CN102409283B

CN102409283B - 一种可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置

Info

Publication number: CN102409283B
Application number: CN 201110387748
Authority: CN
Inventors: 周有臣; 丛培武; 宋家奇; 王学敏; 周新宇; 杜春辉; 王赫; 李勇; 崔红娟; 赵民
Original assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Current assignee: Beijing Research Institute of Mechanical and Electrical Technology
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN102409283A

Abstract

一种可高效清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，包括若干炉内喷管及相应的炉内充气管路，炉内喷管环绕在电极引出棒外围，与电极引出棒不接触，炉内喷管上开有若干喷管吹气孔，这些喷管吹气孔正对着绝缘件和加热元件电极之间的空隙；自洁装置与真空低压渗碳设备外部充气装置和外部抽气装置相连，充气装置通过炉内充气管路从炉内喷管向绝缘件和加热元件电极之间的空隙充气，将绝缘件表面积炭吹落。吹落的炭黑随抽真空通过抽气装置排出炉外。本发明可在不停炉、不拆炉胆条件下，实现对真空低压渗碳设备内电极引出绝缘件上附着的炭黑快速自动清理。降低清理炭黑的工作量，减少停炉维修频率，提高设备利用率，有助于安全使用真空低压渗碳炉。

Description

一种可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置

技术领域

本发明属于真空热处理设备技术领域，具体涉及一种在真空低压渗碳设备中，实现自动清理真空低压渗碳设备炉胆电极引出部位积炭的高效自洁装置。

背景技术

渗碳热处理在金属热加工中应用非常广泛，几乎所有的传动部件、耐磨部件都需要渗碳处理。

真空高温低压渗碳技术采用乙炔气为渗碳介质，采用独特的低压脉冲真空渗碳技术和专用的高温渗碳工艺，实现高精度的零件真空渗碳。其技术优于目前常用的传统气体渗碳设备，解决了传统气体渗碳无法克服的难题。

1、传统的气体渗碳原理：

2C₃H₈＋3O₂＋12N₂→6CO＋8H₂+12N₂①

C₄H₁₀＋2O₂＋8N₂→4CO＋5H₂＋8N₂ ②

2CO→C＋CO₂ ③

传统的气体渗碳一般采用丙烷或丁烷作为渗碳气，气体在炉内受热进行分解（如①、②式所示）生成CO，CO再进行反应（（如③式所示））产生活性碳原子，碳原子在工件表面附着并向工件内部扩散实现渗碳过程。

气体渗碳难以解决的问题：

（1）如①、②式所示在反应气体中含有氧气，因此在渗碳过程中，不可避免的会在金属零件表面形成内氧化层（亦称为晶间氧化层），而且内氧化层在传统的气体渗碳设备中是无法去除的。内氧化层的形成会急剧破坏零件的耐磨性和抗疲劳强度，导致金属零件渗碳质量不稳定和使用寿命的降低，会造成最终主机（工程机械、汽车等）的传动部件的寿命下降、噪音增大、耗能提高等不利后果。

（2）金属表面一旦形成内氧化层之后，它在工件表面会形成不连续的氧化膜，阻碍着碳原子将工件内部扩散，因此传统的气体渗碳普遍存在渗碳时间长，耗能严重的问题。

（3）传统的气体渗碳设备自始至终需要不断的通入各种气体，调整碳势。因此气体消耗量大、电能消耗大、废气（温室气体）排放量大，不符合当今节能、环保的发展趋势。

（4）传统的气体渗碳设备由于自身构炉材料的限制，只能在950℃以下工作，不能够通过提高温度来提高渗碳速度，同时对于1000℃以上的不锈钢渗碳更是无能为力。

2、真空高温低压渗碳原理：

C₂H₂→2C+H₂。④

（1）真空高温低压渗碳设备（如④式所示），只采用乙炔作为渗碳介质，无含氧气体的介入，可以彻底解决内氧化的难题，其渗层质量可以得到大幅度提高。

（2）金属表面无内氧化层的影响，渗碳速度可以大幅度提高。

（3）采用脉冲式渗碳工艺，可以降低生产用气、用电消耗，降低生产成本。同时无温室气体排放，是真空的节能环保型的设备。

（4）真空高温低压渗碳设备最高工作温度为1300℃，通过适当的提高渗碳温度，可使渗碳速度成倍提高。

（5）真空高温低压渗碳设备不仅可以进行零件的渗碳，也可以进行工模具等材料的淬火，设备利用效率高。

因此与传统的气体渗碳设备相对比，真空高温低压渗碳设备在实现高精度的真空渗碳的同时，可以最大程度缩短渗碳工艺时间,提高生产效率；彻底杜绝晶界氧化层，提高渗层质量，提高零件渗碳后表面的耐磨性和抗疲劳强度；并具有节能、节气、环保的特点。

真空低压渗碳炉在生产过程中，乙炔气受热分解会产生出活性碳原子，活性碳原子渗入金属零件表面实现渗碳。但在渗碳的同时，不可避免会有一部分剩余活性碳原子不参与金属零件的渗碳过程，会沉积在炉胆内形成炭黑，对设备造成污染。炭黑作为导体，一旦在炉胆内加热元件电极引出绝缘件上沉积附着，就会影响设备绝缘性能。当沉积附着到一定程度后，设备绝缘就会被破坏，就必须停炉维修，否则易造成安全事故。传统的清理方式是将炉胆整体移出炉外，更换相应的绝缘件。采用传统的清理方式，设备维护保养工作量大，同时会影响生产的连续性。

发明内容

为了克服现有的清理真空低压渗碳设备炉胆内绝缘件上积炭时，需停炉维修，影响生产连续性的不足，本发明的目的在于：提供一种可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，该自洁装置可在不停炉、不拆炉胆的条件下，实现自动快速地清理掉沉积在绝缘件上的炭黑，并且该自洁装置结构简单，可以定期自动清理绝缘件上的炭黑，而不需要将炉胆整体移出炉外进行大修，可以降低设备清理积炭的维护工作量，减少停炉频率，有助于安全使用真空低压渗碳炉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，所述的自洁装置进气端与真空低压渗碳设备外部充气装置相连，真空自洁装置排气端与真空低压渗碳设备外部抽气装置相连，低压渗碳设备装有若干加热元件电极，每个加热元件电极的下部为电极引出棒，在电极引出棒四周设有绝缘件保护。所述的清理绝缘件炭黑的自洁装置包括若干炉内喷管及相应的炉内充气管路，所述的炉内充气管路安装在炉胆外壳上，所述的炉内喷管与炉内充气管路相连接，炉内喷管也固定在炉胆外壳上；所述的炉内喷管为圆环状，环绕在电极引出棒外围，与电极引出棒不接触，炉内喷管上开有若干喷管吹气孔，这些喷管吹气孔正对着绝缘件和加热元件电极之间的空隙；与自洁装置相连的真空低压渗碳设备外部充气装置通过自洁装置的炉内充气管路向炉内喷管里充气。

所述的设备外部充气装置包括依次相连的储气罐、手动截止阀、充气阀；设备外部的抽气装置包括依次相连的冷却器、抽气阀、炭黑捕集器、真空泵。

由于本发明在真空低压渗碳设备每只发热体电极引出绝缘件处中增加一套炉内喷管，喷管上开有对着绝缘件的喷管吹气孔，并且本发明装置与炉外储气罐、手动截止阀、减压阀、充气阀相连接。当绝缘件处产生积炭需要清理时，打开充气阀，本发明装置可以自动向绝缘件表面高速喷射高压氮气，将绝缘件表面积炭吹落。然后打开抽气装置中的真空泵和抽气阀对炉内抽真空，吹落的炭黑会随着抽真空的过程进入抽真空管路，排出炉外。在抽真空管路上安装有炭黑捕集器，由炉外排出的炭黑会被收集在炭黑捕集器中，不会污染真空泵。

由于采用上述技术方案，使本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

可以在不停炉、不拆炉胆的条件下，实现对真空低压渗碳设备内电极引出绝缘件上附着的炭黑进行快速、自动清理。本发明装置清理炭黑简便可靠，该技术的应用将大幅度降低真空低压渗碳炉清理炉内炭黑的维护工作量，减少停炉维修频率，有助于安全使用真空低压渗碳设备。本发明所用的装置结构简单，可以在国产或进口的所有类型真空低压渗碳设备上通用。因此，本发明是一种高效的真空低压渗碳炉的炭黑自洁装置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是装有本发明自洁装置的真空低压渗碳设备及其外部相应设备组成的自洁系统示意图。

图2是本发明可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置的整体结构示意图。

图3是图2中绝缘件及炉内喷管、炉内充气管路的结构示意图。

图4是图3中炉内喷管的俯视示意图。

图中，1.渗碳设备炉胆，2.炉胆隔热层，3.渗碳喷嘴，4.抽气接管，5.加热元件，6.加热元件电极，7.炉内充气管路， 8.炉内喷管，9.进气孔，10.喷管吹气孔，11.储气罐，12.手动截止阀，13.减压阀，14.充气阀，15.自洁装置，16.冷却器，17.抽气阀，18.炭黑捕集器，19.真空泵，20.绝缘件，21.电极引出棒，22.连接接头。

具体实施方式

图1和图2所示为本发明可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置及其外部相应设备组成的自洁系统的一个实施例，该实施例是真空高温低压渗碳设备研发项目之一，该真空高温低压渗碳设备是“十一五”期间国家“高挡数控机床与基础制造装备”科技重大专项在真空热处理领域支持的唯一主机研发项目。

请参见图1所示，装有本发明清理绝缘件炭黑的自洁装置15的渗碳炉与其外部的渗碳设备的充气装置及抽气装置相连，共同组成自洁系统。该自洁系统的充气装置包括依次相连的储气罐11、手动截止阀12、减压阀13、充气阀14，该充气装置与渗碳炉的进气端相连；渗碳炉的排气端与抽气装置相连，该抽气装置包括依次相连的冷却器16、抽气阀17、炭黑捕集器18及真空泵19。

请参见图2和图3所示，本发明自洁装置安装在真空低压渗碳设备每只发热体电极引出绝缘件处，在该渗碳设备炉胆1上装有若干渗碳炉用的渗碳喷嘴3，渗碳炉与抽气装置相连接的一侧设有抽气接管4，该抽气接管4从炉胆隔热层2和渗碳设备炉胆1穿出。真空低压渗碳设备内装有若干加热元件5和加热元件电极6，每只加热元件电极6的下部为电极引出棒21，在电极引出棒21四周设有绝缘件20。本实施例中加热元件电极6为一根圆棒，绝缘件20为在圆棒周围的带肩陶瓷管。本发明清理绝缘件炭黑的自洁装置包括若干炉内喷管8和相应的炉内充气管路7，炉内充气管路7安装在炉胆外壳上，炉内喷管8与炉内充气管路7相连接，炉内喷管8也固定在炉胆外壳上。如图4所示，炉内喷管8为圆环形，环绕在电极引出棒21外围，与电极引出棒21不接触，炉内喷管8上开有若干喷管吹气孔10，这些喷管吹气孔10正对着绝缘件20和加热元件电极6之间的空隙所形成的进气孔9。自洁装置15与真空低压渗碳设备炉外充气装置相连，该充气装置通过与连接接头22相连的炉内充气管路7从炉内喷管8的喷管吹气孔10向进气孔9里充气。

本发明自洁装置的工作过程如下：

当绝缘件处产生积炭需要清理时，打开充气阀14，本发明装置可以自动向绝缘件20表面高速喷射高压氮气，将绝缘件20表面积炭吹落。然后打开真空泵19和抽气阀17对炉内抽真空，吹落的炭黑会随着抽真空的过程进入抽真空管路，排出炉外。在抽真空管路上安装有炭黑捕集器18，由炉外排出的炭黑会被收集在炭黑捕集器18中，不会污染真空泵。

Claims

1.一种可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，所述的自洁装置进气端与真空低压渗碳设备外部充气装置相连，自洁装置排气端与真空低压渗碳设备外部抽气装置相连，低压渗碳设备装有若干加热元件电极，每个加热元件电极的下部为电极引出棒，在电极引出棒四周设有绝缘件保护，其特征在于：所述的清理绝缘件炭黑的自洁装置包括若干炉内喷管及相应的炉内充气管路，所述的炉内充气管路安装在炉胆外壳上，所述的炉内喷管与炉内充气管路相连接，炉内喷管也固定在炉胆外壳上；所述的炉内喷管为圆环状，环绕在电极引出棒外围，与电极引出棒不接触，炉内喷管上开有若干喷管吹气孔，这些喷管吹气孔正对着绝缘件和加热元件电极之间的空隙；与自洁装置相连的真空低压渗碳设备外部充气装置通过自洁装置的炉内充气管路向炉内喷管里充气。

2.根据权利要求1所述的可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，其特征在于：所述的设备外部充气装置包括依次相连的储气罐、手动截止阀、充气阀；设备外部的抽气装置包括依次相连的冷却器、抽气阀、炭黑捕集器、真空泵。

3.根据权利要求1所述的可自动清理真空低压渗碳设备绝缘件炭黑的自洁装置，其特征在于：所述的加热元件电极为一根圆棒，绝缘件为圆棒周围的带肩陶瓷管。