CN104110960A - 高精密电热氮化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精密电热氮化炉，包括炉体及炉内砌体，炉门、炉盖，炉内氮气输送及均温系统，电加热系统，送风及排烟系统，DCS控制系统；炉体为内、外双层框架结构，内、外框架的之间间隙设置；炉内氮气输送及均温系统包括开设在砌体侧墙夹层内的氮气输送通道，均布开设在砌体侧墙内表面与氮气输送通道相通的氮气出口，水平固定在砌体侧墙上部的高速射流引射喷管，电加热系统由硅碳棒电加热元件和安装在壳体侧壁上具有中空水冷通道的电极组成；送风及排烟系统包括砌体侧墙夹层内的送风通道和排烟通道。本发明优点在于结构科学合理，大大提高了炉内氮气的均匀性和温度的均匀性，炉内氮化反应控制精度高。

Description

高精密电热氮化炉

技术领域

本发明涉及工业氮化炉，尤其是涉及高精密电热氮化炉。

背景技术

氮化硅结合碳化硅制品生产必须在高温真空氮化气氛炉内烧成完成，高温、高真空、高纯度的氮化环境、高精度精细化控制方式直接决定着产品质量的性能和生产成本。目前，国、内外普遍采用的氮化烧成炉容积均在4～8立方米，存在生产效率低，单位产品电耗高的不足。由于密封措施不理想，真空度达不到，使得氮气的纯度就难以保证，产品氮化率低。同时，由于氮化硅制品的烧成过程中制品对环境条件比较敏感，特别是氮气浓度、温度、压力影响最大。氮化反应是放热的过程，温度高会促进氮化反应加剧，但过快的氮化反应释放热量也会导致制品烧坏，因此需要有效的控制手段，确保制品反应过程平缓而稳定的进行。在生产过程中除了完成装炉-加热-密封程序，还应根据氮化反应速率反复的抽真空-充氮气进行气体置换操作，目前生产方式均为人工凭经验进行控制操作，存在炉内环境控制精度低，质量波动大等问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种高精密电热氮化炉。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的高精密电热氮化炉，包括炉体及炉内砌体，炉门、炉盖，炉内氮气输送及均温系统，电加热系统，送风及排烟系统，DCS控制系统；所述炉体为内、外双层框架结构，所述外层框架由型钢组成的上开口壳体结构，所述上开口壳体的侧壁上开设有炉车进出口，所述炉盖、炉门分别与所述壳体的上开口和炉车进出口密封滑动配合，在壳体的侧壁上设置有与其内腔相连通的抽真空管道；所述内层框架为由钢结构支架和固定在其上的砌体所组成的窑体，对应于所述炉车进出口位置的窑体侧壁开设有炉车通道口；所述内、外框架的之间间隙设置；所述炉内氮气输送及均温系统包括：开设在所述砌体侧墙夹层内的氮气输送通道，均布开设在砌体侧墙内表面与所述氮气输送通道相通的氮气出口，水平固定在砌体侧墙上部的多个高速射流引射喷管，所述多个高速射流引射喷管进气口和氮气输送通道均通过管道与外部氮气源连通；所述电加热系统由垂直向下安装在砌体顶壁上的硅钼棒或硅碳棒电加热元件，和以楔形密封方式安装在所述壳体侧壁上具有中空水冷通道的电极组成；所述送风及排烟系统包括砌筑在所述砌体侧墙夹层内的送风通道和排烟通道，所述送风通道、排烟通道分别通过管道密封延伸出炉体之外，送风通道的出风口、排烟通道的抽烟口分别开设在砌体侧墙内表面的上部和下部。

所述炉门、炉盖与所述外层框架的上开口、炉车进出口之间的密封分别采用双重唇形密封结构；所述送风通道砌筑在所述砌体侧墙上部夹层内，所述排烟通道砌筑在所述砌体侧墙下部夹层内。

本发明优点在于结构科学合理，大大提高了炉内氮气的均匀性和温度的均匀性，炉内氮化反应控制精度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的I-I向剖视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的高精密电热氮化炉，包括炉体及炉内砌体1，炉门2、炉盖3，炉内氮气输送及均温系统，电加热系统，送风及排烟系统，DCS控制系统（DistributedControlSystem，分散控制系统或集散控制系统）；所述炉体为内、外双层框架结构，所述外层框架由型钢组成的上开口壳体4结构，所述上开口壳体4的侧壁上开设有炉车进出口5，所述炉盖3、炉门2与所述壳体4的上开口、炉车进出口5分别采用双重唇形密封方式滑动配合，在壳体4的侧壁上设置有与其内腔相连通的抽真空管道16；所述内层框架为由钢结构支架6和固定在其上的砌体1所组成的窑体，对应于所述炉车进出口5位置的窑体侧壁开设有炉车通道口7；所述内、外框架的之间间隙设置；所述炉内氮气输送及均温系统包括：开设在所述砌体1侧墙夹层内的氮气输送通道8，均布开设在砌体1侧墙内表面与所述氮气输送通道8相通的氮气出口，水平固定在砌体1侧墙上部的多个高速射流引射喷管9，所述多个高速射流引射喷管9进气口和氮气输送通道8的输送管道17均与外部氮气源连通；所述电加热系统由垂直向下安装在砌体1顶壁上的硅钼棒或硅碳棒电加热元件10，和以楔形密封方式安装在所述壳体4侧壁上具有中空水冷通道的电极11组成；所述送风及排烟系统包括砌筑在所述砌体1侧墙上部夹层内的送风通道12和下部夹层内的排烟通道13，所述送风通道12的出风口、排烟通道13的抽烟口分别开设在砌体1侧墙内表面的上部和下部；送风通道12、排烟通道13分别通过送风管道14、排烟管道15密封延伸出炉体之外，延伸出炉体之外的送风管道14通过由所述DCS控制系统控制的电控阀与鼓风机的鼓风口连通，延伸出炉体之外的排烟管道15通过由所述DCS控制系统控制的电控阀与抽风机的抽风口连通。

本发明工作原理简述如下：

1、炉体采用内、外双层框架结构，外层框架由型钢组成，因此提高了炉体承受炉腔内压力的能力；内、外双层框架之间间隙设置，确保砌体1不受窑体钢结构变形的影响，同时有利于砌体1内的水分排出及降低炉体壳体4温度的作用。

2、炉门2和炉盖3需要经常进行开、闭操作，炉门2、炉盖3除了要满足自身较高的强度外，还要保证密封才能实现炉内的高压高真空的环境要求；炉门2、炉盖3与壳体4的上开口、炉车进出口5采用双重唇形滑动密封结构，保证了炉门2、炉盖3即使在轻微变形情况下也可达到正负压密封。

3、炉内制品反应的均匀性和一致性，需要靠氮气的均匀性和温度的均匀性保证。向炉内送的氮气，首先经过炉内砌体1夹层内的氮气输送通道8进行预热到高温，然后通过均匀分布于砌体1侧墙表面的氮气出口送至制品周围，避免低温氮气涌入影响局部温度低及气氛的不均匀，造成反应过程的不一致。采用高速射流引射喷管9以氮气为扰动介质，高速喷射的氮气气流将安装在砌体1侧墙上的电加热元件10发热体附近的热量带到远离发热体的地方如制品的底部，多个高速射流引射喷管9组成窑内气流循环环路，带动炉腔内气氛和温度的均匀。

4、氮化炉采用硅钼棒和硅碳棒进行加热，功率非常大，通入炉内的电流最大数千安，因此采用具有中空水冷通道的电极11，电极11以楔形密封方式安装在所述壳体4侧壁上，密封性能可靠。

5、送风排烟的过程是将炉外的风置换炉内的烟气，由于炉外的风温度较低，通入炉内会造成局部温度过低不利于杂质排除，因此将来自送风管道14的风首先进入砌筑在砌体1侧墙上部夹层内的送风通道12内预热，将进入窑体内的冷空气对制品的影响降至最低。排烟通道13砌筑在砌体1侧墙下部夹层内，多个抽烟口均布开设在砌体1侧墙内表面的下部，所述DCS控制系统通过对抽力的分析计算，调整各个抽烟口的大小均衡窑内的抽力，确保远离抽烟口的地方烟气能够抽出。

6、DCS控制系统对窑炉烧成进行过程控制，集中操作，分散控制，分级管理，配置灵活，控制精度高。通过组态软件设计，实现友好人机交互界面，对于重要的数据如三线不平衡度、反应速率等进行运算，为操作和判断提供可靠的参考依据。同时搭建能源管理系统，对窑炉烧成全过程的能耗进行监视，为工艺的优化提供参考。

7、烟气通过高温抽风机引出后，进入一次换热系统加热空气，换热后的洁净热空气用于制品坯体的干燥。换热后的烟气通过二次换热系统加热水，加热后的水用于工人洗浴，实现余热的高效利用。

Claims (2)

1.一种高精密电热氮化炉，包括炉体及炉内砌体，炉门、炉盖，炉内氮气输送及均温系统，电加热系统，送风及排烟系统，DCS控制系统；其特征在于：所述炉体为内、外双层框架结构，所述外层框架由型钢组成的上开口壳体结构，所述上开口壳体的侧壁上开设有炉车进出口，所述炉盖、炉门分别与所述壳体的上开口和炉车进出口密封滑动配合，在壳体的侧壁上设置有与其内腔相连通的抽真空管道；所述内层框架为由钢结构支架和固定在其上的砌体所组成的窑体，对应于所述炉车进出口位置的窑体侧壁开设有炉车通道口；所述内、外框架的之间间隙设置；所述炉内氮气输送及均温系统包括：开设在所述砌体侧墙夹层内的氮气输送通道，均布开设在砌体侧墙内表面与所述氮气输送通道相通的氮气出口，水平固定在砌体侧墙上部的多个高速射流引射喷管，所述多个高速射流引射喷管进气口和氮气输送通道均通过管道与外部氮气源连通；所述电加热系统由垂直向下安装在砌体顶壁上的硅钼棒或硅碳棒电加热元件，和以楔形密封方式安装在所述壳体侧壁上具有中空水冷通道的电极组成；所述送风及排烟系统包括砌筑在所述砌体侧墙夹层内的送风通道和排烟通道，所述送风通道、排烟通道分别通过管道密封延伸出炉体之外，送风通道的出风口、排烟通道的抽烟口分别开设在砌体侧墙内表面的上部和下部。

2.根据权利要求1所述的高精密电热氮化炉，其特征在于：所述炉门、炉盖与所述外层框架的上开口、炉车进出口之间的密封分别采用双重唇形密封结构；所述送风通道砌筑在所述砌体侧墙上部夹层内，所述排烟通道砌筑在所述砌体侧墙下部夹层内。