体穿透内滚珠轴承201面向空腔302的一侧，流经内滚珠轴承201的缝隙和间隙，然后再次从内滚珠轴承201面向炉壁108的一侧离开。在这一过程中，由于密封件303不允许吹扫气体流向外滚珠轴承201’，因此吹扫气体流无法同时通过外滚珠轴承201’。

在气体流经内滚珠轴承201后，然后吹扫气体进一步流入通过炉壁108的开口301并进入炉室103内部。吹扫气体从管道系统305外通过所述供给线306进入空腔302并然后进一步通过内滚珠轴承201和炉壁108上的开口301直至进入炉室的整个流通路径如箭头所示。

吹扫气体的设定压力可以可靠有效地防止炉烟气通过开口301和内滚珠轴承201从炉室103流出。这可以防止内滚珠轴承201的润滑油206被热炉烟气分解。此外，这也能够有效地防止辊16转动期间所产生的颗粒以及来自于辊底式炉101的陶瓷绝缘壁的摩擦的颗粒随着炉烟气被带入内滚珠轴承201.相反，由于吹扫气体没有被污染，因此吹扫气体保证了内滚珠轴承201中没有颗粒。此外，由于吹扫气体从辊底式炉101的外侧被带入辊单元111，因此吹扫气体的温度大大低于炉烟气的温度，这样即使当气体流过，润滑剂205也不会被分解。

由于辊道105由许多辊106一前一后的设置，两炉壁108，108’有相应数量的开口301，通过所述开口将辊106引导出炉室103并进入到相关的辊轴承单元111。每一个辊轴承单元111的特征在于一对辊轴承具有内滚珠轴承201和外滚珠轴承201’，在他们之间形成有空腔302，并且反过来这些腔是通过一个单独的供给线306连接到管道系统305。在这里，一个流速计307以及控制元件308被集成到每个单独的供给线306。

尽管305管道系统只需要一个用于供给吹扫气体进入管道系统305的连接–虽然有多个连接可以提供用于此目的–提供多个内滚珠轴承201给所述吹扫气体，从而确保减少所有相应的内滚珠轴承201的磨损。

为了监测单个辊轴承单元111气密性而监测吹扫系统110的功能，另一个密封件303可以设置在单个辊轴承单元111的腔体302，形成一个室。压力监测装置连接到该室使腔室中的压力被监测，当使辊轴承单元111可适当更换时，压力降为室内起始值。

附图标记说明

101辊底式炉

102工件

103炉室

104，104′炉门

105辊式输送机

106输送辊，辊

107加热元件

108，108'，炉壁

109稳定器

110吹扫系统

111辊轴承单元

201辊轴承/滚珠轴承，内辊轴承/滚珠轴承

201' 辊轴承/滚珠轴承，外辊轴承/滚珠轴承

202外环

203内环

204球

205球笼

206润滑油

207固定密封环

301开口

302空腔

303密封元件

304挡环

305管道系统

306供给线

307流速计

308控制单元。