用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统及热处理方法

摘要

本发明提供了一种用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统及热处理方法，该系统包括产生100℃‑200℃温度和压力具有对应关系的饱和蒸汽的蒸汽锅炉，将100℃‑200℃的过热蒸汽加热至200℃‑1000℃的过热蒸汽发生器，通入200℃‑1000℃过热蒸汽作为传热介质的热处理炉，蒸汽锅炉、过热蒸汽发生器都与热处理炉连接，蒸汽锅炉与过热蒸汽发生器连接；本发明用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统及热处理方法扩大应用范围。本发明将饱和蒸汽、过热蒸汽、热处理炉有机连接为一个整体，可产生低、中、高温过热蒸汽，应用范广大，温度上升快，炉内温度均匀，并通过设计循环回用系统，能够节约能源，最大限度地减少排放量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理系统及热处理方法，具体地，涉及一种用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统及热处理方法。

背景技术

所谓过热蒸汽，是在常压状态下将100℃饱和蒸汽进一步加热获得。传统的过热蒸汽由蒸汽锅炉产生，压力越大，过热蒸汽温度越高，100℃的过热蒸汽需要1个大气压，450℃的过热蒸汽需要38个大气压。由于压力与过热蒸汽温度存在对应关系，因此，如工业中需要很高的温度，就需要很高的压力，给工业制造带来困难，而且很不安全。限制了过热蒸汽的应用。目前，过热蒸汽只在食品行业、干燥行业得到少量应用。

经过对现有技术的文献检索，申请人发现了如下现有技术方案：

公开号为“CN104603319A”、专利名称为“钢制零件的表面抗氧化处理的方法和设备”的中国专利公开了过热蒸汽对钢制零件的表面抗氧化处理的方法和设备，该专利内容为：渗氮工件放入加热炉内，向加热炉内通入液态水，水在炉中汽化并形成过热蒸汽，渗氮后的零件置于这种过热蒸汽气氛中，耐腐蚀性会有很大改善。该专利中所讲产生的过热蒸汽量和过热蒸汽的温度为不可控指标，并且，其应用面仅限于渗氮工件。关键在于当液态水还未加热气化前，炉内氛围是一个含氧(含空气)氛围，如若处理鎂合金则会早已氧化，处理高分子材料则会早已燃烧(氧化反应)。

公开号为“CN104949104A”、专利名称为“过热蒸汽再利用装置及其使用方法”的中国专利公开了过热蒸汽再利用装置及使用方法，该专利内容为：饱和蒸汽通入带有感应加热器(或其他加热)的容器中被加热形成过热蒸汽，并且过热蒸汽使用后，可再循环利用。该专利的过热蒸汽产生和利用中尚未关注到在实际使用中，热处理炉内的温度均匀性和温升速度，本专利通过在热处理炉中设计辅助加热装置使得炉内温度均匀性大大提高±2℃，并且，炉内温度上升速度和高温区间可达到近1000℃。

公开号为“CN105042548A”、专利名称为“一种过热蒸汽发生器”的中国专利的内容为：用泵向容器内加入水，容器内装有2组蒸发器盘管，水通过第一组盘管成为蒸汽，通过第二组盘管生成过热蒸汽，主要用于食品加工、杀菌和干燥。该专利的过热蒸汽产生和利用中仅限于200℃一下的区间，应用于食品加工和干燥。尚未关注到过热蒸汽的温度范围很大，并且，温度越高则在过热蒸汽的输送过程中保持温度，向热处理炉内送入和保持高质量的气体越困难，本发明则克服了上述不足。

公开号为“CN104540605”、专利名称为“热处理方法、热处理炉以及热处理系统”的中国专利公开了一种应用过热蒸汽热处理的方法、热处理炉以及热处理系统，该专利内容为：把工件和溶剂置于热处理炉中，通过加热热处理炉而加热工件和溶剂，溶剂升温而变成过热蒸汽，这样使工件置于溶剂气氛当中。该专利的过热蒸汽产生和利用中，强调需将热处理工件放入热处理炉内且放入过热蒸汽溶液中，在实际的过程中有些热处理工件是不能放入液体中的，如食品、木材、皮革制品等。所以，该现有技术方案的应用局限性很大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统及热处理方法。本发明将饱和蒸汽、过热蒸汽、热处理炉有机连接为一个整体，可产生低、中、高温过热蒸汽，应用范广大，温度上升快，炉内温度均匀。并通过设计循环回用系统，能够节约能源，最大限度地减少排放量。

根据本发明的一个方面，提供一种用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统，所述用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统包括产生100℃-200℃温度和压力具有对应的饱和蒸汽的蒸汽锅炉，将100℃-200℃的过热蒸汽加热至200℃-1000℃的过热蒸汽发生器，通入200℃-1000℃过热蒸汽作为传热介质的热处理炉，蒸汽锅炉、过热蒸汽发生器都与热处理炉连接，蒸汽锅炉与过热蒸汽发生器连接。

优选地，所述过热蒸汽发生器采用微压或常压。

优选地，所述热处理炉装有过热蒸汽进气管道和排气管道，过热蒸汽进气管道放置在热处理炉四周，并在进气管道上打孔，过热蒸汽经孔进入热处理炉内加热被处理物，热处理炉内装有电加热丝、电加热管作为辅助加热。

优选地，所述用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统包括第一废气循环回路控制阀、排蒸汽阀、压力表、温度传感器、第一安全阀、温度控制用接线端子、蒸汽流量调整阀、第二废气循环回路控制阀、第二安全阀、软水流量表、软水器、自来水阀、自来水管，第一废气循环回路控制阀、排蒸汽阀、压力表、温度传感器、第一安全阀都与热处理炉连接，第一安全阀、温度控制用接线端子、蒸汽流量调整阀、第二废气循环回路控制阀都与过热蒸汽发生器连接，蒸汽流量调整阀、第二安全阀、软水流量表、软水器都与蒸汽锅炉连接，软水器、自来水阀、自来水管依次连接。

优选地，所述过热蒸汽发生器包括加热器、进气口、内管道、外管道、隔热保温材料、外壳、废水排出口、过热蒸汽出口，加热器穿过内管道，进气口、过热蒸汽出口都与内管道连接，隔热保温材料位于外管道和外壳之间，内管道、外管道、隔热保温材料都位于外壳内，废水排出口与内管道的底端连接。

优选地，所述加热器采用电热管或天燃气加热管。

优选地，所述过热蒸汽出口和热处理炉之间通过管道连接，管道上装有阀门。

优选地，所述热处理炉包括压力传感器、温度传感器、辅助加热管、保温材料、内胆、过热蒸汽进口、循环回路、余热蒸汽出口、排气阀门、炉壳、炉盖，压力传感器位于炉盖内，炉盖固定于炉壳的顶端上，温度传感器位于内胆内，辅助加热管从过热蒸汽进口处延伸到保温材料的顶端处，保温材料位于炉壳的侧面，内胆位于炉壳内，过热蒸汽进口穿过保温材料后与内胆连通，循环回路穿过炉壳后与内胆连接，余热蒸汽出口、循环回路都与排气阀门连接。

本发明还提供一种用过热蒸汽作为传热载体的热处理方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属工件放入热处理炉内，密封炉盖，向炉内通入设定温度的过热蒸汽，工件暴露于过热蒸汽之中，从而工件被过热蒸汽加热；

步骤二，由于过热蒸汽的热传导远大于空气，过热蒸汽又有流动，根据检测，空气炉温度均匀性为±10℃，而通过热蒸汽后，炉温均匀性提高到±2℃；

步骤三，金属工件置于热处理炉中；

步骤四，镁合金经过过热蒸汽热处理后，表面耐腐蚀性能有极大的改善，将表面含油工件置于热处理炉内，在合适的温度和时间下，工件完成脱油脱脂处理；

步骤五，将高分子材料制造的工件置于该热处理炉内，在合适的温度和时间下，工件完成碳化处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的技术方案具有显著的技术进步，微氧的高温过热蒸汽必将在热处理、有机废弃物处理、废弃印刷电路板金属回收等行业取得广泛的应用；高分子材料制作的产品(如电路板、电器壳体、废旧导线、纺织品废料等)的回收处理已经是个各国共存的大问题，采用高温燃烧的氧化反应方式会产生大量的污染废气，如二噁英等；而采用无氧或微氧的高温过热蒸汽还原反应处理，使得高分子材料被碳化，避免或减少了这些废气的产生，并且夹带在这些具体产品中的贵金属、微量金属、常用金属还可回收再生利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统的原理框图；

图2为过热蒸汽发生器的结构示意图；

图3为热处理炉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统包括产生100℃-200℃温度和压力具有对应的饱和蒸汽的蒸汽锅炉1、将100℃-200℃的过热蒸汽加热至200℃-1000℃的过热蒸汽发生器2、通入200℃-1000℃过热蒸汽作为传热介质的热处理炉3，蒸汽锅炉1、过热蒸汽发生器2都与热处理炉3连接，蒸汽锅炉1与过热蒸汽发生器2连接。

本发明用过热蒸汽作为传热载体的热处理系统还可以包括第一废气循环回路控制阀4、排蒸汽阀5、压力表6、温度传感器7、第一安全阀8、温度控制用接线端子9、蒸汽流量调整阀10、第二废气循环回路控制阀11、第二安全阀12、软水流量表13、软水器14、自来水阀15、自来水管16，第一废气循环回路控制阀4、排蒸汽阀5、压力表6、温度传感器7、第一安全阀8都与热处理炉3连接，第一安全阀8、温度控制用接线端子9、蒸汽流量调整阀10、第二废气循环回路控制阀11都与过热蒸汽发生器2连接，蒸汽流量调整阀10、第二安全阀12、软水流量表13、软水器14都与蒸汽锅炉1连接，软水器14、自来水阀15、自来水管16依次连接。

过热蒸汽发生器采用微压或常压，安全可靠。过热蒸汽发生器的过热蒸汽的温度可达200-1000℃，过热蒸汽的温度可控和可调。过热蒸汽发生器的过热蒸汽含氧量为0.1-0.3％，被处理物不氧化(或微氧化)、不燃烧，不会产生二噁英等有害气体。水变成蒸汽，体积扩大约1600倍。500℃时，1m³的过热蒸汽热当量为958.6kj/m³，而热空气的热当量为238.6kj/m³。

热处理炉装有过热蒸汽进气管道和排气管道，过热蒸汽进气管道放置在热处理炉四周，并在进气管道上打孔，过热蒸汽经孔进入热处理炉内加热被处理物，热处理炉内可以装有电加热丝、电加热管作为辅助加热。

本发明用过热蒸汽作为传热载体的热处理方法，包括以下步骤：

步骤一，将待处理工件放入热处理炉内，密封热处理炉的炉盖，打开蒸汽锅炉的出口气阀，将设置好温度和流量的饱和蒸汽送入过热蒸汽发生器，在控制操作盘设置过热蒸汽的温度，向热处理炉内通入设定好流量和温度的过热蒸汽，工件暴露于过热蒸汽之中，从而工件被过热蒸汽加热；为了保证炉内的温升速度快和温度场的均匀性，打开受控制的辅助加热系统。

步骤二，由于过热蒸汽的热传导远大于空气，过热蒸汽又有流动，所以热处理炉的温度均匀性与空气炉相比较可得到很大改善，根据检测，空气炉温度均匀性为±10℃，而通过热蒸汽热处理炉后，炉温均匀性可提高到±2℃；

步骤三，待处理工件置于热处理炉中，工件不氧化(或微氧化)、不燃烧；

步骤四，镁合金经过过热蒸汽热处理后，表面耐腐蚀性能有极大的改善，将表面含油工件置于热处理炉内，在合适的温度和时间下，工件可完成脱油脱脂处理；

步骤五，将高分子材料制造的工件置于该热处理炉内，在合适的温度和时间下，工件可完成碳化处理，无公害或少公害，具有环境保护功能。

蒸汽锅炉技术已很成熟，市场有售。自来水通过软水器进入蒸汽锅炉内，蒸汽锅炉在合适压力下加热水，就得到大于100℃的饱和蒸汽，压力越大，蒸汽温度越高。对于本发明一般使用0.6Mpa，此时蒸汽温度约为160℃。

由蒸汽锅炉产生的100-160℃的饱和蒸汽通过管道进入过热蒸汽发生器，管道装有阀门，可调节蒸汽量的大小。

如图2所示，过热蒸汽发生器包括加热器21、进气口22、内管道23、外管道24、隔热保温材料25、外壳26、废水排出口27、过热蒸汽出口28，加热器21穿过内管道23，进气口22、过热蒸汽出口28都与内管道23连接，隔热保温材料25位于外管道24和外壳26之间，内管道23、外管道24、隔热保温材料25都位于外壳26内，废水排出口27与内管道23的底端连接。

由蒸汽锅炉产生的100-160℃的蒸汽流入过热蒸汽发生器中的内管道而被加热，加热后的过热蒸汽(200-1000℃)通过过热蒸汽出口流入热处理炉内。内管道和外管道都选用耐热不锈钢管。为防止热量损失，在外管道和外壳之间放置隔热保温材料。加热器可以采用电热管或天燃气加热管，结构简单，使用方便。过热蒸汽发生器使用后，可能会有残留水，通过废水排出口放出残留水。过热蒸汽出口和热处理炉之间可以通过管道连接，管道上装有阀门，可调节过热蒸汽流量大小。

如图3所示，热处理炉包括压力传感器31、温度传感器32、辅助加热管33、保温材料34、内胆35、过热蒸汽进口36、循环回路37、余热蒸汽出口38、排气阀门39、炉壳40、炉盖41，压力传感器31位于炉盖41内，炉盖41固定于炉壳40的顶端上，温度传感器32位于内胆35内，辅助加热管33从过热蒸汽进口36处延伸到保温材料34的顶端处，保温材料34位于炉壳40的侧面，内胆35位于炉壳40内，过热蒸汽进口36穿过保温材料34后与内胆35连通，循环回路37穿过炉壳40后与内胆35连接，余热蒸汽出口38、循环回路37都与排气阀门39连接。

过热蒸汽即可作为热源加热工件，也可作为载体使炉温更加均匀。辅助加热管可提高加热速度，并可使炉温达到比过热蒸汽更高的温度。调节排气阀门可使热处理炉内保持微压，可起到微压加热处理。工件热处理时，工件各表面均匀加热，并且不氧化。镁合金工件处理后，耐腐蚀性能可大幅度提高。

综上所述，本发明的技术方案具有显著的技术进步，微氧的高温过热蒸汽必将在热处理、有机废弃物处理、废弃印刷电路板金属回收等行业取得广泛的应用；高分子材料制作的产品(如电路板、电器壳体、废旧导线、纺织品废料等)的回收处理已经是个各国共存的大问题，采用高温燃烧的氧化反应方式会产生大量的污染废气，如二噁英等；而采用无氧或微氧的高温过热蒸汽还原反应处理，使得高分子材料被碳化，避免或减少了这些废气的产生，并且夹带在这些具体产品中的贵金属、微量金属、常用金属还可回收再生利用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。