CN104294207A - 一种氮化炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化炉系统，所述氮化炉系统包括第一氮化炉和第二氮化炉，所述第一氮化炉和第二氮化炉中间连接有气体控制站。所述第一氮化炉包括基座、料筐、内胆、中心导气管、保温外壳，所述料筐吊装在基座上，所述内胆和保温外壳通过锁紧装置固定连接在基座上，所述中心导气管设置在第一氮化炉中间。本发明的有益效果如下：1）采用两个氮化炉切换生产实现了氮化铁合金的连续生产，效率大大提高； 2）采用热交换系统，充分利用物料余热，且加快冷却速度，既环保又经济；3）采用物料两面加热的方法，增大了单批物料的加入量，提高了效率和产品氮含量的稳定性；4）整体结构设计巧妙，整个技术方案占地面积小，成本较低，便于大规模的推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁合金氮化炉，具体地说是一种氮化炉系统，属于机械设备技术领域。
背景技术
氮是奥氏体稳定化元素并有延缓碳化物析出的功能，它能够提高钢的强度和耐蚀性，被认为是最有研究和开发价值的新材料之一，因此高氮钢生产工艺的研究与开发成为各国关注和发展的焦点。而生产高氮钢最理想的办法就是加入含氮铁合金。目前国内实现工业化的铁合金氮化工艺主要有两种：常压氮化法和预抽真空压力氮化法，不管哪种方法都存在一些问题，1）现有技术中为了防止氮化铁合金氧化，氮化反应后的高温成品必须密封冷却后才能出炉，而目前的冷却技术主要采用随炉冷却或者在反应罐外壁强迫冷却的方法，这两种方法都浪费了产物的热能和降低了冷却效率；2）现有技术中基本不能实现连续生产，因而生产周期长效率低；3）现有技术中对金属物料的加热都是单面加热，上辐射或者圆筒外周加热，所以物料厚度太厚会导致加热温度不均，从而导致产品氮含量不稳定。因此，迫切需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种氮化炉系统，该装置整体结构设计巧妙，操作方便，整个技术方案结构紧凑，占地面积小，热量利用率高，能够连续生产，降低企业生产成本和稳定产品质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉系统包括第一氮化炉和第二氮化炉，所述第一氮化炉和第二氮化炉中间连接有气体控制站。该技术方案中第一氮化炉和第二氮化炉是两个完全相同的氮化炉，为了叙述方便，第一氮化炉简称氮化炉A，第二氮化炉简称氮化炉B。
作为本发明的一种改进，所述第一氮化炉包括基座、料筐、内胆、中心导气管、保温外壳，所述料筐吊装在基座上，所述内胆和保温外壳通过锁紧装置固定连接在基座上，所述中心导气管设置在第一氮化炉中间。
作为本发明的一种改进，所述氮化炉还包括加热元件，所述加热元件设置在料框的两侧，所述内胆设置在保温外壳和加热元件之间。所述加热元件可以设置为电阻丝或者硅碳棒或者其他加热元件，该加热元件主要对料框内的物料进行加热。
作为本发明的一种改进，所述料框为环形或者是数个环形分布的单元，料框环形中心设置有中心导气管，所述中心导气管的另一端通过氮化炉中心管接口连接气体控制站。
作为本发明的一种改进，所述基座和料框之间设置有隔热透气砖，所述隔热透气砖的厚度为150～300mm，根据实际情况自行选择，优选为180—260mm，通过锁紧装置将内胆以及外壳固定在氮化炉基座上，料框中的热量穿过透气隔热砖进入回气环管，进而到达气体控制站进行热量的转换与传递。
作为本发明的一种改进，所述氮化炉保温外壳上还设置有氮气压力平衡管，所述氮气压力平衡管一端连接氮化炉，另一端通过平衡管接口与气体控制站相连接，所述氮气压力平衡管是金属软管。
作为本发明的一种改进，所述氮化炉的底部还连接有回气环管，所述回气环管一端连接氮化炉底部与透气隔热砖接通，另一端通过环管接口连接气体控制站，确保氮化炉内部压力平衡。
作为本发明的一种改进，所述氮化炉底部还设置有电源过线孔和热电偶过线孔，所述过线孔与基座的装配是密封和绝缘的；用于穿过电源线以及热电偶线，对其进行保护。
作为本发明的一种改进，所述气体控制站包括PSA制氮机，真空泵以及高温循环风机，所述PSA制氮机两端均设置有氮气电磁阀，所述氮气电磁阀两侧均连接有放空电磁阀以及平衡电磁阀，所述真空泵的两侧均连接有氮气炉真空电磁阀，所述高温循环风机的一侧连接有中心管吸气选通电磁阀、中心管直通环管电磁阀，另一侧连接环管进气选通电磁阀。
一种氮化炉系统的操作工艺，其特征在于，包括氮化炉准备工艺和氮化炉冷却出炉工艺，所述氮化炉准备工艺流程如下，料框装料，料框吊装入炉子基座，吊装内胆至基座并通过锁紧装置锁紧，吊装保温外壳至基座并锁紧，连接平衡软管接口，打开氮化炉真空电磁阀和氮化炉平衡电磁阀抽真空，达到预设真空度，关闭氮化炉真空电磁阀；所述氮化炉冷却出炉工艺流程如下，打开氮化炉放空电磁阀，放空炉内压力后关闭氮化炉放空电磁阀和氮化炉平衡电磁阀，分离平衡软管接口，打开保温外壳的锁紧装置，带走保温外壳，内胆进行水雾喷淋冷却至120°，打开内胆的锁紧装置并调离炉基座，把料框调离基座并倒出成品料。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下： 1）、该技术方案采用A、B两个氮化炉的切换生产实现了氮化铁合金的连续生产，整个生产工艺紧凑，效率大大提高；； 2）该技术方案设置了热交换系统，该系统开创性的使用透气隔热砖，所述透气隔热砖一方面在氮化反应时阻隔热传导，另一方面在氮化结束后进行冷却时可将氮化炉内部的热量与冷物料进行热交换，该系统充分利用了氮化反应后物料的热能，并且加快了冷却速度，提高了经济效益和生产效率；3）该炉采用物料两面加热的方法，同样的温差比传统方法物料厚度增厚一倍，增大了单批物料的加入量，提高了效率，并且提高了炉温的均匀性，从而提高了产品氮含量的稳定性；4）整体结构设计巧妙，拆卸维修方便，整个技术方案占地面积小，成本较低，便于大规模的推广使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明氮化炉放大结构示意图；
图3为本发明气体控制站结构示意图；
图4为回气环管俯视图；
图5为锁紧装置俯视图；
图6为本发明两个氮化炉切换工艺流程图；
图7为A炉准备工艺流程图；
图8为A炉冷却出炉工艺流程图；
图9为B炉准备工艺流程图；
图10为B炉冷却出炉工艺流程图；
图中：1、炉子基座，2、内胆，3、保温外壳，4、锁紧装置，5、料框，6、加热元件，7、透气加热转，8、中心导气管，9、回气环管，10、氮气压力平衡管，11、电源过线孔，12、热电偶过线孔，13、气体控制站。
a、制氮机，b、真空泵，c、高温循环风机，d、A炉氮气电磁阀，e、B炉氮气电磁阀，f、A炉平衡电磁阀，g、B炉平衡电磁阀，h、A炉真空电磁阀，i、B炉真空电磁阀，j、A炉中心管吸气选通电磁阀，k、B炉中心管吸气选通电磁阀，l、A炉中心管直通B炉环管电磁阀，m、B炉中心管直通A炉环管电磁阀，n、A炉环管进行选通电磁阀，o 、B炉环管进行选通电磁阀，p、A炉放空电磁阀，q、B炉放空电磁阀。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
实施例1：参见图1、图2，一种氮化炉系统，所述氮化炉系统包括两个氮化炉，即氮化炉A和氮化炉B，所述氮化炉A和氮化炉B中间连接有气体控制站13，该技术方案中氮化炉A和氮化炉B结构完全相同，在具体的应用中，第一氮化炉和第二氮化炉的结构不一定完全相同；所述氮化炉包括氮化炉基座1、料筐5、内胆2、中心导气管8、保温外壳3，所述料筐5吊装在基座1上，所述内胆2和保温外壳3通过锁紧装置4固定连接在基座1上，所述中心导气管8设置在氮化炉A中间；其中料框5内设置有氮化锰，所述保温外壳3设置在内胆2的外面，所述氮化炉还包括加热元件6，所述加热元件6设置在料框5的两侧，其中一侧的加热元件设置在中心气管上，另外一侧的加热元件设置在支架上，支架在图中未标记，所述内胆2设置在保温外壳3和加热元件6之间，所述加热元件6可以设置为电阻丝或者硅碳棒或者其他加热元件，该加热元件主要对料框内的物料进行加热；所述料框5为环形或者是数个环形分布的单元，料框环形中心设置有中心导气管8，所述中心导气管8的另一端通过氮化炉中心管接口连接气体控制站13。
实施例2：参见图1、图2、图5，作为本发明的一种改进，所述基座1和料框5之间设置有隔热透气砖7，所述隔热透气砖7的厚度为150～300mm，根据实际情况自行选择，优选为180—260mm，通过90度旋转液压缸锁紧装置4将内胆2以及外壳13固定在氮化炉基座1上，料框5中的热量穿过透气隔热砖7进入回气环管9，进而到达气体控制站进行热量的转换与传递。透气隔热砖7一方面在氮化反应时阻隔热传导，另一方面在氮化结束后进行冷却时可将氮化炉内部的热量与冷物料进行热交换，该系统充分利用了氮化反应后物料的热能，并且加快了冷却速度，提高了经济效益和生产效率；其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例3：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述氮化炉保温外壳上还连接有氮气压力平衡管10，所述氮气压力平衡管一端连接氮化炉，另一端通过平衡管接口与气体控制站13相连接，所述氮气压力平衡管是金属软管。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例4：参见图1、图2、图4，作为本发明的一种改进，所述氮化炉的底部还连接有回气环管9，所述回气环管9一端连接氮化炉底部与透气隔热砖7接通，另一端通过环管接口连接气体控制站13，确保氮化炉内部压力平衡。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例5：参见图1、图2，作为本发明的一种改进，所述氮化炉底部还设置有电源过线孔11和热电偶过线孔12，用于穿过电源线以及热电偶线，对其进行保护，所述过线孔与基座的装配是密封和绝缘的。其余结构和优点与实施例1完全相同。
实施例6：参见图1、图3，作为本发明的一种改进，所述气体控制站包括PSA制氮机a，真空泵b以及高温循环风机c，所述PSA制氮机两端均设置有氮气电磁阀,即A炉氮气电磁阀d和B炉氮气电磁阀e，所述A炉氮气电磁阀d同时连接A炉放空电磁阀p和A炉平衡电磁阀f，所述A炉平衡电磁阀连接A平衡管接口 ；所述B炉氮气电磁阀e同时连接B炉放空电磁阀q和B炉平衡电磁阀g；所述真空泵b的两侧分别连接有A炉真空电磁阀h和B炉真空电磁阀i；所述高温循环风机c的一端同时连接有A中心管吸气选通电磁阀j、B中心管吸气选通电磁阀k、A中心管吸气选通电磁阀j另一端连接A管中心管接口和A炉中心管直通B炉环管电磁阀l；所述B中心管吸气选通电磁阀k另一端连接B中心管接口，通过B炉中心管直通A炉环管电磁阀m连接A环管接口；所述高温循环风机c的另一端通过A炉环管进气选通电磁阀n连接A环管接口，通过B炉环管进气选通电磁阀o连接A环管接口。其余结构和优点与实施例1完全相同。
工作原理如下：参见图6、氮化炉A、B准备工艺以及冷却出炉工艺流程如下，
参见图7，A炉准备工艺流程如下，料框5装料，料框5吊装入炉子基座1，吊装内胆2至基座1并通过锁紧装置4锁紧，吊装保温外壳3至基座1并锁紧，连接平衡软管接口，打开A炉真空电磁阀h和A炉平衡电磁阀f抽真空，达到预设真空度，关闭A炉真空电磁阀h。
参见图8，A炉冷却出炉工艺流程如下，打开A炉放空电磁阀p，放空炉内压力后关闭A炉放空电磁阀p和A炉平衡电磁阀f，分离平衡软管接口，打开保温外壳的锁紧装置，带走保温外壳3，内胆2进行水雾喷淋冷却至120°，打开内胆的锁紧装置并调离炉基座，把料框5调离基座1并倒出成品料。
参见图9，B炉的准备工艺流程与A路相同，具体如下，料框5装料，料框吊装入炉子基座，吊装内胆至基座并锁紧，吊装保温外壳至基座并锁紧，连接平衡软管接口，打开B炉真空电磁阀i和B炉平衡电磁阀g抽真空，达到预设真空度，关闭B炉真空电磁阀i。
参见图10，B炉冷却出炉工艺流程与A炉相同，具体如下，打开B炉放空电磁阀q，放空炉内压力后关闭B炉放空电磁阀q和B炉平衡电磁阀g，分离平衡软管接口，打开保温外壳的锁紧装置，带走保温外壳，内胆进行水雾喷淋冷却至120°，打开内胆的锁紧装置并调离炉基座，把料框调离基座并倒出成品料。
氮化炉A、B切换生产工艺流程如下：参见图6，
0： A炉准备工艺，B炉反应结束，关闭B炉氮气电磁阀e，
1：打开A炉中心管吸气选通电磁阀j，B炉环管进行选通电磁阀o ，B炉中心管直通A炉环管电磁阀m，A、B 炉均压；
2：启动高温循环风机，A炉升温,B炉降温；
3：A、B炉等温后停止风机，关闭A炉中心管吸气选通电磁阀j，B炉环管进行选通电磁阀o ，B炉中心管直通A炉环管电磁阀m；
4A炉送电升温至反应温度打开A炉氮气电磁阀d充氮至反应压力5～10kg进行反应，B炉冷却出炉工艺；
5：A炉反应结束，关闭d阀，B炉准备工艺；
6：打开B炉中心管吸气选通电磁阀k，A炉环管进行选通电磁阀n，A炉中心管直通B炉环管电磁阀l，氮化炉A、B炉均压；
7：启动高温循环风机，B炉升温，A炉降温；
8：氮化炉A、B等温后停止风机，关闭B炉中心管吸气选通电磁阀k，A炉环管进行选通电磁阀n，A炉中心管直通B炉环管电磁阀l；
9：A炉冷却出炉工艺，B炉送电升温至反应温度，打开e阀充氮至反应压力5～10kg进行反应。
该工艺中，如果氮化炉A、B都是冷态，并且假设A炉先启动加热，则A炉准备工艺0步后第1、2、3步工艺可以直接跳过，直接进入第4步工艺，当A炉完成第5步工艺时，B炉同时完成第5步的准备工艺，然后同步进入第6步，随后的步骤依次进行，同理也可以完成B炉先启动加热的情况。
本发明还可以将实施例2、3、4、5、6所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (10)
1.一种氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉系统包括第一氮化炉和第二氮化炉，所述第一氮化炉和第二氮化炉中间连接有气体控制站。
2.根据权利要求1所述的氮化炉系统，其特征在于，所述第一氮化炉包括基座、料筐、内胆、中心导气管、保温外壳，所述料筐吊装在基座上，所述内胆和保温外壳通过锁紧装置固定连接在基座上，所述中心导气管设置在第一氮化炉中间。
3.根据权利要求2所述的氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉还包括加热元件，所述加热元件设置在料框的两侧，所述内胆设置在保温外壳和加热元件之间。
4.根据权利要求3所述的氮化炉系统，其特征在于，所述料框为环形或者是数个环形分布的单元，料框环形中心设置有中心导气管，所述中心导气管的另一端通过氮化炉中心管接口连接气体控制站。
5.根据权利要求2或3或4所述的氮化炉系统，其特征在于，所述基座和料框之间设置有隔热透气砖，所述隔热透气砖的厚度为150～300mm。
6.根据权利要求5所述的氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉保温外壳上还设置有氮气压力平衡管，所述氮气压力平衡管一端连接氮化炉，另一端通过平衡管接口与气体控制站相连接，所述氮气压力平衡管是金属软管。
7.根据权利要求6所述的氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉的底部还连接有回气环管，所述回气环管一端连接氮化炉底部与透气隔热砖接通，另一端通过环管接口连接气体控制站。
8.根据权利要求7所述的氮化炉系统，其特征在于，所述氮化炉底部还设置有电源过线孔和热电偶过线孔，所述过线孔与基座的装配是密封和绝缘的。
9.根据权利要求6或7或8所述的氮化炉系统，其特征在于，所述气体控制站包括PSA制氮机，真空泵以及高温循环风机，所述PSA制氮机两端均设置有氮气电磁阀，所述氮气电磁阀两侧均连接有放空电磁阀以及平衡电磁阀，所述真空泵的两侧均连接有氮气炉真空电磁阀，所述高温循环风机的一侧连接有中心管吸气选通电磁阀、中心管直通环管电磁阀，另一侧连接环管进气选通电磁阀。
10.采用权利要求1-9所述的氮化炉系统的操作工艺，其特征在于，包括氮化炉准备工艺和氮化炉冷却出炉工艺，所述氮化炉准备工艺流程如下:料框装料，料框吊装入炉子基座，吊装内胆至基座并通过锁紧装置锁紧，吊装保温外壳至基座并锁紧，连接平衡软管接口，打开氮化炉真空电磁阀和氮化炉平衡电磁阀抽真空，达到预设真空度，关闭氮化炉真空电磁阀；所述氮化炉冷却出炉工艺流程如下，打开氮化炉放空电磁阀，放空炉内压力后关闭氮化炉放空电磁阀和氮化炉平衡电磁阀，分离平衡软管接口，打开保温外壳的锁紧装置，吊走保温外壳，内胆进行水雾喷淋冷却至120°，打开内胆的锁紧装置并吊离氮化炉基座，把料框吊离基座并倒出成品料。
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| CN204111855U (zh) * | 2014-10-18 | 2015-01-21 | 江苏江南铁合金有限公司 | 一种氮化炉系统 |
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- 2014-10-18 CN CN201410558397.6A patent/CN104294207B/zh active Active
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