專利名稱：臥式無馬弗罐氣體滲氮爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬熱處理設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種用于周期式氣體滲氮作業(yè)的臥式無馬弗罐氣體滲氮爐。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的氣體滲氮和氣體氮碳共滲都?xì)w類于低溫化學(xué)熱處理范疇，其實(shí)這兩種熱處理工藝有很大差別，本發(fā)明則只涉及硬氮化，又稱純氨氮化所使用的周期式氣體滲氮爐。因?yàn)楝F(xiàn)在乃至今后進(jìn)行深層滲氮O Imm深層)，以及大型關(guān)鍵機(jī)械零件的氣體滲氮都依然須在周期式氣體滲氮爐中進(jìn)行。現(xiàn)實(shí)中，周期式氣體滲氮工藝自上世紀(jì)初誕生至今已近百年，但所用設(shè)備依舊為馬弗罐式氣體滲氮爐。時(shí)至今日，無論是國(guó)產(chǎn)亦或是進(jìn)口的用于周期式氣體滲氮作業(yè)的氣體滲氮爐統(tǒng)統(tǒng)為馬弗罐式氣體滲氮爐。氣體滲氮與氣體滲碳幾乎同時(shí)誕生于上世紀(jì)初，起始爐型都為馬弗罐式爐型。在市場(chǎng)和技術(shù)的雙重作用下，上世紀(jì)七十年代出現(xiàn)第一臺(tái)箱式多用爐后，氣體滲碳設(shè)備跨上無馬弗罐結(jié)構(gòu)的發(fā)展快速路，同時(shí)加速了滲碳專用儀器儀表、筑爐材料、尤其氣體滲碳技術(shù)的快速發(fā)展。氣體滲氮爐的發(fā)展軌跡應(yīng)與氣體滲碳是一致的，那就是用無馬弗罐式的新爐型取代馬弗罐式爐型已是必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)馬弗罐式氣體滲氮爐的氣密性與耐壓能力全部依賴馬弗罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且罐體還要承受工件的重量，同時(shí)作業(yè)空間也被限于罐內(nèi)，這對(duì)于氣氛的攪拌、測(cè)溫，控溫、升溫、降溫都帶來諸多不便。

氣體滲氮設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于氣體滲碳設(shè)備的原因是多方面的，其中原因之一是市場(chǎng)的開發(fā)遠(yuǎn)不及氣體滲碳工藝那樣廣泛，此外氣體滲氮工藝的研發(fā)遠(yuǎn)比氣體滲碳要復(fù)雜，而且這項(xiàng)技術(shù)與材料的關(guān)聯(lián)度更高，因而科研周期相對(duì)比較長(zhǎng)。當(dāng)前氣體滲氮工藝的主攻方向是提高滲速，現(xiàn)在增壓滲氮(壓力< 0.05Mpa)和高壓滲氮(壓力0.5 5Mpa)都顯著提高了滲速，因而提高滲氮壓力是滲氮工藝的一個(gè)發(fā)展方向。滲氮?dú)夥帐且环N易燃易爆氣體，提高馬弗罐的耐壓能力需進(jìn)一步加大馬弗罐壁厚，顯然這是不可取的。無馬弗罐氣體滲氮爐可以滿足氣體滲氮在壓力方面的技術(shù)要求。綜上所述，目前生產(chǎn)中所用的實(shí)施硬氮化作業(yè)的氣體滲氮爐，都是馬弗罐式爐型。這種爐型已不適應(yīng)諸多氣體滲氮新工藝的要求，此外汽車齒輪的硬化技術(shù)由滲碳淬火走向復(fù)合滲氮工藝已是眾望所歸，這項(xiàng)起步于上世紀(jì)八十年代的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目現(xiàn)已進(jìn)入綜合配套階段，亟待研發(fā)超大裝載量的快速氣體滲氮設(shè)備，因此氣體滲氮爐的更新?lián)Q代的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，正是這一技術(shù)背景我公司早在上世紀(jì)九十年代初就已展開快速氣體滲氮工藝和無馬弗罐氣體滲氮爐的研發(fā)工作。現(xiàn)已完成第三代無馬弗罐氣體滲氮爐的設(shè)計(jì)、制造，并取得了良好效果。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，在原有傳統(tǒng)的馬弗罐式氣體滲氮爐的基礎(chǔ)上更新?lián)Q代，提高氣體滲氮工藝加工的質(zhì)量，還在于為汽車變速器齒輪由滲碳淬火向復(fù)合滲氮工藝的轉(zhuǎn)型提供超大裝載量的臥式無馬弗罐氣體滲氮設(shè)備。本發(fā)明的具體內(nèi)容:一種臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，其特征在于:一個(gè)耐壓爐殼3，在耐壓爐殼外有水冷爐壁外殼4，在耐壓爐殼3，內(nèi)有爐子砌體(爐襯)12，耐壓爐殼的前方是耐壓水冷爐門1，在耐壓爐殼和耐壓水冷爐門之間有娃橡膠“O”型密封圈2 ;耐壓爐殼3下方有爐體鞍座18 ；爐體內(nèi)裝有導(dǎo)風(fēng)套7 ;爐體上方前端排列有前熱電偶口 5和前滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置6，爐體上方后端排列有后滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置10和后熱電偶口 11 ；爐體上方中間排列有進(jìn)氨口 8和出水口 9，在爐體后側(cè)面排列有爐壓傳感器接口 13、排氣口14、取樣口 15、真空抽氣口 16和爐壁進(jìn)水口 17 ;在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)上方裝有金屬電熱輻射管19，在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)下方裝有金屬管狀水冷換熱器22，在導(dǎo)風(fēng)套下方裝有裸露的金屬電熱絲21，在導(dǎo)風(fēng)套頂部的出風(fēng)口上方有攪拌葉輪23，攪拌葉輪上方連接滲氮爐用密封電機(jī)。所述金屬管狀水冷換熱器，有換熱器外套24，在換熱器外套內(nèi)有換熱器內(nèi)膽25，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽之間裝有 導(dǎo)熱材料27，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽下方連接換熱器底板29，換熱器底板連接換熱器聯(lián)接法蘭30 ;在換熱器內(nèi)膽內(nèi)裝有送水管26，在換熱器底板上有出水口 28。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本無馬弗罐氣體滲氮爐將對(duì)應(yīng)馬弗罐具有的密封、供熱和散熱三項(xiàng)基本功能組合成一臺(tái)裝置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作使用方便，適應(yīng)高氨高氫的高腐蝕性且易燃易爆的滲氮?dú)夥盏氖褂铆h(huán)境，降溫時(shí)間可縮短到4 8小時(shí)，這大大縮短了滲氮周期。該爐型在提高滲速、節(jié)能、降低氨氣消耗量，縮短工藝周期及實(shí)現(xiàn)超大裝載量和異型零件滲氮方面發(fā)揮作用。它是馬弗罐式氣體滲氮爐的換代爐型。


附圖1是臥式無馬弗罐氣體滲氮爐結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是臥式無馬弗罐氣體滲氮爐發(fā)熱體與水冷換熱器布置示意圖。附圖3是水冷換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:I耐壓水冷爐門，2娃橡膠“O”型密封圈,3耐壓爐殼,4水冷爐壁外殼,5前熱電偶口，6前滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置，7導(dǎo)風(fēng)套，8進(jìn)氨口，9出水口，10后滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置，11后熱電偶口，12爐子砌體爐襯，13爐壓傳感器接口，14排氣口，15取樣口，16真空抽氣口，17爐壁進(jìn)水口，18爐體鞍座，19金屬熱輻射管，20滲氮爐用密封電機(jī)，21裸露的金屬電熱絲，22金屬管狀水冷換熱器，23攪拌葉輪，24換熱器外套，25換熱器內(nèi)膽，26送水管，27導(dǎo)熱材料，28出水口，29換熱器底板，30換熱器聯(lián)接法蘭。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的三項(xiàng)內(nèi)容具體實(shí)施實(shí)例作詳細(xì)說明。附圖1是本發(fā)明內(nèi)容之一所述的滲氮爐氣密性與耐壓設(shè)計(jì)示意圖，以本公司最新研制成功的臥式無馬弗罐氣體滲氮爐的實(shí)例說明其實(shí)施方法。
一種臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，其特征在于:一個(gè)耐壓爐殼3，在耐壓爐殼外有水冷爐壁外殼4，在耐壓爐殼3內(nèi)有爐子砌體(爐襯)12，耐壓爐殼的前方是耐壓水冷爐門1，在耐壓爐殼和耐壓水冷爐門之間有娃橡膠“O”型密封圈2 ;耐壓爐殼3下方有爐體鞍座18 ；爐體內(nèi)裝有導(dǎo)風(fēng)套7 ;爐體上方前端排列有前熱電偶口 5和前滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置6，爐體上方后端排列有后滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置10和后熱電偶口 11 ；爐體上方中間排列有進(jìn)氨口 8和出水口 9，在爐體后側(cè)面排列有爐壓傳感器接口 13、排氣口14、取樣口 15、真空抽氣口 16和爐壁進(jìn)水口 17 ;在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)上方裝有金屬熱輻射管19，在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)下方裝有金屬管狀水冷換熱器22，在導(dǎo)風(fēng)套下方裝有裸露的金屬電熱絲21，在導(dǎo)風(fēng)套頂部的出風(fēng)口上方有攪拌葉輪23，攪拌葉輪上方連接滲氮爐用密封電機(jī)20。所述金屬管狀水冷換熱器，有換熱器外套24，在換熱器外套內(nèi)有換熱器內(nèi)膽25，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽之間裝有導(dǎo)熱材料27，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽下方連接換熱器底板29，換熱器底板連接換熱器聯(lián)接法蘭30 ;在換熱器內(nèi)膽內(nèi)裝有送水管26，在換熱器底板上有出水口 28。在馬弗罐式氣體滲氮爐中，以上內(nèi)容均與馬弗罐放生關(guān)聯(lián)，這將使馬弗罐的設(shè)計(jì)制造過于復(fù)雜，現(xiàn)實(shí)條件下馬弗罐不可能實(shí)現(xiàn)以上面面俱到的設(shè)計(jì)。附圖2是本發(fā)明內(nèi)容之二、之三所述的內(nèi)熱式發(fā)熱體及內(nèi)置水冷換熱器的布置示意圖。

以上發(fā)明集中體現(xiàn)了一種全新的爐溫?zé)峥刂圃O(shè)計(jì)方案，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)氣體滲氮爐的無馬弗罐化的更新?lián)Q代提供了完備的技術(shù)支持。附圖3是本發(fā)明內(nèi)容之三所述的金屬管狀水冷換熱器結(jié)構(gòu)示意圖，常規(guī)換熱器的設(shè)計(jì)思想只注重?fù)Q熱效率就足夠了，但氣體滲氮爐中的金屬換熱器除此之外更注意換熱器的安全。本發(fā)明臥式無馬弗罐氣體滲氮爐。設(shè)備全高2800mm寬2300mm。經(jīng)生產(chǎn)應(yīng)用表明，氨消耗量下降50%，工藝周期縮短50%，能耗下降30%。爐門采用液壓開合和液壓自動(dòng)鎖緊的新型設(shè)計(jì)方案。其發(fā)明內(nèi)容包括三個(gè)部分，即滲氮爐的氣密性與耐壓設(shè)計(jì)、滲氮爐的熱控制、滲氮爐的降溫，以上三方面的發(fā)明是實(shí)現(xiàn)馬弗罐式氣體滲氮爐向無罐爐轉(zhuǎn)型的三個(gè)基本要素，而且必須同時(shí)具備上述三要素，否則就無法在無馬弗罐式滲氮中進(jìn)行周期式氣體滲氮作業(yè)。發(fā)明內(nèi)容之一為滲氮爐的氣密性與耐壓設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)馬弗罐式氣體滲氮爐的氣密性與耐壓能力全部依賴馬弗罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且罐體還要承受工件的重量，同時(shí)作業(yè)空間也被限于罐內(nèi)，這對(duì)于氣氛的攪拌、測(cè)溫，控溫、升溫、降溫都帶來諸多不便。針對(duì)馬弗罐式氣體滲氮爐的上述缺陷，本發(fā)明去除馬弗罐，以帶水冷爐壁的爐殼取代馬弗罐的氣密性功能，其耐壓能力將取決滲氮工藝條件的要求而定，此時(shí)爐殼已是按壓力容器來設(shè)計(jì)制造了。這一新的設(shè)計(jì)思想徹底擺脫了以馬弗罐為核心部件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為爐型的空間設(shè)計(jì)全部根據(jù)工件尺寸、工藝要求和生產(chǎn)綱領(lǐng)而定，而不必考慮馬弗罐的鑄造、焊接成型能力及其使用壽命。這一改動(dòng)的重要性還表現(xiàn)為氣氛攪拌能力的大幅提高，這是實(shí)現(xiàn)溫度和氣氛均勻性唯一手段，其結(jié)果可將溫度的均勻提高到土 rc，氣氛的均勻性可達(dá)氫含量值1%，這是傳統(tǒng)馬弗罐式氣體滲氮爐難以啟及的指標(biāo)。此時(shí)設(shè)備耐壓能力將可達(dá)到工藝要求的所需指標(biāo)，且安全可靠。其經(jīng)濟(jì)效益還表現(xiàn)為節(jié)約氨氣消耗量在40%以上。發(fā)明內(nèi)容之二為發(fā)熱元件為二元特征，即爐內(nèi)發(fā)熱體為金屬電熱輻管與電熱合金絲(帶)兩種共存。歷經(jīng)長(zhǎng)期的研發(fā)工作發(fā)現(xiàn)，一般裝載量在5t以下的無馬弗罐爐氣體滲氮爐采用金屬電熱輻射管這種單一發(fā)熱體形式可以滿足加熱功率的要求，但對(duì)于制造裝載量在20t以上大型無罐爐時(shí)，在維持合理的發(fā)熱體表面負(fù)荷的前提下只有通過增加輻射管的數(shù)量才能獲得足夠的加熱功率，而過多的輻射管勢(shì)必增加爐壁開孔數(shù)量從而加大結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的工作量，而且將擠占較多的爐膛空間。為了提高單位爐膛容積的功率值，采用了上述的二元發(fā)熱體，將預(yù)氧化溫度提高到460°C，這期間爐內(nèi)氣氛為非滲氮?dú)怏w，因此可以直接用電熱合金絲(帶)供熱，而在460°C均溫和預(yù)氧化工藝結(jié)束后停止電熱合金絲(帶)工作，改用金屬電熱輻射管供熱。這種發(fā)熱體的配置方式可以減少輻射管的用量并擴(kuò)大爐膛的有效工作容積，同時(shí)也延長(zhǎng)了輻射管的使用壽命，這是一項(xiàng)一舉多得的設(shè)計(jì)方案。這一發(fā)明徹底解決了井式、罩式、臥式無馬弗罐氣體滲氮爐的發(fā)熱體設(shè)計(jì)和布置難題。發(fā)明內(nèi)容之三是置于爐膛內(nèi)的金屬管狀水冷換熱器。這種換熱器的特點(diǎn)為它是雙層的，外面的一層管壁裸露在爐內(nèi)，里面這層管壁只接觸空氣和水，兩層管壁之間填充Al2O3或MgO2微粉。這種特殊的設(shè)計(jì)緣于爐內(nèi)氨氣和氫氣對(duì)金屬的不利影響。多次的急冷將使暴露在爐內(nèi)變脆的金屬管發(fā)生開裂，水一旦在高溫下進(jìn)入爐膛則會(huì)產(chǎn)生爆炸的嚴(yán)重后果。本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案經(jīng)多年的實(shí)用證明是可靠的。這種水冷換熱器可將工件出爐溫度降至50°C，而有罐爐的工件出爐溫度為150 180°C。換出的熱水用于其他工業(yè)目的。這一方法將氣體滲氮的能耗進(jìn)一步降低。現(xiàn)有技術(shù)中滲氮爐冷卻均是將熱量散到大氣中，而且通過馬弗罐壁的降溫一般也要長(zhǎng)20 40小時(shí)，本發(fā)明可縮短到4 8小時(shí)，這大大縮短了滲氮周期。 以上發(fā)明內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)馬弗罐的密封、供熱和散熱三項(xiàng)基本功能。當(dāng)將馬弗罐集于一身的功能分解成三個(gè)獨(dú)立的器件時(shí)，無論是井式、罩式亦或是臥式氣體滲氮爐，只需將這三項(xiàng)發(fā)明進(jìn)行不同的組合即可完成一臺(tái)無馬弗罐氣體滲氮爐的設(shè)計(jì)與制造。爐殼及爐門為可承受> 0.2Mpa壓力而無泄漏的壓力容器。內(nèi)置發(fā)熱體為金屬電熱輻射管+裸露在爐內(nèi)的電熱合金絲(帶)發(fā)熱體，供熱方式呈二元特征。內(nèi)置金屬管狀水冷換熱器用于回收余熱和使工件降溫。其爐型為井式，罩式。內(nèi)置發(fā)熱體只為金屬電熱輻射管，而無內(nèi)置的電熱合金絲(帶)發(fā)熱體。將如上結(jié)構(gòu)特征的爐型用于罩式氫氣保護(hù)退火爐，這將在冶金行業(yè)中推廣這一發(fā)明，通過能量回收而大幅度降低熱處理能耗。以上發(fā)明內(nèi)容看似簡(jiǎn)單實(shí)則來之不易，面對(duì)高氨高氫的高腐蝕性且易燃易爆的滲氮?dú)夥眨恳豁?xiàng)發(fā)明都需經(jīng)過嚴(yán)格生產(chǎn)檢驗(yàn)，材料的匹配，否則將會(huì)出現(xiàn)安全事故。無馬弗罐氣體滲氮爐的研發(fā)成功將使?jié)B氮工藝性能得到一次質(zhì)的飛躍，而且其具有優(yōu)異的節(jié)能效果。這一爐型將使氣體滲氮爐 進(jìn)入當(dāng)代高端熱處理設(shè)備范疇。
權(quán)利要求
1.一種臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，其特征在于:一個(gè)耐壓爐殼(3)，在耐壓爐殼外有水冷爐壁外殼(4)，在耐壓爐殼(3)內(nèi)有爐子砌體爐襯(12)，耐壓爐殼的前方是耐壓水冷爐門(1)，在耐壓爐殼和耐壓水冷爐門之間有硅橡膠“O”型密封圈(2);耐壓爐殼(3)下方有爐體鞍座(18);爐體內(nèi)裝有導(dǎo)風(fēng)套(7);爐體上方前端排列有前熱電偶口(5)和前滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置(6)，爐體上方后端排列有后滲氮爐用密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置(10)和后熱電偶口(11);爐體上方中間排列有進(jìn)氨口(8)和出水口(9)，在爐體后側(cè)面排列有爐壓傳感器接口( 13)、排氣口( 14)、取樣口( 15)、真空抽氣口( 16)和爐壁進(jìn)水口( 17);在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)上方裝有金屬電熱輻射管(19)，在爐體內(nèi)的導(dǎo)風(fēng)套外兩側(cè)下方裝有金屬管狀水冷換熱器(22)，在導(dǎo)風(fēng)套下方裝有裸露的金屬電熱絲(21 )，在導(dǎo)風(fēng)套頂部的出風(fēng)口上方有攪拌葉輪(23 )，攪拌葉輪上方連接滲氮爐用密封電機(jī)(20 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，其特征在于:所述金屬管狀水冷換熱器，有換熱器外套(24)，在換熱器外套內(nèi)有換熱器內(nèi)膽(25)，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽之間裝有導(dǎo)熱材料(27)，在換熱器外套和換熱器內(nèi)膽下方連接換熱器底板(29)，換熱器底板連接換熱器聯(lián)接法蘭(30 );在換熱器內(nèi)膽內(nèi)裝有送水管(26 )，在換熱器底板上有出水口(28)。
全文摘要
一種臥式無馬弗罐氣體滲氮爐，由耐壓爐殼、水冷爐壁外殼和爐子砌體爐襯與耐壓水冷爐門組成爐體，爐體內(nèi)裝有導(dǎo)風(fēng)套；爐體上方排列有熱電偶口、密封電機(jī)與攪拌葉輪裝置，爐體上有進(jìn)氨口、出水口。爐體后側(cè)面排列上有爐壓傳感器接口、排氣口、取樣口、真空抽氣口和爐壁進(jìn)水口。在爐體內(nèi)有金屬電熱輻射管和金屬電熱絲和金屬管狀水冷換熱器。其具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作使用方便，適應(yīng)高氨高氫的高腐蝕性且易燃易爆的滲氮?dú)夥盏氖褂铆h(huán)境，該爐型在提高滲速、節(jié)能、降低氨氣消耗量，實(shí)現(xiàn)超大裝載量和異型零件滲氮方面發(fā)揮作用。
文檔編號(hào)C23C8/24GK103074573SQ201310053939
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
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