CN1328171A - 煤气加热渗碳装置 - Google Patents

Abstract

一种对钢部件在低压下进行热处理的单元和装置。它包括:由围绕在密封室有用容积周围的多个辐射形煤气管形成的加热装置;至少设有至少一种对加热装置进行脉冲调整模式的控制装置。

Description

煤气加热渗碳装置

本发明涉及钢部件的处理，具体些说，涉及热渗碳处理，即，在部件表面渗碳提高其硬度。更具体地说，本发明涉及在真空或低气压(低于大气压)条件下渗碳的装置。

在低压渗碳处理中，将待处理的部件置于气密室内，交替地在低压渗碳气体中富集和在真空或低压中性炉气下扩散。各次富集和扩散时间的长短及交替的次数特别决定于所要的碳浓度和部件的渗碳层的深度，这种处理的过程在本专业是众所周知的。本申请人的法国专利申请N°2,678,287中说明了低压渗碳处理的一例。渗碳处理是一种高温(一般在800摄氏度到1000摄氏度范围内，甚至更高)热处理，而且加热以及在扩散和富集步骤使部件保持均匀温度是渗碳处理的关键。

本发明还涉及碳氮共渗，它与渗碳唯一不同的是一般要在所用的富集气中加氨。其结果人所共知，不是渗碳时在部件的表面形成碳化物，而是在部件的表面形成氮化物。因此，应该理解，下面有关渗碳的说明也适用于碳氮共渗。

渗碳室的容积一般为一立方米或数立方米，用电热装置加热并保持渗碳温度。实际上，使用的是棒形电阻，将其分布于渗碳容积的周围，即，按照所需的热分布和连接于渗碳室结构的热桥绕于渗碳室周围。

具有除了电之外的另一种渗碳室加热能源是人们想望的。

想到的第一种能源便是煤气，它“清洁”而又便宜。然而，使用煤气对渗碳室加热会引起许多问题，这些问题至今一直导致人们更愿意使用电加热，特别是用于低压装置时。

第一个问题与煤气燃烧器的结构本身有关，这种燃烧器必须对渗碳室的内部空间加热而不在其内导入任何煤气燃烟。在这方面，由于渗碳室体积大，燃烧器必须很长，这一必要长度就渗碳室内的热分布言是一个临界点。

适用的煤气燃烧器系统相似于，例如，法国专利申请N°2,616,520中说明的燃烧器系统。这种燃烧器系统是由密封的外壳和限定燃烧室的中心炉管形成的。这一系统使用燃气循环并使煤气能以高速流出。这种燃烧器系统可以与法国专利申请N°2,616,518中所说明的那种中心管结合。上述文件的内容结合作为本发明的参考。

与使用煤气管对渗碳室特别是低压渗碳室加热联系在一起的另一个问题与这些煤气管的体积大有关，其体积比电阻棒的体积大得多。这种体积大不利于为了取得温度的均匀分布而在渗碳室有用容积周围适当分布煤气管。

再一个问题是使用之热源的热能必要的调节。首先，确实必须对一批次渗碳的各部件加热到很高的渗碳温度。其次，这一温度必须在与渗碳相联系的各步骤均匀保持。在使用电力的系统里，对加热元件的电流进行调制即可特别容易地对温度进行调节。这种办法在煤气燃烧器中不能照样使用。

本发明的一个目的是提供一种克服上述缺点的煤气加热渗碳器。

本发明的另一目的是提供一种与目前在渗碳器周围分布加热装置兼容的方案。

本发明的再一目的是提供一种利用煤气作为热能来源的组件渗碳装置。

为了达到这些目的，本发明提供一种对钢部件进行热处理的低压单元。这种单元包括：由围绕在密封室有用容积周围的多个辐射形煤气管形成的加热装置；设有至少一种对加热装置进行脉冲调整模式的控制装置。

按照本发明的一个实施例，控制装置适于按照两个作业阶段控制加热装置，这两个阶段分别是满功率预热阶段和脉冲调节保温阶段。

按照本发明的一个实施例，控制装置适于在两个水平之间改变煤气流量，这两个水平分别是预热的最高水平和脉冲调整的中间水平。

按照本发明的一个实施例，所有辐射形煤气管都是各别控制的或者分组控制的。

按照本发明的一个实施例，控制装置包括可把要送到不同的煤气管的单个控制信号编程的状态机。

本发明还提供一种在低压下对钢部件进行热处理的装置。此装置包括与一个共用密封室连接的多个处理器，所述密封室备有把负荷从一个单元运送到另一个单元的搬运装置，至少有一个单元是上面提到的这种的。

按照本发明的一个实施例，包括至少一个单元是专用于对待渗碳的负荷预加热的和至少一个渗碳的单元。

按照本发明的一个实施例，渗碳的单元配有适于以脉冲调节模式控制的煤气加热装置。

本发明的上述目的、特点和优点将结合附图在下面对具体实施例所作的非限制性说明中详细论述。

图1是按照本发明的热处理单元内煤气燃烧器系统实施例的简图，其中部分为断面图。

图2以时间变化图示出按照本发明的煤气燃烧器控制方法实施例。

图3非常简略地显示实施本发明的模块式处理装置的一个实施例。

为了清楚起见，图表2不是按比例绘制的。此外，在附图中只绘制了理解本发明所必需的那些元件，并在以后予以说明。特别是在图3中，只示出了装置的多单元结构，没有考虑构成这些单元的细部，这些单元除了另有所提之外都是一般的。

本发明的一个特点是至少在预热阶段之后的温度保持阶段为热处理单元的煤气燃烧器提供脉冲控制。因此，按照本发明，使用了上面提到的法国专利申请N°2,616,520中说明的那种煤气燃烧器，而且对这些燃烧器实施控制以便至少在预热阶段之后获得脉冲调节。

本来是可以为取得这种脉冲调节而设计如何调制燃烧器的煤气流量使热力适当。然而，这种方案对于煤气流量低会引起燃烧器内烟的排出问题。确实，一般是改变燃烧器使之适合在一定的流量范围内有最佳排烟效果，在很低的煤气流量下运转既不能在管内取得温度分布均匀也不可能改进烟能回收。此外，这还会造成火焰平稳方面的问题。

优选地，为了提高管热能的均匀度，按照燃烧器的运转模式在空气流量和煤气流量之间转换。因此，提供了一种能在预热阶段以第一，即，最大流量运转，在调节阶段以第二，即，中间流量运转的所谓双重空气煤气流量燃烧器。按照本发明，中间流量与燃烧器的最小流量并不相应，因而这两种流量提供的温度均匀程度是可以接受的，在燃烧器内烟恰当的回收。

图1示出本发明的一个实施例。此图只示出了一个煤气燃烧器1和处理单元内煤气燃烧器的控制系统2，只示出了一部分。

煤气燃烧器1主要由一个辐射形外壳10构成，形似手套的手指，通过真空密封系统11穿过处理器壁12。燃烧器还包括位于壳10内并与其同轴的一根管13。管13的第一端靠近渗碳室内的外壳10的端部。管13的第二端朝向燃烧室14的方向开口，供燃烧器用的空气和煤气即在此燃烧室内混合如图1内的箭头所示，燃烧器优选地是烟循环燃烧器，即，燃烟的一部分用于在管13的入口再引入，其余的经外壳10的出口15排出室外。为了清楚起见，燃烧器绘制得很简略，特别是点火装置没有示出。室14包括至少一根煤气供应管16和至少一根空气供应管17。一般应提供多根空气供应管以便使供燃烧的煤气空气混合物更均匀。空气供应管16和17从渗碳单元之外的外壳10穿出。

燃烧器1与室的壁12的关系位置的优选方案是整个管13包含于渗碳单元的内容积之内。然而，优选地，不把整个管13包含于渗碳室的所谓“热”容积之内，此“热”容积一般以热隔离屏(以虚线18表示)为界。与此类似，室14本身在渗碳单元的内容积之内，但在优选方案里它在热容积之外。燃烧器1的位置在选择上做到管13位于热容积的部分温度均匀。在本发明的实施例里，燃烧器位置的改变是以整个地移动燃烧器(包括外壳10)使它与所述室的壁12的关系位置变化实现的，以便调整管13与热隔离屏18的关系位置。

优选地，热处理器的所有煤气燃烧器都用同一个调节系统2控制。系统2主要包括一个电子调节电路(REG)20(实际上是一个或数个电路)和一个可能通过程序状态机30(AUTO)由电路20控制的阀门网络21，这在以后会见到。为了保证调节功能，电路20接受控制信号22的测量和控制。测量信号主要是由渗碳室内的至少一个温度传感器提供的测量结果形成的。控制信号来自操纵人员可以使用的控制装置。调节电路20(或状态机30)向各煤气燃烧器提供点燃和熄灭各自火焰的控制信号23。

按照本发明，电路20还控制煤气和空气的阀门网络21。这一阀门网络用于分别控制不同燃烧器的煤气流量和空气流量。

为了简化图1，阀门网络21中的煤气和空气管道都以单线绘制。应该注意优选方案是图1中绘制的阀门结构每个燃烧器都有。

在图1的示范实施例里，主煤气供应管24分为分别与流量限制器25-1和26-1相联的两根管25和26。按照本发明，管25和26具有不同的流量。例如：管25与限制器25-1结合，用于在至少一个预热阶段为以最大功率运转的燃烧器提供最大煤气流量。管26’与限制器26-1结合，为本发明的脉冲状态下燃烧器的运行提供小一些的煤气流量。在空气回路一边，主管27分为分别与限制器28-1和29-1相联的管28和29，其功能与上面论述的煤气供应管道类似。优选地，限制器25-1、26-1、28-1和29-1所限定的流量是预先调定的。

按照本发明，管25、26、28和29中的每一个都与全控阀门或无控阀门25-2、26-2、28-2、29-2相联。优选地，阀门26-2和29-2在脉冲状态下由电路20(或状态机30)提供的信号32同时控制。阀门25-2和28-2由来自电路20或状态机30的信号33同时控制。管25、26和管28、29的终端与它们各自的相对端连接。

根据本发明的煤气燃烧器系统的操作将在下面对照图2论述，此图以时间图表的形式显示信号33、信号32和煤气燃烧器相应瞬时功率P的实例。

在图2的实施例里，燃烧器首先使用于预热阶段(时间从t0到t1)，用最大功率，即，最大的煤气流量和最大的空气流量。在此预热阶段，阀门25-2和28-2打开，流量最大。最大流量的提供可以用所有限制器流量总和调定。在这种情况下，阀门26-2和29-2也是开着的。此后，优选地提供一个中间阶段(时间从t1到t2)；在此阶段里，燃烧器功率转到较低的流量，没有脉冲调节。为此目的，燃烧器1从t1时间起在中间功率运转。因此，控制信号33转到关闭阀门25-2和28-2，而信号32转到开启(如果尚未开启)阀门26-2和29-2。时间t1决定于是否接近到低于所需调节温度的温度参考点。时间t1和t2之间的中间阶段特别用于避免由于系统惯性引起的超过温度参考点。

从t2时间开始实施渗碳室温度的保温操作。脉冲调节信号32从此时开始根据电路20通过信号22接收的参数改变阀门26-2和29-2各自开启的持续时间。在图2的实例中，假设在t2时间和t3时间之间燃烧器所需的功率是比较高的，需要较长的脉冲。例如这可能是燃烧器功率在其最大和中间水平之间改变的适应阶段。实际的调节阶段从t3时间开始，在此阶段里，起动脉冲的燃烧器的工作周期完全决定于渗碳室内的温度变化。这些变化例如可能是由于渗碳处理引起的变更或渗碳装置内的负荷转移。在图2中，显示了从t4时间开始需要减小功率。

应该注意，此外还要根据渗碳室内各燃烧器的配置及其结构规定燃烧器各自的开关时间。

作为另一种选择，燃烧器控制在脉冲状态下甚至也可以控制于满功率运转。

虽然可以同时激发渗碳室内的所有燃烧器，但是优选地是分别控制渗碳装置的各个不同的燃烧器。例如：对于位于例如由支承待加热负载的支柱形成的热桥附近的燃烧器可以加长其点火时间。在这种情况下，状态机30例如通过连续推迟燃烧器的点火及改变不同燃烧器点火脉冲时间长度提供各别控制(对其他燃烧器的信号32’和33’未显示)。状态机30有预先规定的操作，还接收来自调节器和对所有燃烧器通用的信号34和35，状态机负责对各个不同燃烧器适配这些信号。

在这方面应该注意，根据所需的热均匀性，在渗碳器内分布不同的燃烧器。例如：为了提高垂直均匀性，在渗碳器的底部，即，靠近支承负荷的支柱的地方，可能需要有相同比例的更大功率，或者延长加热时间。在渗碳器的纵长方向(燃烧器的纵长方向)，均匀度的调节主要决定于中间频度的选择，中间频度是燃烧器长度的函数，因而是渗碳室的容积的函数。

作为一种选择，还可以按组控制燃烧器。

图3显示的是把本发明用于渗碳器组件装置的一例。图3的实施例是受例如已知的本申请人的欧洲专利申请N°0,922,778说明的模块式装置的启发作出的。

基本组件40包括一个具有水平轴线的圆筒形(圆截面非必要)密封室41。此室41的两端有法兰，室41以活动密封盖42关闭。处理单元侧向连接于室41并位于同一水平面内。例如：两个例如用于盛放两个待渗碳负荷的热处理单元43和44各自配置于对方的前方并与构成室41的第一转运筒41-1连接。载荷室45配置于淬硬室46之前，这两个室连接于第二转运筒41-2，第二转运筒自身轴向连接于转运筒41-1。

搬运装置为有脚轮的小车48，平行于室41的轴线移动，从一个转运筒移动到另一个转运筒。这种有脚轮的小车，例如，在延伸于整个室41的轨道50上移动。此小车备有套管式叉52，可以向小车48的两侧伸展到各单元43到46中的中心，将处理中的负荷54从那里取出或放置在那里。在图3中，以实线绘制的小车48位于单元45和46这一水平，以实线绘制的套筒式叉52穿入单元45从那里取出负荷54。当然，事先已经将处理器45放到室41的低压内打开门45-1，门45-1与外门45-2一起构成入口锁。以虚线绘制的小车48位于单元43和44这一水平。图3的装置是组件式的，就是说，另外的一个或多个各由备有轨道50’的转运筒41-3和一个或两个处理器43’组成的组件60可以轴向连接于转运筒41-1或41-2中的一个，以形成一个完整的密封室41。

按照将本发明用于上述组件装置的第一种模式，单元43、43’和44通常如先前所说明的那样是煤气加热渗碳单元。

按照把本发明用于那种组件装置的第二种模式以及按照本发明的第二方面，规定要把对待渗碳负荷的预热作业与保温作业分离。为此目的，一个单元，例如，图3中的单元44，分配用于对所有的待渗碳负荷预热。那么此单元就要配备把待渗碳负荷加温到接近工作温度，例如600到800摄氏度之间的某一温度的煤气燃烧器。然后再把负荷转到其他渗碳单元43和43’，在这些渗碳单元内的唯一加热作业就是为了保持温度和使各部分的温度一致。因此，加热装置的使用达到最佳程度。用于渗碳单元43和43’的加热装置可以仍然用电，而预热单元44的则要用煤气。然而按照本发明的优选实施例，甚至在渗碳单元内也使用煤气燃烧器，只是在那里进行的是保温作业而已。在这种情况下，可以规定：用于预热的单元使用第一种燃烧器，渗碳的处理器可以使用功率小于第一种燃烧器的第二种燃烧器，或者使用同一种燃烧器而流量小一些。把预热和保温功能分开的优点是燃烧器可以专用于两种功能中的一种，此时一切作业都以最大输出进行。提供两种燃烧器，从而可以不用双重煤气流量结构，没有体积过大的问题。从而燃烧器可以控制于固定的功率(例如最大功率)，至少在渗碳单元用脉冲调节。

应该注意组件渗碳装置内配备的预热处理器的数目本身决定于要分配来渗碳的单元的数目。在一个简化的实施例里，会配备一个有第一种煤气燃烧器的预热处理单元和多个有第二种煤气燃烧器的渗碳单元。但是，也可以提供诸如先前在图1中说明的那种使用双流量煤气燃烧器的单元，供预热或渗碳之用。这一实施例能使调节和负荷内的温度均匀最佳化。

当然，对于本专业技术熟练的人，本发明可能有各种变更、修改和改进。本专业技术熟练的人根据对上述功能的说明与根据运用，特别是按照单元的实际结构，在渗碳器或预热器的煤气燃烧器的配置位置上作出变更、修改和改进是能做到的。与此类似，控制系统(电路20、状态机30和阀门网络21)可以用现有的装置组成。而且，使用的煤气燃烧器内煤气和空气流量的选择决定于最大功率和脉冲调节功率，这两种功率都与实用联系在一起。本发明也可以在本发明人的欧洲专利N°0,388,333说明的那种处理装置上实施。在上述那种处理装置里，在密封转运室的上面安装了多个垂直处理单元。本专业技术熟练人士是能够根据图3的水平装置的说明改变那种(垂直)装置使之适于煤气预热处理器和煤气或电渗碳器的。

Claims (8)

1.一种对钢部件进行热处理的低压单元(43、43’、44)，它包括：

由围绕在密封室有用容积周围的多个辐射形煤气管形成的加热装置(1)；

设有至少一种对加热装置进行脉冲调整模式的控制装置(2)。

2.按照权利要求1的热处理单元，其特征是所述控制装置(2)适于按照两个作业阶段控制所述加热装置，这两个阶段分别是满功率预热阶段和脉冲调节保温阶段。

3.按照权利要求2的热处理单元，其特征是所述控制装置(2)适于在两个水平之间改变煤气流量，这两个水平分别是预热的最高水平和脉冲调整的中间水平。

4.按照权利要求1的处理单元，其特征是所有辐射形煤气管(1)都是各别控制的或者分组控制的。

5.按照权利要求4的处理单元，其特征是所述控制装置包括可把要送到不同的煤气管的单个控制信号编程的状态机。

6.一种在低压下对钢部件进行热处理的装置，包括与一个共用密封室(41)连接的多个处理单元(43、43’、44’、45、46)，所述密封室备有把负荷(54)从一个处理单元运送到另一个处理单元的搬运装置(48、50、52)，至少有一个单元(44)是按照权利要求1的单元。

7.按照权利要求6的装置，其特征在于包括：至少一个专用于对待渗碳的负荷预加热的单元(44)；至少一个渗碳的单元(43、43’)。

8.按照权利要求7的装置，其特征是所述渗碳的单元(43、43’)配有适于以脉冲调节模式控制的煤气加热装置。

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