CN113215520B - 一种压力气氛热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力气氛热处理装置，包括反应炉，所述反应炉包括炉盖、与炉盖固定连接的炉壳和固定设置于炉壳内部的炉胆，所述炉胆内部根据作用依次分别冷却区、过渡区和反应区且冷却区外环绕冷却水系、过渡区外缠绕隔热板、反应区外包围加热组件，所述加热组件尾部设置有隔热陶瓷板，所述炉胆上端连接气体预热混合罐，炉胆内底部固定设置有工件摆放支架，所述工件摆放支架上设置有陶瓷支撑板，炉胆进口处设置有气缸且气缸的伸缩杆带动陶瓷支撑板在冷却区、过渡区和反应区移动，所述炉胆内外不同区域分布有测温电偶和控温电偶，本发明结构合理、生产效率高、机械化和自动化程度高，通过不同气体的混合，可以完成多种工艺要求，提高工件质量。

Description

一种压力气氛热处理装置

技术领域

本发明涉及渗氮技术、氧化处理以及碳氮共渗等一些在某种气氛下的热处理技术，尤其是一种压力气氛热处理装置。

背景技术

随着科技的进步与发展，对于工件的质量要求越来越高。为了一些性能的要求，比如说零件表面的硬度、抗氧化性等，可以使工件处于某种气氛中进行热处理加工，从而达到工艺要求。

渗氮技术是指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。气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。其原理是渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性，对零件尺寸基本没有影响。

碳氮共渗是以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。将一定比例的气体进行混合后通入到工作环境中，将需要加工的工件置于该气氛加热的环境中，该气氛将渗入工件表面形成保护层，提高工件的强度，延长使用时间。与单一渗碳相比，碳氮共渗有许多特点，如碳氮共渗温度较渗碳温度低，因而渗碳过程中奥氏体晶粒较细小，共渗后一般可直接淬火。因此简化了生产工序，节约了能源，并减少了模具零件的变形。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种压力气氛热处理装置，其结构合理、生产效率高、机械化和自动化程度高，通过不同气体的混合，可以完成多种工艺要求，提高工件质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种压力气氛热处理装置，包括反应炉，所述反应炉包括可左右开合的炉盖、与炉盖固定连接的炉壳和固定设置于炉壳内部的炉胆，所述炉壳的底部通过炉体支撑台支撑在地面上，所述炉胆内部根据作用依次分别冷却区、过渡区和反应区且冷却区外环绕冷却水系、过渡区外缠绕隔热板、反应区外包围加热组件，所述加热组件尾部设置有隔热陶瓷板，所述炉胆上端连接气体预热混合罐，所述炉胆内底部固定设置有网格状的工件摆放支架，所述工件摆放支架上设置有陶瓷支撑板，所述炉胆进口处设置有气缸且气缸的伸缩杆带动陶瓷支撑板在冷却区、过渡区和反应区移动，所述炉胆内外不同区域分布有电偶。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述炉盖上固定设置有耐热耐高压玻璃的观察窗口，所述炉盖内侧为凸起设置且凸起与炉胆接触处设置有四氟乙烯密封垫圈。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述加热组件外设置有隔热耐火组件，所述炉壳与隔热耐火组件之间设置有保温隔热砖和耐火石棉，所述加热组件的电源不接触炉壳内壁的条件下穿过耐火石棉并由设置于炉壳尾端的电源外接线柱引出。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述炉胆上部设置有真空阀、通入炉胆内冷却区的冷却气管和通入炉胆内反应区的进气管道，所述进气管道上端连接气体预热混合罐、下端延伸至炉胆反应区并在炉胆反应区底部终止，在反应区的进气管道上开有多个小孔，所述炉胆通过炉胆支撑柱体固定设置于炉壳内。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述气体预热混合罐包括罐身本体，所述罐身本体的前侧设置有多个与气体罐连接的进气阀，所述罐身本体的内部设置有测定罐身本体内气体浓度的感应器，所述罐身本体的上部设置有液体管道且液体管道通过单向阀连接有液体室，所述单向阀包括单向阀锲形体和设置于单向阀锲形体上的弹簧，所述液体室上设置有液体式入口和推杆，所述述罐身本体外缠绕有加热组件，所述罐身本体后端设置有单向排气口。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述炉胆的底部通过管道连接有废气收集罐且管道处设置有密封圈和开关阀，所述废气收集罐上部设置有可燃气体出气阀，所述废气收集罐的一侧面设置有进水口和出气口、另一侧面设置有观测罐内废气收集进度的水位线量度仪。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述气缸包括设置于靠近炉胆口处的气缸无杆舱和远离炉胆口处的气缸有杆舱和与气缸有杆舱连通的气缸管道且气缸管道内通入气体给伸缩杆提供动力，所述气缸有杆舱的下方设置有气缸管道且气缸管道延伸至炉壳外，所述气缸的伸缩杆末端装有卡具且卡具与陶瓷支撑板连接，所述气缸的外部设置有保护套。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述陶瓷支撑板上垂直设置有抑制气体乱窜和隔热的气体隔离板，所述气体隔离板上设置有可使冷却气管和进气管道通过的活动门。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述电偶包括观察反应炉内反应温度的测温电偶和控制反应炉内反应温度的控温电偶，所述测温电偶包括设置于炉胆外工作区上方边缘的第十三测温电偶及第十五测温电偶、炉胆外工作区下方边缘的第十七测温电偶及第十九测温电偶、炉胆外末端的第十六测温电偶、炉胆内工作区顶部的第四测温电偶及第五测温电偶、炉胆内工作区底部的第六测温电偶及第八测温电偶、炉胆内过渡区顶部的第三测温电偶、炉胆内过渡区底部的第九测温电偶及第十测温电偶、炉胆内冷却区顶部的第一测温电偶及第二测温电偶、炉胆内冷却区底部的第十一测温电偶及第十二测温电偶，所述控温电偶包括分别设置于炉胆外工作区的上下中心处的第十四控温电偶和第十八控温电偶、设置于炉胆内工作区底部中心的第七控温电偶，所述炉胆内的第四测温电偶、第五测温电偶、第六测温电偶、第八测温电偶、第三测温电偶、第九测温电偶、第十测温电偶、第一测温电偶、第二测温电偶、第十一测温电偶、第十二测温电偶和第七控温电偶均由真空阀通入并缠绕在工件摆放支架上且电偶线由炉壳尾端设置的电偶外接线柱引出。

本发明技术方案的进一步改进在于：适用于温度在20℃～1200℃及压力0.01～2.0MPa范围内的气氛热处理。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明中气体加入炉胆前在预热气体混合罐中进行预热与配比，可以实现特定浓度的气体的混合，气体先预热再通入到炉胆中，缩小了气体与反应区的温差，缩短了升温时间，提高反应效率。

2、本发明与传统的气氛热处理装置相比，本发明工件的冷却可以通过气缸与陶瓷支撑板的配合完成，不必等反应区冷却即可收回工件进行冷却，也无需打开炉盖，大大节约了整个工艺完成的时间，提高生产效率；

3、本发明与传统的气氛热处理装置相比，本发明在炉内外的不同位置分别安装了测温电偶与控温电偶，可以实现炉内外的双控温作用，能够最大化实现对温度的控制。

附图说明

图1为本发明的整体剖视图；

图2为本发明的整套设备示意图；

图3为本发明的炉胆示意图；

图4为本发明的气体预热混合罐示意图；

图5为本发明的废气收集罐示意图；

图6为本发明的气缸示意图；

图7为本发明的陶瓷支撑板示意图；

图8为本发明的电偶分布示意图；

其中，1炉盖、2炉盖观察窗口、3冷却气管、4真空阀、5预热气体混合罐、5-1进气阀、5-2单向阀、5-3加热组件、5-4感应器、5-5排气口、5-6单向阀弹簧、5-7单向阀锲形体、5-8液体室推杆、5-9液体室入口、5-10液体管道、5-11、液体室5-12、罐身本体、6进气管道、7冷却水套、7-1进水口、7-2出水口、8隔热板、9炉壳、10耐火石棉、11隔热耐火组件、12加热组件、13、电偶、13-1第一测温电偶、13-2第二测温电偶、13-3第三测温电偶、13-4第四测温电偶、13-5第五测温电偶、13-6第六测温电偶、13-7第七控温电偶、13-8第八测温电偶、13-9第九测温电偶、13-10第十测温电偶、13-11第十一测温电偶、13-12第十二测温电偶、13-13第十三测温电偶、13-14第十四控温电偶、13-15第十五测温电偶、13-16第十五测温电偶、13-17第十七测温电偶、13-18第十八控温电偶、13-19第十九测温电偶、14隔热陶瓷板、15电源外接线柱、16电偶外接线柱、17炉胆支撑柱体、18废气收集罐、18-1水位线量度仪、18-2开关阀和密封圈、18-3可燃气体出气阀、18-4进水口、18-5出水口、19炉体支撑台、20炉胆、21气缸、21-1气缸保护套、21-2伸缩杆、21-3卡具、22气体隔离板、23陶瓷支撑板、24工件摆放支架、25气缸管道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1至图3所示，一种压力气氛热处理装置，包括反应炉，所述反应炉包括可左右开合的炉盖1、与炉盖1固定连接的炉壳9和固定设置于炉壳9内部的炉胆20，所述炉盖1上固定设置有耐热耐高压玻璃的观察窗口2，所述炉盖1内侧为凸起设置且凸起与炉胆20接触处设置有四氟乙烯密封垫圈，关闭炉盖1的时候让炉胆20达到一个密封的作用。炉盖1的材料为304不锈钢，炉盖1与炉壳9通过高强筋骨螺栓连接。炉壳9的材料为Q235钢根据压力需要，可更换为更高强度级别的材料，炉胆20的材料为Cr25Ni20Si2不锈钢，所述炉壳9的底部通过炉体支撑台19支撑在地面上，所述炉胆口安装有四氟乙烯密封圈，所述炉胆20内部根据作用依次分别冷却区、过渡区和反应区且冷却区外环绕冷却水系7、过渡区外缠绕隔热板8、反应区外包围加热组件12，加热组件12为发热炉管，发热炉管外设置有隔热耐火组件11，所述炉壳9与隔热耐火组件11之间设置有保温隔热砖和耐火石棉10，避免炉盖1及炉壳9受热，发热炉管材料为碳化硅，管身缠绕炉丝，炉丝两端通过铜螺栓分别连接零线和火线，并且两电源线均有绝缘套，在偏离炉胆20且不接触炉壳9内壁的条件下穿过耐火石棉10，在高温密闭条件下由设置于炉壳9尾端的电源外接线柱15引出。所述加热组件12尾部设置有隔热陶瓷板14。

所述炉胆20上端连接气体预热混合罐5，如图4所示，所述气体预热混合罐5包括罐身本体5-12，所述罐身本体5-12的前侧设置有多个进气阀5-1，这些进气阀5-1可与氮气、氨气、甲烷、一氧化碳、氢气等多种气体罐相连接，所述罐身本体5-12的内部设置有测定罐身本体内气体浓度的感应器5-4，当有多个气体通入时，可利用感应器5-4来测定罐体中各气体的浓度，从而得到合适的配比。所述罐身本体5-12的上部设置有液体管道5-10且液体管道5-10通过单向阀5-2连接有液体室5-11，所述单向阀5-2包括单向阀锲形体5-7和设置于单向阀锲形体5-7上的弹簧5-6，所述液体室5-11上设置有液体式入口5-9和推杆5-8，打开液体室入口5-9，向上拉动推杆5-8，即可吸入煤油、酒精等液体，关闭液体室入口5-9，向下推动推杆5-8，此时单向阀5-2的弹簧5-6收到液体重力作用带动5-7楔形块向下运动打开通道，即可将液体推入预热气体混合罐5。所述述罐身本体5-12外缠绕有加热组件5-3，可以通过控制温度来使气体达到特定温度，该加热组件5-3可使气体达到20℃—1200℃的温度区间，避免了冷空气通入反应炉而导致反应温度产生误差，所述罐身本体5-12后端设置有单向排气口5-5。气体混合结束后，通过排气口5-5排出多余气体。

所述炉胆20上部设置有真空阀4、通入炉胆20内冷却区的冷却气管3和通入炉胆20内反应区的进气管道6，所述进气管道6上端连接气体预热混合罐5、下端延伸至炉胆20反应区并在炉胆20反应区底部终止，在反应区的进气管道6上开有多个小孔，所述炉胆20通过炉胆支撑柱体17固定设置于炉壳9内。

所述炉胆20内底部固定设置有网格状的工件摆放支架24，所述工件摆放支架24上设置有陶瓷支撑板23，如图7所示，所述陶瓷支撑板23上垂直设置有抑制气体乱窜和隔热的气体隔离板22，所述气体隔离板22上设置有可使冷却气管3和进气管道6通过的活动门。当工件处于热处理时，活动门由进气管道6通过，当工件拉回冷却区进行冷却时，冷却气管3通过活动门。所述炉胆20进口处设置有气缸21且气缸21的伸缩杆21-2带动陶瓷支撑板23在冷却区、过渡区和反应区移动，如图6所示，所述气缸21包括设置于靠近炉胆口处的气缸无杆舱和远离炉胆口处的气缸有杆舱和与气缸有杆舱连通的气缸管道25且气缸管道25内通入气体给伸缩杆21-2提供动力，所述气缸有杆舱的下方设置有气缸管道25且气缸管道25延伸至炉壳9外，所述气缸21的伸缩杆21-2末端装有卡具21-3且卡具21-3与陶瓷支撑板23连接，所述气缸21的外部设置有保护套21-1。当工件完成气氛热处理以后，向启气缸管道25通入气体，随着气体的增加，气压增大，伸缩杆21-2带动陶瓷支撑板23至炉胆20冷却区，此时由冷却气管3向炉胆20内通入冷却气体，对工件进行冷却，无需打开炉胆20，也无需等工作区温度降低，大大缩短了冷却时间。

如图5所示：所述炉胆20的底部通过管道连接有废气收集罐18且管道处设置有密封圈和开关阀18-2，所述废气收集罐18上部设置有可燃气体出气阀18-3，所述废气收集罐18的一侧面设置有进水口18-4和出气口18-5、另一侧面设置有观测罐内废气收集进度的水位线量度仪18-1。

如图8所示：所述炉胆20内外不同区域分布有电偶13。所述电偶13包括观察反应炉内反应温度的测温电偶和控制反应炉内反应温度的控温电偶，所述测温电偶包括设置于炉胆20外工作区上方边缘的第十三测温电偶13-13及第十五测温电偶13-15、炉胆20外工作区下方边缘的第十七测温电偶13-17及第十九测温电偶13-19、炉胆20外末端的第十六测温电偶13-16、炉胆20内工作区顶部的第四测温电偶13-4及第五测温电偶13-5、炉胆20内工作区底部的第六测温电偶13-6及第八测温电偶13-8、炉胆20内过渡区顶部的第三测温电偶13-3、炉胆20内过渡区底部的第九测温电偶13-9及第十测温电偶13-10、炉胆20内冷却区顶部的第一测温电偶13-1及第二测温电偶13-2、炉胆20内冷却区底部的第十一测温电偶13-11及第十二测温电偶13-12，所述控温电偶包括分别设置于炉胆20外工作区的上下中心处的第十四控温电偶13-14和第十八控温电偶13-18、设置于炉胆20内工作区底部中心的第七控温电偶13-7，所述炉胆20内的第四测温电偶13-4、第五测温电偶13-5、第六测温电偶13-6、第八测温电偶13-8、第三测温电偶13-3、第九测温电偶13-9、第十测温电偶13-10、第一测温电偶13-1、第二测温电偶13-2、第十一测温电偶13-11、第十二测温电偶13-12和第七控温电偶13-7均由真空阀4通入并缠绕在工件摆放支架24上且电偶线由炉壳9尾端设置的电偶外接线柱16引出。

当炉胆20处于加热状态时，用第十八控温电偶13-18和第十四13-14控制温度，当需要控制炉内温度时，对第七控温电偶13-7进行控制。

本发明适用于温度在20℃～1200℃及压力0.01～2.0MPa范围内，以N₂、N₂＋NH₃、CH₄+CO、CH₄、CH₄+CO+N₂或者其他气体为介质的气氛热处理，适用于不锈钢、低合金结构钢等多种金属或者合金的表面和芯部处理。

Claims (7)

1.一种压力气氛热处理装置，其特征在于：包括反应炉，所述反应炉包括可左右开合的炉盖（1）、与炉盖（1）固定连接的炉壳（9）和固定设置于炉壳（9）内部的炉胆（20），所述炉壳（9）的底部通过炉体支撑台（19）支撑在地面上，所述炉胆（20）内部根据作用依次分别冷却区、过渡区和反应区且冷却区外环绕冷却水系（7）、过渡区外缠绕隔热板（8）、反应区外包围加热组件（12），所述加热组件（12）尾部设置有隔热陶瓷板（14），所述炉胆（20）上端连接气体预热混合罐（5），所述气体预热混合罐（5）包括罐身本体（5-12），所述罐身本体（5-12）的前侧设置有多个与气体罐连接的进气阀（5-1），所述罐身本体（5-12）的内部设置有测定罐身本体内气体浓度的感应器（5-4），所述罐身本体（5-12）的上部设置有液体管道（5-10）且液体管道（5-10）通过单向阀（5-2）连接有液体室（5-11），所述单向阀（5-2）包括单向阀锲形体（5-7）和设置于单向阀锲形体（5-7）上的弹簧（5-6），所述液体室（5-11）上设置有液体室入口（5-9）和推杆（5-8），所述罐身本体（5-12）外缠绕有加热组件（5-3），所述罐身本体（5-12）后端设置有单向排气口（5-5），所述炉胆（20）内底部固定设置有网格状的工件摆放支架（24），所述工件摆放支架（24）上设置有陶瓷支撑板（23），所述陶瓷支撑板（23）上垂直设置有抑制气体乱窜和隔热的气体隔离板（22），所述气体隔离板（22）上设置有可使冷却气管（3）和进气管道（6）通过的活动门，所述炉胆（20）进口处设置有气缸（21）且气缸（21）的伸缩杆（21-2）带动陶瓷支撑板（23）在冷却区、过渡区和反应区移动，所述炉胆（20）内外不同区域分布有电偶（13），所述电偶（13）包括观察反应炉内反应温度的测温电偶和控制反应炉内反应温度的控温电偶，所述测温电偶包括设置于炉胆（20）外工作区上方边缘的第十三测温电偶（13-13）及第十五测温电偶（13-15）、炉胆（20）外工作区下方边缘的第十七测温电偶（13-17）及第十九测温电偶（13-19）、炉胆（20）外末端的第十六测温电偶（13-16）、炉胆（20）内工作区顶部的第四测温电偶（13-4）及第五测温电偶（13-5）、炉胆（20）内工作区底部的第六测温电偶（13-6）及第八测温电偶（13-8）、炉胆（20）内过渡区顶部的第三测温电偶（13-3）、炉胆（20）内过渡区底部的第九测温电偶（13-9）及第十测温电偶（13-10）、炉胆（20）内冷却区顶部的第一测温电偶（13-1）及第二测温电偶（13-2）、炉胆（20）内冷却区底部的第十一测温电偶（13-11）及第十二测温电偶（13-12），所述控温电偶包括分别设置于炉胆（20）外工作区的上下中心处的第十四控温电偶（13-14）和第十八控温电偶（13-18）、设置于炉胆（20）内工作区底部中心的第七控温电偶（13-7），所述炉胆（20）内的第四测温电偶（13-4）、第五测温电偶（13-5）、第六测温电偶（13-6）、第八测温电偶（13-8）、第三测温电偶（13-3）、第九测温电偶（13-9）、第十测温电偶（13-10）、第一测温电偶（13-1）、第二测温电偶（13-2）、第十一测温电偶（13-11）、第十二测温电偶（13-12）和第七控温电偶（13-7）均由真空阀（4）通入并缠绕在工件摆放支架（24）上且电偶线由炉壳（9）尾端设置的电偶外接线柱（16）引出。

2.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：所述炉盖（1）上固定设置有耐热耐高压玻璃的观察窗口（2），所述炉盖（1）内侧为凸起设置且凸起与炉胆（20）接触处设置有四氟乙烯密封垫圈。

3.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：所述加热组件（12）外设置有隔热耐火组件（11），所述炉壳（9）与隔热耐火组件（11）之间设置有保温隔热砖和耐火石棉（10），所述加热组件（12）的电源不接触炉壳（9）内壁的条件下穿过耐火石棉（10）并由设置于炉壳（9）尾端的电源外接线柱（15）引出。

4.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：所述炉胆（20）上部设置有真空阀（4）、通入炉胆（20）内冷却区的冷却气管（3）和通入炉胆（20）内反应区的进气管道（6），所述进气管道（6）上端连接气体预热混合罐（5）、下端延伸至炉胆（20）反应区并在炉胆（20）反应区底部终止，在反应区的进气管道（6）上开有多个小孔，所述炉胆（20）通过炉胆支撑柱体（17）固定设置于炉壳（9）内。

5.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：所述炉胆（20）的底部通过管道连接有废气收集罐（18）且管道处设置有密封圈和开关阀（18-2），所述废气收集罐（18）上部设置有可燃气体出气阀（18-3），所述废气收集罐（18）的一侧面设置有进水口（18-4）和出气口（18-5）、另一侧面设置有观测罐内废气收集进度的水位线量度仪（18-1）。

6.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：所述气缸（21）包括设置于靠近炉胆（20）进口处的气缸无杆舱和远离炉胆口处的气缸有杆舱和与气缸有杆舱连通的气缸管道（25）且气缸管道（25）内通入气体给伸缩杆（21-2）提供动力，所述气缸有杆舱的下方设置有气缸管道（25）且气缸管道（25）延伸至炉壳（9）外，所述气缸（21）的伸缩杆（21-2）末端装有卡具（21-3）且卡具（21-3）与陶瓷支撑板（23）连接，所述气缸（21）的外部设置有保护套（21-1）。

7.根据权利要求1所述的一种压力气氛热处理装置，其特征在于：适用于温度在20℃～1200℃及压力0.01～2.0MPa范围内的气氛热处理。

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