一种可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐体结构

摘要

本发明涉及保护气氛热处理与热加工领域，尤其涉及一种可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐体结构，包括罐体结构、连接法兰结构、罐门、密封结构和罐体支撑结构，罐体结构通过连接法兰结构与罐门相连，连接法兰结构的活动连接处设置有密封结构，罐体结构的下方为罐体支撑结构，罐体结构包括罐体抗形变刚性区、罐体形变协调软区，其罐体形变协调软区、罐体抗形变刚性区、罐门法兰和罐体法兰的刚度依次增大；本发明能保证密封面在反复冷热交替中积累的变形较小，能长时间维持罐体的密封性能。

说明书

技术领域

本发明涉及保护气氛热处理与热加工领域，尤其涉及一种可抽真空抗热变形 且具有变形协调能力的高温罐体结构。

背景技术

凡是与氧亲合力强的金属做热处理或热加工时均需要在隔氧的环境下进行。 为此，通常有两种主要的方法，一个是真空环境下进行处理，如真空钎焊、真空 热处理，采用的是真空热处理设备，该设备既可保证真空，也可对设备内的产品 进行加热；另一种方法是惰性气体保护气氛下进行，此方法是在常压左右进行， 通常不能抽真空。

真空热处理的优点是处理质量好，但设备昂贵，生产过程复杂，维护保养困难， 生产周期长，生产成本高；而惰性气体保护气氛热处理(以下称保护气热处理) 虽然质量比真空状态稍差，但设备便宜、生产过程简单、维护保养容易、生产周 期短、生产成本低，因而在实际生产中获得了更广泛的应用。

然而，保护气热处理罐体通常不能抽真空，而是通过向其罐体内通入大量的 惰性气体，将氧排出并稀释到一定浓度后开始加热进行热处理或热加工，这种方 法所存在的问题是：a保护气热处理罐体需要消耗大量的惰性气体才能把氧稀释 到一定的浓度下；b保护气热处理罐体内的氧气浓度较难测定，因而多数情况下 均是依靠工程经验来确定何时氧浓度满足要求；c保护气热处理罐体内所能达到 的氧真空度相当有限。因此，实现保护气热处理罐体抽真空非常有必要的。

经分析，保护气热处理罐体不能抽真空的原因主要是：罐体的法兰连接结构 的刚性又相当有限，在不断的冷热交替中将产生大量的累积变形，导致其法兰连 接处的缝隙变(效果示意图如图1)，变形后将使密封面失去密封能力而不能抽 真空；另一方，罐体密封结构的承受温度较低，在高温环境下无法进行抽真空。

针对上述问题，本发明通过原因分析，设计了一种可抽真空抗热变形且具有 变形协调能力的高温罐体结构，旨在保证密封面能在反复的冷热交替中积累的变 形较小，能长时间维持罐体的密封性能，并保证抽真空的密封承受温度能达到 700℃。

发明内容

本发明的目的是提供一种可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐 体结构，保证密封面能在反复的冷热交替中积累的变形较小，在合适的密封圈的 配合下，能长时间维持罐体的密封性能，保证抽真空的密封承受温度能达到 700℃，以解决背景技术中现有的保护气热处理罐体在冷热交替过程中因密封面 变形积累导致密封面因失去密封能力而不能抽真空的问题，以及密封承受温度较 低的问题。

为解决其技术问题本发明所采用的技术方案为：一种可抽真空抗热变形且具 有变形协调能力的高温罐体结构，包括罐体结构1、连接法兰结构2、罐门3、 密封结构4和罐体支撑结构5，罐体结构1通过连接法兰结构2与罐门3相连， 连接法兰结构2的活动连接处设置有密封结构4，罐体结构1的下方为罐体支撑 结构5；

其特征在于：罐体结构1包括罐体抗形变刚性区11、罐体形变协调软区12， 罐体抗形变刚性区11包括位于内侧的罐筒封闭壁111和位于外侧的罐体网状钢 筋112，罐体形变协调软区12只含罐筒封闭壁111，连接法兰结构2包括罐体法 兰21和罐门法兰22，连接法兰结构2外侧设置有罐体法兰网状钢筋23和罐门 法兰网状钢筋24，密封结构4为耐高温金属密封圈。

进一步具体优化说明，所述罐体支撑结构5包括支撑底座51、罐体支撑架 52和法兰支撑架53，罐体支撑架52和法兰支撑架53固定在支撑底座51上，罐 体支撑架52固定连接于罐体抗形变刚性区11，法兰支撑架53活动连接于连接 法兰结构2，装料平台55置于罐体内，装料平台55通过的装料平台支撑架54 穿过罐体连接到支撑底座51；采用该支撑连接结构，其罐体支撑架52固定连接 于罐体抗形变刚性区11，能保证支撑的稳定性，法兰支撑架53活动连接于连接 法兰结构2，能更有利于法兰结构2的形变传递到罐体形变协调软区12，从而更 有利于减小法兰密封面的形变量。

进一步具体优化说明，所述罐体形变协调软区12、罐体抗形变刚性区11、 罐门法兰22和罐体法兰21的刚度依次增大；采用该刚度差别结构，能较好的控 制形变产出区域，进一步减小密封面产生的形变。

进一步具体优化说明，所述罐筒封闭壁111的厚度为1mm至3mm；该厚度 区间能保证罐体形变协调软区12具有较好的形变协调软度。

进一步具体优化说明，所述罐体网状钢筋112中的环形钢筋和纵向钢筋具有 相同厚度和高度，其厚度为1.5mm至7.5mm，其高度为6mm至100mm，其环形钢 筋的分布间距为50mm至300mm，其纵向钢筋的分布间距为60mm至400mm；该罐 体网状钢筋112的环形钢筋和纵向钢筋的厚度、高度和间距参数能保证其罐体抗 形变刚性区11具有适中刚度的同时，又可减少罐体的重量和材料成本。

进一步具体优化说明，所述罐体法兰网状钢筋23和罐门法兰网状钢筋24 的厚度均为2.5mm至12mm，罐体法兰网状钢筋23的高度为40mm至200mm，罐门 法兰网状钢筋24的高度为30mm至160mm，罐体法兰网状钢筋23的环形钢筋分 布间距为25mm至150mm，罐门法兰网状钢筋24的环形钢筋分布间距为30mm至 180mm，罐体法兰网状钢筋23的纵向钢筋分布间距为40mm至200mm，罐门法兰 网状钢筋24的纵向钢筋分布间距为50mm至250mm；该罐体法兰网状钢筋23和 罐门法兰网状钢筋24的厚度、高度和间距参数能保证其法兰结构2的具有适中 刚度的同时，又可减少罐体的重量和材料成本。

工作原理：本发明所述可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐体结 构，由于罐体结构包括罐体形变协调软区12和罐体抗形变刚性区11，罐体形变 协调软区12位于连接法兰结构2和罐体抗形变刚性区11之间，并且罐体形变协 调软区12的刚度远小于罐体抗形变刚性区11和连接法兰结构2，当罐体结构1 和法兰结构2在冷热交替过程中发展膨胀和收缩，其膨胀和收缩位移量均会传递 到罐体形变协调软区12，使罐体形变协调软区12产生形变，从而能较好地避免 罐体变形对法兰2产生形变积累，从而保证了法兰结构2的密封性；同时，由于 罐体的密封结构为弹性金属密封圈，其最高承受温度大。

有益效果：本发明所述可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐体结 构，相对于现有的罐体，在反复的冷热交替中，能对罐体的膨胀和收缩形变进行 协调，能避免罐体产生的变形作用到法兰结构的连接处(效果示意图如图2)， 从而能保证长时间维持罐体的密封性能，且保证抽真空的密封承受温度能达到 700℃。

附图说明

图1为现有技术中普通罐体法兰连接接口在在热冷交替的形变效果示意图。

图2为本发明所述罐体法兰连接接口在热冷交替的形变效果示意图。

图3为本发明整体结构示意图。

图4为本发明所述罐体抗形变刚性区的横截面示意图。

图中：1为罐体结构、2为连接法兰结构、3为罐门、4为密封结构、5为罐 体支撑结构、11为罐体抗形变刚性区、12为罐体形变协调软区、111为罐筒封 闭壁、112为罐体网状钢筋、21为罐体法兰、22为罐门法兰、23为罐体法兰网 状钢筋、24为罐门法兰网状钢筋、51为支撑底座、52为罐体支撑架、53为法兰 支撑架、54为装料平台支撑架、55为装料平台。

具体实施方式

参照附图进一步说明实现本发明的实施方式(如图3至图4所示)：

实施例一：

一种可抽真空抗热变形且具有变形协调能力的高温罐体结构，包括罐体结构 1、连接法兰结构2、罐门3、密封结构4和罐体支撑结构5；罐体结构1通过 连接法兰结构2与罐门3相连，连接法兰结构2的活动连接处设置有密封结构4， 罐体结构1的下方为罐体支撑结构5；罐体结构1包括罐体抗形变刚性区11、罐 体形变协调软区12，罐体抗形变刚性区11包括位于内侧的罐筒封闭壁111和位 于外侧的罐体网状钢筋112，罐体形变协调软区12只含罐筒封闭壁111；连接法 兰结构2包括罐体法兰21和罐门法兰22，连接法兰结构2外侧设置有罐体法兰 网状钢筋23和罐门法兰网状钢筋24；密封结构4为耐高温金属密封圈。

上述实施方式的进一步具体说明，所述罐体支撑结构5包括支撑底座51、 罐体支撑架52和法兰支撑架53，罐体支撑架52和法兰支撑架53固定在支撑底 座51上，罐体支撑架52上端固定连接于罐体抗形变刚性区11，法兰支撑架53 活动连接于连接法兰结构2，装料平台55置于罐体内，装料平台55通过的装料 平台支撑架54穿过罐体连接到支撑底座51。

上述实施方式的进一步具体说明，所述罐体形变协调软区12、罐体抗形变 刚性区11、罐门法兰22和罐体法兰21的刚度依次增大。

上述实施方式的进一步具体说明，所述罐筒封闭壁111的厚度为2mm。

上述实施方式的进一步具体说明，所述罐体网状钢筋112中的环形钢筋和纵 向钢筋具有相同厚度和高度，其厚度为6mm，其高度为32mm，其环形钢筋的分布 间距为100mm，其纵向钢筋的分布间距为110mm。

上述实施方式的进一步具体说明，所述罐体法兰网状钢筋23和罐门法兰网 状钢筋24的厚度均为3mm，罐体法兰网状钢筋23的高度为115mm，罐门法兰网 状钢筋24的高度为105mm，罐体法兰网状钢筋23的环形钢筋分布间距为68mm， 罐门法兰网状钢筋24的环形钢筋分布间距为75mm，罐体法兰网状钢筋23的纵 向钢筋分布间距为110mm，罐门法兰网状钢筋24的纵向钢筋分布间距为110mm。

实施例二：

与实施例一不同之处在于：所述罐筒封闭壁111的厚度为1mm；所述罐体 网状钢筋112中的环形钢筋和纵向钢筋具有相同厚度和高度，其厚度为1.5mm， 其高度为6mm，其环形钢筋的分布间距为50mm，其纵向钢筋的分布间距为80mm； 所述罐体法兰网状钢筋23和罐门法兰网状钢筋24的厚度均为2.5mm，罐体法兰 网状钢筋23的高度为40mm，罐门法兰网状钢筋24的高度为30mm，罐体法兰网 状钢筋23的环形钢筋分布间距为25mm，罐门法兰网状钢筋24的环形钢筋分布 间距为30mm，罐体法兰网状钢筋23的纵向钢筋分布间距为40mm，罐门法兰网状 钢筋24的纵向钢筋分布间距为50mm。

实施例三：

与实施例一不同之处在于：所述罐筒封闭壁111的厚度为3mm；所述罐体网 状钢筋112中的环形钢筋和纵向钢筋具有相同厚度和高度，其厚度为7.5mm，其 高度为100mm，其环形钢筋的分布间距为300mm，其纵向钢筋的分布间距为 400mm；所述罐体法兰网状钢筋23和罐门法兰网状钢筋24的厚度均为12mm，罐 体法兰网状钢筋23的高度为200mm，罐门法兰网状钢筋24的高度为160mm，罐 体法兰网状钢筋23的环形钢筋分布间距为150mm，罐门法兰网状钢筋24的环形 钢筋分布间距为180mm，罐体法兰网状钢筋23的纵向钢筋分布间距为200mm，罐 门法兰网状钢筋24的纵向钢筋分布间距为250mm。

上述实施例法兰结构进行平整度效果试验，其试验过程与分析如下：

实施例一实施方式的试验过程：a.试验前记录下罐体法兰平面度(0.15mm) 及罐门法兰的平面度(0.22mm)；b.将罐体内装上一定质量的工件，再将罐门安装 好，置于加热炉内开始加热，待温度达到700℃后保温3小时，再出炉空冷，冷 却时用大功率风扇从任一侧随机吹强风冷却罐体，待罐体及工件均冷却到室温 后，打开罐门，测量罐体法兰平面度为0.20mm，罐门法兰平面度为0.28mm，可见 平面度变化不大；c.重复上面过程，待第20次试验后，再测二者的平面度，结 果罐体法兰平面度约0.23mm，罐门法兰的平面度约0.29mm；d.再反复重复上面 的过程，待第50次试验后，再测二者的平面度，罐体法兰平面度约0.24mm，罐 门法兰的平面度约0.295mm。

实施例二实施方式的试验过程：a.试验前记录下罐体法兰平面度(0.15mm) 及罐门法兰的平面度(0.22mm)；b.将罐体内装上一定质量的工件，再将罐门安装 好，置于加热炉内开始加热，待温度达到700℃后保温3小时，再出炉空冷，冷 却时用大功率风扇从任一侧随机吹强风冷却罐体，待罐体及工件均冷却到室温 后，打开罐门，测量罐体法兰平面度为0.19mm，罐门法兰平面度为0.27mm，可见 平面度变化不大；c.重复上面过程，待第20次试验后，再测二者的平面度，结 果罐体法兰平面度约0.225mm，罐门法兰的平面度约0.285mm；d.再反复重复上 面的过程，待第50次试验后，再测二者的平面度，罐体法兰平面度约0.24mm， 罐门法兰的平面度约0.29mm。

实施例三实施方式的试验过程：a.试验前记录下罐体法兰平面度(0.15mm) 及罐门法兰的平面度(0.22mm)；b.将罐体内装上一定质量的工件，再将罐门安装 好，置于加热炉内开始加热，待温度达到700℃后保温3小时，再出炉空冷，冷 却时用大功率风扇从任一侧随机吹强风冷却罐体，待罐体及工件均冷却到室温 后，打开罐门，测量罐体法兰平面度为0.205mm，罐门法兰平面度为0.29mm，可 见平面度变化不大；c.重复上面过程，待第20次试验后，再测二者的平面度， 结果罐体法兰平面度约0.245mm，罐门法兰的平面度约0.295mm；d.再反复重复 上面的过程，待第50次试验后，再测二者的平面度，罐体法兰平面度约0.25mm， 罐门法兰的平面度约0.30mm。

效果分析：通过上述试验过程进行分析可知，罐门法兰和罐体法兰的平面度 在试验前后的变化较小，此罐体结构能有效的控制罐体与罐门法兰的热变形；当 配合合适的密封结构，则可实现高、低温下均可抽真空。