CN108020081A - 一种超高温氮化连续隧道炉 - Google Patents

Abstract

一种超高温氮化连续隧道炉，包括有氧装料区、进料区、炉体和出料区，所述各区依次连接形成矩形环路结构，各区相互独立，其中，所述进料区、炉体和出料区为密封腔体结构，所述有氧装料区为非密封结构；各区内均铺设轨道，物料在各区单向进出。本发明所述超高温氮化连续隧道炉的烧结温度能够达到2000℃，独特的环形结构布局以尽可能紧凑的方式实现了物料的全自动封闭循环，可实现物料在炉内的快速冷却和单独进出，且体积小，炉内气氛均匀；能够实现一端进料一端出料的循环往复的生产过程，实现批量物料的氮化过程，采用液压推进，整个过程全部由计算机控制，不需要人工干涉，实现自动化连续作业，物料运行稳定可靠，安全性能高，劳动强度低。

Description

一种超高温氮化连续隧道炉

技术领域

本发明涉及烧成设备技术领域，尤其是一种超高温氮化连续隧道炉。

背景技术

某些稀土材料、氮化硅制品、其它含碳制品、碳化物、氮化物的材料需要在真空或者无氧保护气氛中进行1600－2000℃的高温烧结。现有的能达到2000℃烧结温度的高温氮化炉只有间歇式烧结炉，在烧结过程中，需要将炉温从室温升至所需温度，保温到时后，断电自然降温到室温后取出产品。从升温到取出产品耗费大量的电力和时间。而市场上目前已有的连续隧道炉使用硅钼棒作为发热体，烧结温度一般低于1600℃，无法达到更高的烧结温度；并且这些连续隧道炉整体密封不好，炉内空气不易驱逐干净，炉内气氛不均匀，制品氮化不充分。

现有隧道炉均采用直线布置，即：预热段、加热段、降温段及冷却段呈直线布置，其优点是结构相对简单，缺点是设备较长，会占用较大空间。由于加热段与冷却段的内腔贯通，其热量传导会影响物料的冷却效果，并造成能量的损耗。

发明内容

鉴于以上分析，为了解决上述问题，本发明提出了一种结构布局独特的超高温氮化连续隧道炉，克服现有的烧结设备高温氮化炉烧结温度一般低于1600℃，整个炉体密封不好，炉内空气不易驱逐干净，炉内气氛不均匀，制品氮化不充分的问题，并且实现了连续作业。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种超高温氮化连续隧道炉，包括有氧装料区、进料区、炉体和出料区，所述各区依次连接形成矩形环路结构，各区相互独立，其中，所述进料区、炉体和出料区为密封腔体结构，所述有氧装料区为非密封结构；各区内均铺设轨道，物料在各区单向进出。

独特的环形结构布局解决了现有隧道炉设备较长，占用空间大，能量损耗大的问题，以尽可能紧凑的方式实现了物料的全自动封闭循环，可实现物料在炉内的快速冷却和单独进出，且体积小，炉内气氛均匀，可连续作业。

进一步地，所述进料区入口和出料区出口均设置过渡舱，所述过渡舱的出入口均通过真空密闭闸板阀与外界隔绝，物料可在过渡舱内独立置换气氛。

在进/出料口设置了具有真空密闭闸板阀的过渡舱，能够完全阻止空气进入隧道炉内，同时本过渡舱具备单个工件独立置换气氛的功能，确保在高温下连续进/出料时空气不会进入炉内，达到了在高温下将制品充分地氮化的效果。过渡舱的功能不但能有效的隔绝空气，而且不会妨碍物料的连续自动化运行。隔热闸板阀能够减少炉内热量外泄，增强物料的冷却效果，减少了能耗。

进一步地，所述炉体分为预热区，高温加热区，降温区和冷却区；其中，所述预热区、高温加热区和降温区呈直线布置，所述降温区和冷却区呈直角布置；所述冷却区为直角结构冷却舱；预热区与进料区之间及降温区与冷却区之间均设有隔热闸板阀。

现有隧道炉均采用直线布置，且加热段与冷却段的内腔贯通，其热量传导会影响物料的冷却效果，并造成能量的损耗。本发明隧道炉的降温区与冷却区呈直角连接，其中间设有隔热闸板阀，这样既能够减少设备长度又有效阻挡了热量传导，同时冷却舱呈直角结构，相对节省了设备宽度方向的尺寸。

进一步地，整个炉体底部铺设有浮动支撑轨道，所述轨道包括多个导轨和若干支柱，所述支柱从底部插入导轨，用于支撑导轨；所述导轨之间的对接面呈相互匹配的凹凸状，导轨之间为插入式拼接；各导轨之间的接缝处及沿所述支柱与导轨连接处圆周方向均留有间隙。

炉体内的轨道采取浮动支撑结构，浮动支撑的理念是指轨道的支撑物仅承受轨道的垂直重力，不会约束轨道因温度变化而产生的伸缩，轨道间预留合理的伸缩缝，轨道间留有适当的间隙，确保高温下的热膨胀余量。本发明中的各导轨接缝处及沿支柱插入导轨部分的圆周方向均留有间隙，且轨道间对接面呈凹凸状，采取插入式拼接，能够确保整体轨道的连接质量，间隙的实际尺寸要根据炉内的最高温度、轨道的材质、结构等因素确定。

进一步地，所述进料区的过渡舱和隔热闸板阀之间还设有用于无氧装料的手操箱，所述手操箱尾端与隔热闸板阀之间设有真空密闭闸板阀。

将手操箱与炉体进行衔接，增加了无氧装料的功能。手操箱尾端与隔热闸板阀之间的真空密闭闸板阀，能够避免装料环节对炉体内气氛的影响。

进一步地，物料在炉内的运动均采用液压推进；各转角处设有液压推杆机构，用于推进物料运动。

本发明能够实现一端进料一端出料的循环往复的生产过程，实现批量物料的氮化过程，采用液压推进，整个过程全部由计算机控制，不需要人工干涉，实现自动化连续作业，且物料运行稳定可靠，安全性能高，劳动强度低。

进一步地，所述高温加热区的内设置发热元件，所述发热元件为石墨发热体。

采用石墨发热体能够使氮化连续隧道炉的烧结温度达到2000℃，使得该炉型适用于各种材料的氮化烧结。

进一步地，所述隧道炉各区的对接端面均焊有法兰，所述法兰的端面加工有密封槽，对接时所述密封槽内填充有橡胶棒。

法兰及橡胶棒的组合能够使炉子整体具有良好的密封性能，减少热量的外泄，提高炉子的密闭性。

进一步地，所述炉体外为双层水冷炉壳；所述炉壳的材质为钢；隧道炉的侧壁、炉顶、炉底及电极上均有循环水冷装置。

进一步地，所述隧道炉的顶部及侧壁设置多个进气点，炉底设置多个出气点；炉壳上还设置有与真空泵连接的真空管路。

设置多个进气点和出气点，炉内气氛均匀，产品的氮化效果好。

本发明有益效果如下：

本发明提供了一种烧结温度能够达到2000℃的超高温氮化连续隧道炉，独特的环形结构布局以尽可能紧凑的方式实现了物料的全自动封闭循环，可实现物料在炉内的快速冷却和单独进出，且体积小，炉内气氛均匀，可连续作业。进/出料口的具有真空密闭闸板阀的过渡舱，能够完全阻止空气进入隧道炉内，同时本过渡舱具备单个工件独立置换气氛的功能，确保在高温下连续进/出料时空气不会进入炉内，达到了在高温下将制品充分地氮化的效果。过渡舱的功能不但能有效的隔绝空气，而且不会妨碍物料的连续自动化运行；隔热闸板阀能够减少炉内热量外泄，增强物料的冷却效果，减少了能耗。降温区与冷却区呈直角连接，且呈直角结构的冷却舱，既能够减少设备长度又有效阻挡了热量传导，又相对节省了设备宽度方向的尺寸。炉体内的浮动支撑结构轨道，不会约束轨道因温度变化而产生的伸缩，确保高温下的热膨胀余量及整体轨道的连接质量。本发明能够实现一端进料一端出料的循环往复的生产过程，实现批量物料的氮化过程，采用液压推进，整个过程全部由计算机控制，不需要人工干涉，实现自动化连续作业，且物料运行稳定可靠，安全性能高，劳动强度低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为超高温氮化隧道炉的主体结构剖面视图；

图2为高温加热区的剖面图；

图3为超高温氮化隧道炉的俯视平面视图；

图4为过渡舱结构图；

图5为浮动支撑轨道对接处俯视图；

图6为浮动制成轨道剖面图；

其中：1-进料隔热闸板阀，2-预热区，3-主加热区，4-降温区，5-出料隔热闸板阀，6-进气管路，7-排气管路，8-炉衬保温层，9-滑动推板，10-浮动支撑轨道，11-发热元件，12-第一液压推杆机构，13-第二液压推杆机构，14-第三液压推杆机构，15-进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀，16-进料区过渡舱，17-进料区过渡舱出口真空密闭闸板阀，18-手操箱，19-第四液压推杆机构，20-进料区出口真空密闭闸板阀，21-第五液压推杆机构，22-第六液压推杆机构，23-水冷引出电极，24-控温热电偶，25-红外测温仪视窗，26-第七液压推杆机构，27-限位顶杆，28-冷却舱，29-第八液压推杆机构，30-第九液压推杆机构，31-出料区过渡舱进口真空密闭闸板阀，32-第十液压推杆机构，33-出料区过渡舱，34-出料区过渡舱出口真空密闭闸板阀，35-外延轨道平台，36-真空泵系统，37-液压站系统，38-压力传感器，39-压力表，40-冷却水汇流排，41-压力变送器，42-流量计，43-炉壳接口，44-进料区过渡舱排气管路，45-进料区过渡舱压力传感器，46-充气管路，47-进料区过渡舱压力表，48-进料区过渡舱舱室，49-物料，50-真空抽口，51-浮动支撑轨道导轨，52-浮动支撑轨道支柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的氮化隧道炉整体平面布置为封闭环形结构，外延轨道平台35为非密封结构，从其进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15至出料区过渡舱出口真空密闭闸板阀34，整个炉体均为密封腔体结构。

炉壳内部分三个区，包括位于炉体前部的预热区2、中部的主加热区3和后部的降温区4。滑动推板9承载物料依次进入预热区2，靠主加热区3辐射的热量将物料预热；再进入主加热区3加热/保温，进入降温区4逐步冷却，进入冷却舱28实现快速冷却，最后经过出料区过渡舱33推出炉外。降温区4侧壁偏上部位焊接有真空抽口，含有过滤器的真空管道与之相连，管道末端与真空泵系统36连接。炉壳均为钢结构，由钢板焊接而成。各段炉体及部件的对接端面均焊有法兰，法兰端面加工有密封槽，对接时在密封槽内填充橡胶棒，用螺栓将配对法兰锁紧。从进料区出口真空密闭闸板阀20至冷却舱28，均设计为双层水冷炉壳。炉壳、炉盖、水冷引出电极均设有水冷管路，所有管路均汇集到冷却水汇流排40上。

炉侧壁及顶盖设有若干进气口和配套管路。氮气从压力变送器41输入，经流量计42分配至各进气口。出气管路7设置在炉体两端底部，配有手动放气阀和自动放气阀，当炉内压力过高时可自动泄压。压力表39及压力变送器41用来观察和监控炉内压力变化。主加热区3炉壳侧壁设有红外测温仪视窗25、水冷引出电极23、控温热电偶24。

本发明提供的超高温氮化隧道炉，包括全密封炉壳、有氧装料区(外延导轨平台)、无氧装料区(手操箱)、液压推杆机构、进/出料过渡舱、及冷却区、吊挂在炉体两侧的加热元件、承料用滑动推板9，整个炉体底部铺设轨道及保温材料。轨道采取浮动支撑结构，轨道间留有适当的间隙，确保高温下的热膨胀余量。炉体设多点进气管路、炉底出气管路、与真空泵系统36相连的真空管路。预热区2和降温区4炉膛四周吊挂、铺设保温材料，且不安装发热元件；主加热区3的炉膛侧壁和顶盖吊挂保温材料，在炉膛内侧吊装电发热元件11，侧部安装控温热电偶24及红外测温仪。隧道炉所有对接部位均焊接有法兰，法兰上有橡胶棒凹槽，对接时，凹槽内有橡胶棒密封。为保证推板可在炉内/外连续运动、单独进出，设备整体结构设计为如图3形式。在炉体内/外循环路线上共设有10套液压推杆机构、5个电动密封闸板阀及2个电动隔热闸板阀。如图1、图2所示，预热区2、主加热区3和降温区4炉膛四周吊挂、铺设保温材料，高温加热区在炉膛内壁两侧吊装电加热元件。整个炉体底部铺设轨道，轨道采取浮动支撑结构。滑动推板9承载物料在轨道上面水平移动，其推动力来自液压推杆机构。液压推杆的行程由行程开关控制，推杆每一次行程要完成前进和后退各一次动作。实际工作时，液压推杆需根据程序依次动作，其行程距离的确定原则是，将滑动推板9(或最接近下一个液压推杆的滑板)推至下一个液压推杆的正前方。液压推杆动力源为液压站系统37，液压站系统37与各液压推杆之间有高压管路连接。

本发明所述的高温氮化隧道炉的炉壳上还设置有真空管路，该真空管路一端与真空泵连接，在连续生产前可将炉中空气排除干净。在炉壳上设置有由外入里与发热元件连接的水冷电极和密封胶环。在炉壳底部的出气口上设置有手动放气阀和自动放气阀，当炉内压力超过设定压力后自动放气阀自动打开。在炉顶和炉壳侧壁有多个进气管路，以确保炉内各点氮气均匀充分。炉盖、炉壳侧壁、电极、均有循环水冷却。

要达到2000℃的高温，在氮气环境下只能选择石墨发热体，但对于隧道炉来说，由于物料要始终连续在炉内外移动，势必要带进大量空气破坏炉内气氛，导致石墨发热体因氧化而损坏，物料也达不到氮化效果。另外，由于炉内要布设轨道，在高温作用下轨道会因热膨涨而产生变形甚至断裂。

针对上述情况本发明所采取的措施是：

(1)轨道采取浮动支撑结构，类似的结构在其它隧道炉中也有应用，但在2000℃炉内使用的案例和经验在国内尚不成熟。经过不断的实践和完善，我们的轨道经受住了长期高温考验，满足了使用要求。浮动支撑的理念是指，轨道的支撑物仅承受轨道的垂直重力，不会约束轨道因温度变化而产生的伸缩，轨道间预留合理的伸缩缝。图5、图6为浮动支撑的结构图，浮动支撑轨道导轨51由若干浮动支撑轨道支柱52支撑，浮动支撑轨道导轨51上面布有滑动推板9，滑动推板9上面承载物料。轨道接缝处及浮动支撑轨道支柱52插入浮动支撑轨道导轨51部分的圆周方向留有间隙S，且各浮动支撑轨道导轨51间的对接面呈凹凸状，采取插入式拼接，确保整体轨道的连接质量。间隙S的实际尺寸要根据炉内的最高温度、轨道的材质、结构等因素确定。

(2)为保障炉内气氛，本发明除采用了密闭炉壳及预抽真空等措施外，特别在炉壳进/出料端设置了过渡舱，不但能有效的隔绝空气，而且不会妨碍物料的连续自动化运行。

以图4所示的进料区过渡舱为例说明过渡舱的结构，为了简单直观的表述，特将进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15和进料区过渡舱出口真空密闭闸板阀17改为直线布置，实际为90°布置。过渡舱工作原理如下，先将进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15开启，由第二液压推杆机构13将物料49向左推送进入进料区过渡舱舱室48内，然后关闭进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15并开始抽真空，当真空度达到设定压力后关闭真空管路并向舱内充氮气，当舱内压力达到设定值后关闭进气管路，这时舱内的气氛及压力与炉内是相同的，然后开启进料区过渡舱出口真空密闭闸板阀17，由第三液压推杆机构14向前推送，将舱内物料推出进料区过渡舱舱室48，完成置换气氛的过程。

工作过程

图3所示为工作前的初始状态，包括各滑动推板9的初始位置，所有液压推杆均在退回位置，所有真空闸板阀及隔热闸板阀均在关闭状态，出/进气口在关闭状态。

启动手操箱的自循环系统，排空氧气。启动真空泵系统36，将炉内压力抽到极限真空后，关闭真空泵系统36，开启进气阀门向炉内充氮气，直到炉内压力达到微正压，打开手动放气阀，少量放气，压力变送器根据炉内压力变化自动调整输气量，使炉内气氛的压力一直保持在设定的范围内。打开冷却水汇流排40上的各进水阀门，检查回水情况，一切正常后，接通电源向炉内送电开始升温。升温过程中按工艺规定的升温曲线升温，将电炉加热到工作温度后，启动物料循环程序，多个滑动推板9连续作业。

首先启动液压站系统37，然后进料区过渡舱16开始置换气氛(抽真空、充氮气)，之后进料区过渡舱出口真空密闭闸板阀17开启，第三液压推杆机构14前进/退回，将滑动推板9送入手操箱18，同时将远端的滑动推板9向前推送至第四液压推杆机构19前端，进料区过渡舱出口真空密闭闸板阀17关闭，进料区出口真空密闭闸板阀20开启，第四液压推杆机构19前进/退回，将滑动推板9向左推送至第五液压推杆机构21前端，进料区出口真空密闭闸板阀20关闭，进料隔热闸板阀1开启，第五液压推杆机构21前进/退回，将滑动推板9向前推送至第六液压推杆22前端，进料隔热闸板阀1关闭，第六液压推杆22前进/退回，将远端的滑动推板9向右推送至第七液压推杆26前端，出料隔热闸板阀5开启，第七液压推杆26前进/退回，将远端的滑动推板9向后推送至第八液压推杆29前端，出料隔热闸板阀5关闭，第八液压推杆29前进/退回，将滑动推板9向左推送至第九液压推杆30前端，出料区过渡舱进口真空密闭闸板阀31开启，第九液压推杆30前进/退回，将滑动推板9向后推送至第十液压推杆32前端(即过渡舱33内)，出料区过渡舱进口真空密闭闸板阀31关闭，出料区过渡舱出口真空密闭闸板阀34开启，第十液压推杆32前进/退回，将滑动推板9向左推出出料区过渡舱33，同时将远端滑动推板9向左推送至第一液压推杆12前端，出料区过渡舱出口真空密闭闸板阀34关闭，出料区过渡舱33置换气氛，第一液压推杆12前进/退回，将滑动推板9向后推送至第二液压推杆13前端，进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15开启，第二液压推杆13前进/退回，将滑动推板9向左推入进料区过渡舱16，进料区过渡舱进口真空密闭闸板阀15关闭。

至此，一个循环过程结束，随后就可以根据工艺要求，开始一端进料一端出料的循环往复的生产过程。工艺过程结束，炉内温度可按程序降到室温，这样就完成了批量物料的氮化过程，整个过程全部由计算机控制，不需要人工干涉。

本发明具有最高2000℃的氮化烧结温度，使得该炉型适用于各种材料的氮化烧结；隧道炉所有对接部位均采用法兰、橡胶棒密封，侧壁、炉顶、炉底及电极均有水冷，炉体整体密封性能好。进出料采用液压推杆机构，炉内为滑板结构，物料运行稳定可靠，安全性能高，劳动强度低。进/出料口设有过渡舱，具备独立置换气氛的功能，避免进/出料时空气进入炉内。分别在预热区和水冷区的入料口设置了隔热闸板阀，减少了炉内热量外泄，增强了物料的冷却效果，减少了能耗。设备可实现连续生产，生产效率高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，包括有氧装料区、进料区、炉体和出料区，所述各区依次连接形成矩形环路结构，各区相互独立，其中，所述进料区、炉体和出料区为密封腔体结构，所述有氧装料区为非密封结构；各区内均铺设轨道，物料在各区单向进出。

2.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述进料区入口和出料区出口均设置过渡舱，所述过渡舱的出入口均通过真空密闭闸板阀与外界隔绝，物料可在过渡舱内独立置换气氛。

3.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述炉体分为预热区，高温加热区，降温区和冷却区；其中，所述预热区、高温加热区和降温区呈直线布置，所述降温区和冷却区呈直角布置；所述冷却区为直角结构冷却舱；预热区与进料区之间及降温区与冷却区之间均设有隔热闸板阀。

4.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，整个炉体底部铺设有浮动支撑轨道，所述轨道包括多个导轨和若干支柱，所述支柱从底部插入导轨，用于支撑导轨；所述导轨之间的对接面呈相互匹配的凹凸状，导轨之间为插入式拼接；各导轨之间的接缝处及沿所述支柱与导轨连接处圆周方向均留有间隙。

5.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述进料区的过渡舱和隔热闸板阀之间还设有用于无氧装料的手操箱，所述手操箱尾端与隔热闸板阀之间设有真空密闭闸板阀。

6.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，物料在炉内的运动均采用液压推进；各转角处设有液压推杆机构，用于推进物料运动。

7.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述高温加热区的内设置发热元件，所述发热元件为石墨发热体。

8.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述隧道炉各区的对接端面均焊有法兰，所述法兰的端面加工有密封槽，对接时所述密封槽内填充有橡胶棒。

9.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述炉体外为双层水冷炉壳；所述炉壳的材质为碳钢；隧道炉的侧壁、炉顶、炉底及电极上均有循环水冷装置。

10.根据权利要求1所述超高温氮化连续隧道炉，其特征在于，所述隧道炉的顶部及侧壁设置多个进气点，炉底设置多个出气点；所述炉壳上还设置有与真空泵连接的真空管路。