CN100478637C - 一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备，其结构是：设有热处理炉、坩锅和热电偶；热处理炉采用双热电偶控温的井式外热坩锅热扩散处理炉，其包括一台井式外热坩锅TD盐浴覆层炉(11)和一台井式预热-回火炉；双热电偶与控制柜(16)相连，其中一根是测量坩锅外围温度的控温热电偶(7)，其通过井式加热炉子的侧面插入炉膛内，另一根是测量坩锅内盐浴温度的中心热电偶(9)，其通过炉盖(1)插入坩锅内盐浴中。本发明的优点是控温精确，设备使用寿命长，并且应用范围广，可以实现大、小工件的处理，适合于推广应用。

Description

一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备

技术领域

本发明涉及热扩散处理(TD处理)的使用设备领域，特别是一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备。

背景技术

TD处理虽然在国外已经被推广应用，但在我国由于存在一些技术难点：如盐浴老化及活化、工件变形，盐浴炉用金属材料及设备等问题，使得这一先进工艺在实际应用中存在一定难点，到目前为止，还基本上处于实验室研制阶段。而且实验室中使用的设备普遍采用外热式坩锅炉，该设备存在以下几个问题：

(1)传统的坩锅炉没有加装侧面热电偶，仅靠中心热电偶测温，其测得的盐浴温度与炉膛温度相差甚远，造成电炉丝烧断，坩锅烧穿，融盐温度不均；

(2)坩锅用材为1Cr18Ni9Ti，长期使用易被腐蚀；

(3)热电偶腐蚀严重，3、4炉后即会蚀穿、报废。

为此，我们开展了对处理设备的改进工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备，以克服现有设备存在的不足。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：采用双热电偶控温的井式外热坩锅热扩散处理炉，其包括一台井式外热坩锅TD盐浴覆层炉和一台井式预热-回火炉；双热电偶与控制柜相连，其中一根是测量坩锅外围温度的控温热电偶，其通过井式加热炉子的侧面插入炉膛内，另一根是测量坩锅内盐浴温度的中心热电偶，其通过炉盖插入坩锅内盐浴中。

本发明的优点是控温精确，设备使用寿命长，并且应用范围广，可以实现大、小工件的处理，适合于推广应用。

附图说明

图1是本发明的井式外热坩锅TD盐浴覆层炉11的结构示意图。

图2是井式外热坩锅TD盐浴覆层炉11的俯视图。

图3是井式外热坩锅TD盐浴覆层炉11的炉体和控制柜16的布置连接示意图。

具体实施方式

本发明提供的热扩散处理设备，其结构如图1和图2所示：采用双热电偶控温的井式外热坩锅热扩散处理炉，其包括一台井式外热坩锅TD盐浴覆层炉11(简称TD盐浴覆层炉)和一台井式预热-回火炉，TD盐浴覆层炉可配用多个不同规格大小的坩埚8，适合于各种大、小件的处理。双热电偶与控制柜16相连，其中一根是测量坩锅外围温度的控温热电偶7，其通过井式加热炉子即TD盐浴覆层炉的侧面插入炉膛内，其主要作用是测量炉膛内的温度和通过设置最高温度来控制炉子的实际温度；另一根是测量坩锅内盐浴温度的中心热电偶9，其通过炉盖1插入坩锅内盐浴中，这样得到的盐浴的温度会更准确，亦不会腐蚀热电偶。两支热电偶信号借助AI仪表联合控温，可准确控制温度及升温速度，又可避免烧断电炉丝。

坩埚8可由适当配比镍和铬的耐热耐蚀金属材料铸成，使用寿命长；其主要成分及百分含量为：Fe为10～30，Cr为10～30，Ni为40～80。

TD盐浴覆层炉可采用RJ₂系列的井式电阻炉，其技术参数为：额定功率为30～50KW，最高工作温度为1200℃，工作室尺寸建议为Φ(600～300)×500。TD盐浴覆层炉配用多种型号的坩锅8，可以作多种TD处理。坩埚8的底部可通过支架5固定在炉膛3内腔的底面上，坩埚8的上部的边沿下方设有固定圈2。序号4为炉膛外壳，炉膛3采用节能型耐火材料砌筑而成，耐火材料所砌炉膛与外壳的间隙均填满了绝热保温材料。加热元件6安装在炉膛3的搁砖上，该元件可选用耐高温的电阻丝。

预热-回火炉可采用RJ2系列的井式炉，其技术参数为：额定功率为15～30KW，最高工作温度为650℃。

通常新炉子都要进行烘炉，以除去炉内水份，提高绝缘性能，并使炉衬砌砖灰缝烧结，增强炉衬结构强度，经烘炉后的炉衬，还可减少使用过程中的因迅速升温导致耐火材料发生开裂而损坏炉衬的现象。

本处理设备可采用KRJ-60或其它型号的控制柜进行控温。该控制柜的输入采用数字校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格，测量精确稳定，可以达到±2℃的偏差。为了配合TD盐浴覆层炉和回火炉的使用，对应于TD盐浴覆层炉和回火炉的控制柜，它们各自的AI仪表在使用前必须对其输入、输出规格及功能要求来正确设置参数。

本处理设备安装时，TD盐浴覆层炉可根据车间具体情况自行布置。TD盐浴覆层炉与控制柜16的布置连接关系如图3所示：TD盐浴覆层炉通过电力线12、断路装置接线13、中心热电偶接线14、控温热电偶接线15与控制柜16的输出接口相连。但布置位置改变时管路线仍必须保持指定的接线位置。布置管子时应以最小的弯曲半径应大于管径的7～8倍。管子埋入地面时管子末端应在高于地面200mm的地方，并用螺帽旋紧和封死。

本处理设备每次工作开始时需要对空炉进行一定时间(例如1.2小时)的升温，这样可以去除炉中水分，提高绝缘性能。升温结束后，用车间起重设备将盛有处理用基盐的坩锅送入炉膛开始加热，但为了保证使用设备的安全使用，工作时需要采取阶段性升温，如200℃-400℃-600℃，依此类推直到处理需要的温度，这样可以避免电阻丝受损，而且会使炉温均匀。在工作过程中，控温热电偶测量所得温度数据输入到控电柜，当温度接近设定温度时，控电柜中的可控硅元器件开始工作，调整电流的输出，输出的电流大小开始降低，当温度达到设定温度时，电炉停止供电，但是由于温度上升的惯性，控温热电偶和中心热电偶由于升温的惯性温度继续上升，然后开始下降，当温度下降到一定温度时，电炉又开始输出电流，从电流表的指针可以看出，指针是间歇性摆动，不是一直稳定的输出最大电流，而是在根据测量得出的温度调整电流的大小，这样周期性的输出电流和停止输出电流，温度慢慢稳定到设定温度，此时即可实现长时间保温进行TD处理。

由于TD处理的盐浴，特别是采用硼砂盐浴时，腐蚀性很大，实践证明，一般夹具在两炉后，在其盐浴表面处即被腐蚀断，而坩埚用了八炉左右，即出现穿透现象，为此，需选择较佳的耐蚀材料，制作坩埚与夹具。实践表明，在硼砂浴中，镍对耐蚀性提高有较大贡献，但须与Cr元素结合才可得到较好的高温抗腐蚀性能，当Ni含量为40～80％，Cr含量为10～30％时较为理想，因此采用了由自己熔铸的主要成分为Fe-(10～30)％，Cr-(10～30)％及Ni-(40～80)％的材料来制成，而且，在小于工作室尺寸的条件下，坩锅可以根据厂家的需要设计成一系列不同规格的大小，以实现不同大小件的TD处理。当坩锅尺寸远小于工作室尺寸时，可以采用在炉膛中添加耐火砖，把坩锅垫置起来，并在炉膛端面设计一个圆环状的固定圈2，将坩锅稳固住。进行TD处理时，为了保证工件不与坩锅底部接触，设计了一个工件架来固定工件，以保证工件离坩锅底部有一定距离。工件架可用不锈钢材料焊接而成。

Claims (4)

1.一种精确控温且使用寿命长的热扩散处理设备，设有热处理炉、坩锅和热电偶，其特征是热处理炉采用双热电偶控温的井式外热坩锅热扩散处理炉，其包括一台井式外热坩锅TD盐浴覆层炉(11)和一台井式预热-回火炉；双热电偶与控制柜(16)相连，其中一根是测量坩锅外围温度的控温热电偶(7)，其通过井式加热炉子的侧面插入炉膛内，另一根是测量坩锅内盐浴温度的中心热电偶(9)，其通过炉盖(1)插入坩锅内盐浴中。

2.根据权利要求1所述的热扩散处理设备，其特征在于所述的坩埚(8)由耐热耐蚀金属材料铸成，其主要成分及百分含量为：Fe为10～30，Cr为10～30，Ni为40～80。

3.根据权利要求1所述的热扩散处理设备，其特征在于：井式外热坩锅TD盐浴覆层炉(11)为RJ₂系列的井式电阻炉，其额定功率为30～50KW，最高工作温度为1200℃。

4.根据权利要求1所述的热扩散处理设备，其特征在于：预热-回火炉采用RJ₂系列的井式炉，其额定功率为15～30KW，最高工作温度为650℃。

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