CN108914049A - 一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉，包括炉壳、炉胆、侧盖和顶盖，还包括管道组件、渗氮组件、冷却组件、传感器组件和控制器，所述管道组件穿过顶盖与炉胆连通，所述渗氮组件设在冷却组件上方且两者相互连通，所述冷却组件放置在炉壳内腔底部；所述渗氮组件包括升降组件和加热组件，所述升降组件设在炉胆内、加热组件套设在炉胆下部，所述传感器组件包括压力传感器和温度传感器，所述传感器组件与控制器电连接，所述控制器设在炉壳外侧壁上，所述压力传感器有多个且其分别设在设在炉壳和炉胆内，所述温度传感器有多个且其分别设在炉胆内。本发明渗氮效率高、且渗氮后可快速冷却，工件机械性能好。

Description

一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉

技术领域

本发明属于渗氮加工机械设备领域，尤其涉及一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉。

背景技术

渗氮处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。氮化处理将提高工件表面的硬度、耐磨性和抗疲劳的特性。

在实际生产中，一般采用氮化炉对工件进行氮化加工。现有技术中，往往炉压和分解率不易控制，造成渗氮速率低下且浪费氨气；氮化炉对工件表面进行高温渗氮处理后，需要对工件进行冷却，然而一般的氮化炉需要将工件先进行空气冷却再进行水冷，冷却过程缓慢且易造成氮化工件的微观组织和性能发生变化，影响氮化工件的性能，造成氮化处理失败，严重制约了氮化处理工件的发展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以控压且具有快速冷却功能的渗氮炉，从而使得工件被氮化速率加快并且可以快速冷却，得到良好的工程能力。

为了解决上述存在的技术问题，本发明所述方法的是通过以下技术方案实现的：一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉，包括炉壳、设置于所述炉壳内的炉胆，所述炉胆上设有上法兰和下法兰，所述炉壳的顶部和侧壁开口且其顶部开口与下法兰连接、侧壁开口处设置有侧盖，在炉胆上法兰处设有顶盖，还包括管道组件、渗氮组件、冷却组件、传感器组件和控制器，所述管道组件穿过顶盖与炉胆连通，所述渗氮组件设在冷却组件上方且两者相互连通，所述冷却组件放置在炉壳内腔底部；所述渗氮组件包括升降组件和加热组件，所述升降组件设在炉胆内、加热组件套设在炉胆下部，所述传感器组件包括压力传感器和温度传感器，所述传感器组件与控制器电连接，所述控制器设在炉壳外侧壁上，所述压力传感器有多个且其分别设在设在炉壳和炉胆内，所述温度传感器有多个且其分别设在炉胆内。

优选地：所述炉胆为圆筒阶梯状且炉胆上部直径大于下部直径，在其上部和下部分界处设有保温盖。

优选地：所述炉壳和顶盖之间、在炉胆外侧套设循环水套，所述循环水套为螺旋形循环水管。

优选地：所述管道组件包括壳排气管、真空排气管、胆排气管、壳进气管和胆进气管，所述壳排气管设在炉壳外侧壁上且与炉壳内腔连通，所述真空排气管和胆排气管均穿过炉壳与炉胆连通；所述壳进气管穿过侧盖与炉壳内腔连通，所述胆进气管穿过顶盖与炉胆连通且其端部延伸至升降组件处。

优选地：所述冷却组件包括冷却箱，所述冷却箱的顶端开有与炉胆连通的通孔、侧端设有冷却进水管和冷却回水管，所述冷却进水管和冷却回水管外端均穿过侧盖且两水管的端头与侧盖固接，在冷却箱内腔底端设有海绵垫。

优选地：所述升降组件包括电磁铁、铁杆、连接套和连接杆，所述电磁铁固接在顶盖上且其头端穿过顶盖并延伸至炉胆中，在电磁铁的头端固接导向套，所述铁杆贯穿导向套且在导向套中上下运动，所述铁杆的下端通过连接套与连接杆连接，在连接杆的中部设有多孔圆盘架、底端设有连接块，所述多孔圆盘架通过紧固圈与连接杆固接。

优选地：所述加热组件包括加热管、炉衬和炉套，所述加热管为螺旋状且其套设在炉胆下部，所述加热管外侧环形套设炉衬，所述炉衬外侧套设炉套，所述加热管的管身缠绕炉丝，所述炉丝引线外端连接炉丝接线柱，所述炉丝接线柱固接在侧盖上，加热管与冷却箱之间依次设有陶瓷垫片和耐火砖，所述炉套与炉壳之间的空膛中设有保温棉。

优选地：所述压力传感器分别设在炉胆内腔侧壁上和炉壳内腔侧壁上，所述温度传感器分别设在炉胆的内腔内壁上的上部和下部，以及陶瓷垫片和加热管底部之间。

优选地：所述连接套为陶瓷套，所述连接杆为陶瓷棒，所述连接块为陶瓷块。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：渗氮炉具有渗氮过程中压力控制和快速冷却功能，渗氮时通过管道组件和渗氮组件对工件进行渗氮，即通过管道组件中的胆进气管用来向炉胆中输送氮气或者氨气，通过加热组件将氨气或氮气进行分解对待加工工件进行渗氮，通过升降组件控制待加工工件的上升和下降，将待加工工件调整至渗氮位置，通过加热组件将从而使得工件在炉胆内加热高效快速渗氮，渗氮结束后，为了保证渗氮后的工件不需要拿出渗氮炉去外部进行冷却，只需通过升降组件向下运动，使工件落入冷却组件中，冷却组件中通过冷却水对工件进行快速冷却，从而使得渗氮后的工件不受到外界污染，即可快速的进行冷却，保证渗氮后的工件获得良好的机械性能。通过压力传感器对炉胆和炉壳内的气体压力进行实时检测、控制压力，从而控制器控制管道组件中的对应管道开启和关闭从而控制炉胆内和炉壳内压力，进而提高渗氮速率同时减少氨气(氮气)消耗量，提高渗氮效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的主视剖视示意图；

图2为本发明的立体主视结构示意图；

图3为本发明中炉胆与冷却组件的剖视立体示意图；

图4为本发明中升降组件的剖视立体示意图；

图5为本发明中发热管及炉衬的立体示意图；

图6为本发明中陶瓷垫片与耐火砖及温度传感器的立体示意图；

图7为本发明中侧盖的立体示意图。

图中：

1、炉壳；

2、炉胆；

2-1、上法兰；2-2、下法兰；

3、顶盖；

4、侧盖；

5、管道组件；

5-1、壳排气管；5-2、真空排气管；5-3、胆排气管；5-4、壳进气管；5-5、胆进气管；

6、渗氮组件；

7、冷却组件；

7-1、冷却箱；7-2、冷却进水管；7-3、冷却回水管；7-4、海绵垫；

8、升降组件；

8-1、电磁铁；8-2、铁杆；8-3、连接套；8-4、连接杆；8-5、导向套；8-6、多孔圆盘架；8-7、连接块；8-8、紧固圈；

9、加热组件；

9-1、加热管；9-2、炉衬；9-3、炉套；9-4、炉丝； 9-5、炉丝接线柱；9-6、耐火砖；9-7、陶瓷垫片；

10、循环水套；

11、保温盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参见图1、图2，本发明的一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉，包括炉壳1、设置于所述炉壳1内的炉胆2，所述炉胆2上部设有上法兰2-1、下部设有下法兰2-2，所述炉壳1的顶部和侧壁开口且其顶部开口与下法兰2-2连接、侧壁开口处设置有侧盖4，在炉胆2上法兰2-1处设有顶盖3，还包括管道组件5、渗氮组件6、冷却组件7、传感器组件和控制器，所述管道组件5分别与炉壳1内腔和炉胆2内腔连通，所述渗氮组件6设在冷却组件7上方且两者相互连通且两者的整体密闭，所述冷却组件7放置在炉壳1内腔底部；所述渗氮组件6包括升降组件8和加热组件9，所述升降组件8设在炉胆2内、加热组件9套设在炉胆2下部，所述控制器设在炉壳1外侧壁上，所述传感器组件与控制器电连接，所述传感器组件包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器有多个且其分别设在设在炉壳1和炉胆2内，所述温度传感器有多个且其分别设在炉胆2内。为了便于控制和显示，本实施例中，控制器采用单片机和触控显示屏组成。所述压力传感器型号采用YQA-441型号、温度传感器采用SRS13A型号、控制器采用KTA₁-29KVA，均为现有器材。

请参见图1、图3，为了防止炉壳1和顶盖3过于受热，本实施例中，所述炉胆2为圆筒阶梯状且炉胆2上部直径大于下部直径，在其上部和下部分界处设有保温盖11。

请参见图1、图3，为了避免炉壳1受热，本实施例中，所述炉壳1和顶盖3之间、在炉胆2外侧套设循环水套10，所述循环水套10中为螺旋形循环水管。为了便于控制循环水，所述循环水管上设有循环水管电磁阀且电磁阀与控制器电连接。

请参见图1、图2、图3，所述管道组件5包括壳排气管5-1、真空排气管5-2、胆排气管5-3、壳进气管5-4和胆进气管5-5，所述壳排气管5-1设在炉壳1外侧壁上且与炉壳1内腔连通，所述真空排气管5-2和胆排气管5-3均穿过炉壳1与炉胆2连通；所述壳进气管5-4穿过侧盖4与炉壳1内腔连通，所述胆进气管5-5穿过顶盖3与炉胆2连通且其端部延伸至升降组件8处，所述胆进气管5-5向炉胆2中输送氮气或氨气。

为了保证炉胆2压力与炉壳1(炉胆2外)压力差小于0.05MPa，以避免高温炉胆2工作时受力变形，在真空排气管5-2上设有真空阀且真空排气管5-2与抽真空装置连通、在炉胆排气管5-3上设有排气阀、壳排气管5-1上设有排气阀，所述真空阀和排气阀与控制器电连接；在胆进气管5-5上设有电磁阀且电磁阀与控制器电连接，通过控制器来控制电磁阀的开闭来实现对炉胆2内进行氨气或氮气输入；壳进气管5-4与氩气瓶连接且在壳进气管5-4上设有与控制器电连接的电磁阀，所述排气阀、真空阀、电磁阀均为现有技术，此处不再赘述。

请参见图1、图6，为了实时监测炉胆2和炉壳1中的压力变化，所述压力传感器设在炉胆2内腔侧壁上和设在炉壳1内腔侧壁上。工作时通过各压力传感器对炉壳1和炉胆2中压力的监测，实时通过控制器来控制各个电磁阀的开关从而控制渗氮过程中炉壳1和炉胆2中的压力稳定。通过控制器控制各电磁阀，压力控制只有在炉内的氨气压力超过电磁阀设定的上限时才开启，一旦炉压低于控制值，阀门立即关闭，这样便可保证氨气消耗量的减少。本发明可以使工件氮化速度加快，节约氨气30％左右。

通过炉胆2内外压强可以同时升高或降低，这样可以保证炉胆2在不受压的条件下实现炉胆2中下部高温增压氮化，以提高氮化速度，同时充入炉壳1内用于平衡炉胆2内压的氩气可保护炉丝9-4，这样既防可以防止炉胆2的高温蠕变，又可以延长炉丝9-4的使用寿命，从而降低设备损耗速率并节约成本。

请参见图1、图3，冷却组件7包括冷却箱7-1，所述冷却箱7-1的顶端开有与炉胆2连通的通孔、侧端设有冷却进水管7-2和冷却回水管7-3，所述冷却进水管7-2和冷却回水管7-3外端均穿过侧盖4且两水管的端头与侧盖4固接，在冷却箱7-1内腔底端设有海绵垫7-4。渗氮完成后，可将电磁铁8-1关闭，从而使得渗氮完成后的工件落入冷却箱7-1中，即渗氮后的工件不需拿出，即可快速进行冷却。为了保证冷却效果及冷却后渗氮后工件具有良好的机械性能，本实施例中，冷却液温度采用0—80℃。为了便于控制、提高效率，本实施例中，冷却进水管7-2和冷却回水管7-3上均设有与控制器电连接的电磁阀。

请参见图1、图3，所述升降组件8包括电磁铁8-1、铁杆8-2、连接套8-3和连接杆8-4，所述电磁铁8-1固接在顶盖3上且其头端穿过顶盖3并延伸至炉胆2中，在电磁铁8-1的头端固接导向套8-5，所述铁杆8-2贯穿导向套8-5且在导向套8-5中上下运动，所述铁杆8-2的下端通过连接套8-3与连接杆8-4连接，在连接杆8-4的中部设有多孔圆盘架8-6、底端设有连接块8-7，所述多孔圆盘架8-6通过紧固圈8-8与连接杆8-4固接。

所述电磁铁8-1固接在顶盖3上且其头端穿过顶盖3并延伸至炉胆2中，在电磁铁8-1的头端固接导向套8-5，通过电磁铁8-1的通电与断电，来控制铁杆8-2在导向套8-5中上、下运动，从而控制升降组件8升降运动。电磁铁8-1为长条状，电磁铁8-1与导向套8-5采用焊接方式固接为一体，导向套8-5可以使得升降组件8不偏离电磁铁的位置，保证升降组件8按照设定轨迹运动。为了调整方便且耐高温隔热，本实施例中，连接套8-3为陶瓷套，连接杆8-4为陶瓷棒，连接块8-7为陶瓷块。铁杆8-2和连接杆8-4通过连接套8-3及销钉连接，通过连接套8-3采用陶瓷套，避免铁杆8-2过热，起到隔热效果。多孔圆盘架8-6通过紧固圈8-8嵌套在连接杆8-4上，用于吊挂待加工的工件。连接杆8-4底部的连接块8-7可使升降组件8快速下落，使挂在多孔圆盘架8-6上的被氮化工件完全落入冷却箱7-1中进行快速冷却。

请参见图1、图5、图7，加热组件9包括加热管9-1、炉衬9-2和炉套9-3，所述加热管9-1为螺旋状且其套设在炉胆2下部，所述加热管9-1外侧环形套设炉衬9-2，所述炉衬9-2外侧套设炉套9-3，所述加热管9-1的管身缠绕炉丝9-4，所述炉丝9-4引线外端连接炉丝接线柱9-5，所述炉丝接线柱9-5固接在侧盖4上，加热管9-1与冷却箱7-1之间依次设有陶瓷垫片9-6和耐火砖9-7，所述炉套9-3与炉壳1之间的空膛中设有保温棉。为了便于测温且隔热，本实施例中陶瓷垫片9-6为两个半圆形垫片。为了提高加热效率，本实施例中，加热管9-1采用碳化硅发热炉管；通过对炉丝9-4加热，从而使得加热管9-1加热，进而使得炉胆2下部温度升高，保证渗氮过程在特定温度下进行。为了对渗氮工艺中的温度进行实时检测，本实施例中，所述温度传感器采用电热偶，温度传感器有多个，本实施例中为3个，其分别设在炉胆的内腔内壁上的上部和下部，以及陶瓷垫片9-6和加热管9-1底部中心孔处。

工作过程：工作时，首先通过真空阀和抽真空装置将炉胆2中的气体抽出，然后通过胆进气管5-5向炉胆2中输送氮气或氨气，炉胆2充入介质的同时炉壳1内通过壳进气管5-4充入氩气，保证炉胆压力与炉壳(炉胆外)压力差小于0.05MPa，以避免高温炉胆工作时受力变形。渗氮时通过电磁铁8-1的通电，来控制铁杆8-2在导向套8-5中向上运动，从而控制升降组件8上升，从而使得在连接杆8-4上设有多孔圆盘架8-6在连接杆8-4上调整设定的渗氮位置，使得工件在炉胆2内加热渗氮，渗氮结束后，电磁铁8-1断电从而来控制铁杆8-2在导向套8-5中向下运动，使升降组件8在连接块8-7的作用的向下运动，使工件落入冷却箱7-1中，冷却箱7-1中通过冷却水对工件进行快速冷却，从而使得渗氮后的工件获得良好的机械性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种具有快速冷却功能的控压渗氮炉，包括炉壳(1)、设置于所述炉壳(1)内的炉胆(2)，所述炉胆(2)上设有上法兰(2-1)和下法兰(2-2)，所述炉壳(1)的顶部和侧壁开口且其顶部开口与下法兰(2-2)连接、侧壁开口处设置有侧盖(4)，在炉胆(2)上法兰(2-1)处设有顶盖(3)，其特征在于：还包括管道组件(5)、渗氮组件(6)、冷却组件(7)、传感器组件和控制器，所述管道组件(5)分别与炉壳(1)内腔和炉胆(2)内腔连通，所述渗氮组件(6)设在冷却组件(7)上方且两者相互连通，所述冷却组件(7)放置在炉壳(1)内腔底部；所述渗氮组件(6)包括升降组件(8)和加热组件(9)，所述升降组件(8)设在炉胆(2)内、加热组件(9)套设在炉胆(2)下部，所述控制器设在炉壳(1)外侧壁上，所述传感器组件与控制器电连接，所述传感器组件包括压力传感器和温度传感器，所述压力传感器有多个且其分别设在设在炉壳(1)和炉胆(2)内，所述温度传感器有多个且其分别设在炉胆(2)内。

2.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述炉胆(2)为圆筒阶梯状且炉胆(2)上部直径大于下部直径，在其上部和下部分界处设有保温盖(11)。

3.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述炉壳(1)和顶盖(3)之间、在炉胆(2)外侧套设循环水套(10)，所述循环水套(10)为螺旋形循环水管。

4.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述管道组件(5)包括壳排气管(5-1)、真空排气管(5-2)、胆排气管(5-3)、壳进气管(5-4)和胆进气管(5-5)，所述壳排气管(5-1)设在炉壳(1)外侧壁上且与炉壳(1)内腔连通，所述真空排气管(5-2)和胆排气管(5-3)均穿过炉壳(1)与炉胆(2)连通；所述壳进气管(5-4)穿过侧盖(4)与炉壳(1)内腔连通，所述胆进气管(5-5)穿过顶盖(3)与炉胆(2)连通且其端部延伸至升降组件(8)处。

5.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述冷却组件(7)包括冷却箱(7-1)，所述冷却箱(7-1)的顶端开有与炉胆(2)连通的通孔、侧端设有冷却进水管(7-2)和冷却回水管(7-3)，所述冷却进水管(7-2)和冷却回水管(7-3)外端均穿过侧盖(4)且两水管的端头与侧盖(4)固接，在冷却箱(7-1)内腔底端设有海绵垫(7-4)。

6.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述升降组件(8)包括电磁铁(8-1)、铁杆(8-2)、连接套(8-3)和连接杆(8-4)，所述电磁铁(8-1)固接在顶盖(3)上且其头端穿过顶盖(3)并延伸至炉胆(2)中，在电磁铁(8-1)的头端固接导向套(8-5)，所述铁杆(8-2)贯穿导向套(8-5)且在导向套(8-5)中上下运动，所述铁杆(8-2)的下端通过连接套(8-3)与连接杆(8-4)连接，在连接杆(8-4)的中部设有多孔圆盘架(8-6)、底端设有连接块(8-7)，所述多孔圆盘架(8-6)通过紧固圈(8-8)与连接杆(8-4)固接。

7.根据权利要求1所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述加热组件(9)包括加热管(9-1)、炉衬(9-2)和炉套(9-3)，所述加热管(9-1)为螺旋状且其套设在炉胆(2)下部，所述加热管(9-1)外侧环形套设炉衬(9-2)，所述炉衬(9-2)外侧套设炉套(9-3)，所述加热管(9-1)的管身缠绕炉丝(9-4)，所述炉丝(9-4)引线外端连接炉丝接线柱(9-5)，所述炉丝接线柱(9-5)固接在侧盖(4)上，加热管(9-1)与冷却箱(7-1)之间依次设有陶瓷垫片(9-6)和耐火砖(9-7)，所述炉套(9-3)与炉壳(1)之间的空膛中设有保温棉。

8.根据权利要求7所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述压力传感器分别设在炉胆(2)内腔侧壁上和炉壳(1)内腔侧壁上，所述温度传感器分别设在炉胆(2)的内腔内壁上的上部和下部，以及陶瓷垫片(9-6)和加热管(9-1)底部之间。

9.根据权利要求6所述的具有快速冷却功能的控压装置的渗氮炉，其特征在于：所述连接套(8-3)为陶瓷套，所述连接杆(8-4)为陶瓷棒，所述连接块(8-6)为陶瓷块。