CN103542719A - 一种连续高温氮化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明的连续高温氮化炉炉壳内，分段分别砌筑了不同材质与不同厚度的保温材料和耐火内衬。在留出的长条空腔隧道中或安装滑道，或安装转辊，移动物或以滑道推板运动或辊底式推板运动或辊底转动运动。在耐火内衬与匣钵和待烧目标物之间的间隙中，沿纵向分成两个或两个以上的段带，其中一部分段带的间隙安装了发热元件，而另一部分则是自由空间。本发明的连续高温氮化炉能在真空或可控制的气氛，如氮气氛、高压气氛、还原气氛中烧结含碳、碳化物、氮化物、硼化物和金属的陶瓷制品及其它易氧化材料。实现了产品的连续产出，运转效率大大提高，生产能力增强，劳动环境改善，自动化程度提高，节能降耗效果明显，具有明显的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种烧成设备，具体地说，涉及一种耐火材料、陶瓷、金属材料、电子材料及元器件在特殊气氛下的烧结与热处理窑炉。
背景技术
碳化硅制品、氮化硅制品、金属制品、其它含碳制品、碳化物、氮化物和含金属的材料在高温下烧结，一般地说需要在真空、氮气及其它无氧气氛中进行。
通常的做法是将待烧结产品放入匣钵并埋入碳粒中，即埋碳法烧结。埋碳烧结可以在隧道窑中进行，这种方法的缺点是窑炉的空间利用率低，劳动强度大，操作环境差，成品率低，且难以使制品中的金属反应生成氮化物。为使坯体中的金属全部转化为氮化物，人们又向匣钵中集中通入高纯氮气或氨，这样只能改为固定窑车的间歇窑，仍未解决空间利用率低能耗大的问题，同时出现了周转慢的问题。对此方法的改进是选用电热法烧结，它是在电炉内通入高纯氮氢混合气或氨将空气中的氧气驱赶并在高温下将制品氮化。这种方法取得了一定的实效，但仍然避免不了固有的问题，即氧气驱赶不尽，氮化气氛(氮分压)不能大范围调节，氢气具有爆炸的危险，周转慢。本发明人曾提出过高温真空氮化炉，可以解决空间利用率低和气氛控制的问题，周转慢，效率低仍然存在。
因此，一种气氛可控制，空间利用率高，效率高且周转快的新型窑炉是实践中迫切需要的。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供一种既能在真空中烧结，又能在控制的气氛下连续对制品烧结或热处理的隧道式高温氮化炉。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉中，炉内移动物移动方式包括滑道推板式和辊底推板式或辊底转动式。在文件的陈述中，均以滑道推板式为蓝本。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉的炉壳内，分段分别砌筑了不同材质与不同厚度的保温材料和耐火内衬，在留出的长条空腔(即隧道)中安装了供承载着待烧目标物的匣钵滑行的滑道，在耐火内衬与匣钵和待烧目标物之间的间隙中，沿纵向分成两个或两个以上的段带，其中一部分段带的间隙安装了电热材料制成的发热元件，而另一部分间隙则是自由空间。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉的炉壳采用全密封结构，炉壳上设置的电缆由外入里与电热材料连接的电极孔和检修孔以及温度压力探孔均有螺旋压紧密封。运行中移动物所需进出炉门设在炉壳的两头，其炉门是便于快速开关且密封性能较好的。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉的另一种结构是炉门不直接对外，而是与两个同向布置的密闭匝道密封相接，而两匝道均在远离炉体的端头开门，其门也可快速开关并在关闭状态下具有严密的密封性能。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉加热段中发热体元件布置在内衬与移动物的上下间隙或左右间隙或所有间隙，纵向上它们分成二组或多组，并分组设测温点和控制设备分别控制。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉所用电热材料是从Fe-Cr-Al合金丝、Ni-Cr丝、硅碳棒、硅钼棒、碳棒、碳管、石墨板、其它含碳材料、氮化钛和含氮化钛发热材料，钼丝、钼棒和铂金丝等材料中根据使用温度和气氛的要求而选定的一种材料或多种材料的组合。最重要的是这种选定的材料或材料组合在所处的温度下在真空或控制气氛中能长期稳定使用而不被环境气氛所腐蚀。
本发明所述的隧道式连续高温氮化炉的隧道的纵向不是水平的，而是与水平方向有一个倾角以增加移动物运动的动力，同时减少移动物之间，尤其是在加热段的挤压力。在炉顶设置有安全阀、压力表和热电偶；在炉壳设置有排气孔及位于底部的溢流孔。在炉门、检修门及其它开口处均有循环水冷却和密封橡胶环，并用螺旋压紧原理密封。在炉墙的外壁设置有强制冷却用的循环水管，在炉顶外壳布置有喷淋管和集水槽。
本发明所述的高温氮化炉由于密封性好，能在真空或可控制的气氛，如氮气氛、高压气氛、还原气氛中烧结含碳、碳化物、氮化物、硼化物和金属的陶瓷制品及其它易氧化材料。
由于烧成品以一个较短的时间间歇逐一推出，实现了产品的连续产出，运转效率大大提高，生产能力增强，劳动环境改善，自动化程度提高，节能降耗效果明显，是已有任何气氛炉不能比拟的。
附图说明
图1是本发明所述的连续高温氮化炉的示意图。图中说明如下：1-推动机构，2-进口匝道，3-滑台或传送带，4-N2气及废气出口，5-电热材料，6-内衬，7-第一加热段，8-第二加热段，9-第三加热段，10-第四加热段，11-第一冷却段，12-待烧目标物，13-匣钵，14-第二冷却段，15-滑道，16-出口匝道，17-N2气进口。
图2是图1的纵向俯视剖面示意图。图中说明如下：1-进炉匝道，2-匣钵，3-待烧目标物，4-推动机构，5-第一加热段，6-第二加热段，7-第三加热段，8-第四加热段，9-第一冷却段，10-发热体元件，11-第二冷却段，12-内衬，13-出炉匝道，14-空匣钵回送带。
具体实施方式
参见图1，本发明所述的氮化炉包括能够承受大于0.3MPa压力、在纵向上外形大小不同的炉壳，炉壳的两端均开口或开门供匣钵和待烧目标物推入与推出，开口外分别是进炉和出炉匝道，匝道为水平安装的有密封外壳的通道，其内安装滑台或传送带，在其离开炉体的一头开门，此门可以快速关闭，并能保证真空与压力下具有可靠的密封性能。炉壳内不同段砌筑有不同的保温材料和耐火内衬，中间留出长条形空腔。在空腔的下部砌筑安装了耐高温、摩擦小、耐磨损并抗控制气氛腐蚀的材料作为滑道，便于承载待烧目标物的匣钵在其上面移动。这样空腔内就有承载待烧目标物的匣钵与耐火内衬之间的间隙，它将被分成两个或两个以上的段带，其中一部分段带的间隙安装发热体元件，而另一部分段带则是自由空间。在发热体端头露出保温材料的附近炉壳开设检修和操作孔便于发热体的安装与损坏后的补换。不同段内的发热体元件若干组用一个控制柜控制，这样整个加热系统由多个控制系统分段控制在规定的不同的温度范围内，以满足工艺规程的要求。
发热体采用前述所列材料做元件，其规格和参数应符合设计要求，并使其使用中有一定的富余能力。发热体元件的材料必须是在高温下在控制气氛中能长期稳定运行且不被腐蚀的，以免经常性的发热体更换而影响氮化炉的正常运行。
本连续高温氮化炉的另一种实现方式是采用辊道式的输送方式完成待烧目标物的炉内连续运行，此时待烧目标物可以放入匣钵中运行，而对于有一定砖坯强度且形状适合的待烧目标物，也可以不要匣钵承载。在这一方式中，空腔内不必安装滑道，但在保温材料和炉壳之间必须留出较大空间来安装辊棒的驱动机构，并在相应的炉壳位置开很多检修孔并在运行时确保密封。在隧道倾斜或两侧有限位的情况下，驱动机构可仍由炉头的推动机构代替而使结构简化。
工作过程：
仅以隧道推板窑型为例。
在建设安装和调试成功的连续高温氮化炉后，将进炉和出炉端匝道的进门或出门封闭严密。对整个连续高温氮化炉及其附属匝道抽真空，将其中空气排出干净，再通入纯净的氮气或其它控制气氛。启动控制系统，将各加热段的发热体通电，使其对相应段内衬、匣钵和待烧目标物、滑道等加热到工艺规定的温度并保持恒定。
将氮气或其它控制气氛从出炉匝道的出口门内通入，使其在冷却匣钵和烧成品的同时，使自身被加热到高温，逆流沿炉内流动，经过高温段后，又将热能释放给进入炉内的匣钵和待烧目标物，并使自身冷却后与待烧目标物释放的废气一起经排气孔排出进炉匝道外。
将待烧目标物稳定地码放在匣钵中，快速打开进炉匝道的进口门，并将装好待烧目标物的匣钵放进匝道内传送带或滑台上正确的位置，迅速关上匝道进口门，启动传送带或滑台推动机构，使传送带或滑台上的匣钵前进一个匣钵的距离，使传送带或滑台上第一个匣钵与连续高温氮化炉的滑道对齐，停止滑台或传送带，启动推动机构，将传送带上第一个匣钵推入炉内，并使炉内滑道上的匣钵分别前进一个位置，因而滑道上最前沿的一个匣钵也被推入到出炉匝道的传送带或滑台上，然后停止推动机构。打开出炉匝道出口门，启动出炉匝道内的传送带，将其上的匣钵推出一个到匝道门外，迅速关门，取出其中烧成的成品，再放入待烧目标物，进入第二轮循环。间隔一个规定的时间后重复前述各项操作，这样周而复始，不断循环，待目标物不断进入，烧成品不断推出并取出，窑炉处于连续运行。
Claims (7)
1.一种连续高温氮化炉，其特征是在全密封的炉壳内，分段分别砌筑了不同材质与不同厚度的保温材料和耐火内衬，在留出的长条空腔(即隧道)中安装了供承载着待烧目标物的匣钵滑行的滑道，在耐火内衬与匣钵和待烧目标物之间的间隙中，沿纵向分成两个或两个以上的段带，其中一部分段带的间隙安装了电热材料制成的发热元件，而另一部分间隙则是自由空间。
2.一种连续高温氮化炉，其特征是在全密封的炉壳内，分段分别砌筑了不同材质与不同厚度的保温材料和耐火内衬，在留出的长条空腔(即隧道)中水平均匀平行地安装了高温耐火辊棒供待烧目标物或匣钵滑行或滚动，在耐火内衬与辊棒和移动物之间的间隙中，沿纵向分成两个或两个以上的段带，其中一部分段带的间隙安装了电热材料制成的发热元件，而另一部分间隙则是自由空间。
3.根据权利要求1和2所述的连续高温氮化炉，其特征是其炉壳采用全密封结构，炉壳上设置的电缆由外入里与电热材料连接的电极孔和检修孔以及温度压力探孔均有螺旋压紧密封。运行中移动物所需进出炉门设在炉壳的两头，其炉门是便于快速开关且密封性能较好的。
4.根据权利要求1和2所述的连续高温氮化炉，其特征是炉门不直接对外，而是与两个同向布置的密闭匝道密封相接，而两匝道均在远离炉体的端头开门，其门也可快速开关并在关闭状态下具有严密的密封性能。
5.根据权利要求1和2所述的连续高温氮化炉，其特征是加热段中所述发热体元件布置在内衬与移动物的上下间隙或左右间隙或所有间隙，纵向上它们分成二组或多组，并分组设测温点和控制设备分别控制。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的连续高温氮化炉，其特征是所用电热材料是从铁-铬-铝丝、镍-铬丝、硅碳棒、硅钼棒、碳棒、碳管、含碳制品、石墨板、TiN与含TiN材料、钼丝、钼棒和铂金丝等材料中根据使用温度和气氛的要求而选定的一种材料或多种材料的组合，它们具有在所处温度范围在N2气中或控制气氛中长期稳定使用而不被环境气氛腐蚀的特性。
7.根据权利要求1、2、3和4所述的连续高温氮化炉，其特征是隧道的纵向不是水平的，而是与水平方向有一个小于90度的夹角以增加移动物运动的动力，同时减少移动物之间的挤压力。
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