CN204384874U - 一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置 - Google Patents

Abstract

一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，属于钒氮合金生产设备技术领域，用于对竖式中频炉生产氮化钒提供合理的氮气。其技术方案是：在竖式中频炉冷却段底端、出料段下部，预热段上部、红外测温仪、炉壳与线圈间空腔五个部位分别安装通入氮气的管道，通入氮气的管道上分别与氮气气源主管道相连接。本实用新型通过管道对生产氮化钒的竖式中频炉不同部位通入氮气，在完成合理提供反应氮气的同时，达到冷却产品、保护炉内气氛、保护炉体及保证炉体附件安全稳定运行的目的。采用本实用新型后，炉内反应供氮量及炉内氮气气氛好，产品质量均匀稳定，能够有效回收利用余热，达到节能效果，还可保护炉体及其附件，延长设备寿命，具有显著的经济效益。

Description

一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置

技术领域

本发明涉及一种生产氮化钒用竖式中频炉氮气保护及供气设备，属于钒氮合金生产设备技术领域。

背景技术

利用竖式中频炉生产氮化钒是氮化钒生产的一个革命性创新，本技术具有生产成本低、投资小、占地少、开停自如等优点，极其适合目前氮化钒市场竞争激烈、价格波动大的现状。竖式中频炉生产氮化钒技术中，竖式中频炉是主体设备，由于竖式中频炉是首次应用于氮化钒生产，因此有诸多关键技术需要攻关和改进，其中氮气的供气装置是非常重要的，直接关系到设备的生产能力、使用效果及产品质量等。

在目前的生产过程中，氮气供气系统需要解决的问题主要有：

（1）因是用于生产氮化钒，因此提供反应用氮气非常重要，其供氮位置是关键，不同的供氮位置决定了氮气参与反应的时机、温度及氮化时间长短等。《河北冶金》2014年第10期《竖式中频炉加工VN16产品技术研究》中通过氮化钒生产过程中0-1500℃温度范围N2气氛下热重分析得出结论：氮化反应在678℃开始进行， 1000℃-1100℃温度范围内氮化反应最快，因此供氮系统需考虑反应供氮位置与炉内温度关系，直接在加热段底部供氮时产品含氮量均低于12%。

（2）炉内产品烧制完成后到达冷却段时温度在800℃以上，而氮化钒温度高于100℃时遇空气极易氧化，需在冷却段使之温度降至100℃以下，冷却过程需在氮气气氛下完成。

（3）竖炉生产过程中，炉体加热段温度很高，炉内温度可达1600℃以上，炉内高温烟气中还包含有氧化钾、氧化钠等腐蚀性成分，而炉体耐火保温材料的厚度仅200-300mm，最内层为石墨材质炉衬，在炉内正压条件下，炉内高温气体在炉内气压下可能渗出炉壁，其中的腐蚀性成分会对石墨外部的耐火保温材料造成侵蚀，对炉衬造成危害，降低炉体使用寿命；而石墨炉衬的石墨微粒也会随气体渗出，在线圈部位富集后会造成线圈间连电打火，不但影响炉体寿命，还会发生危险，一般炉衬寿命不超过一个月。

（4）竖炉生产炉内温度控制采用红外测温仪，直接测量石墨内衬外壁温度。不测量炉内温度是为了保持炉体密封，不采用热电偶是因为在中频炉磁场作用下，测量结果不准且热电偶使用寿命极低。由于测量位置有测量孔直抵石墨衬外壁，测温孔位置是整个炉壁最薄弱位置，炉内烟气很容易由测温孔渗出，而烟气严重影响红外测温仪示数准确性，与热电偶测量温度相差100℃以上，炉体后期甚至可到500℃。而红外测温仪测量的炉壁温度长期保持在1400℃以上，测温仪镜头距炉壁不足0.5m，工作温度也很高。

（5）由于竖炉上部有开口，在炉内气压不稳时，外界空气极易进入炉内，破坏炉内还原、氮化气氛（含CO、CO2、N2等），氧化已还原物料、石墨炉衬等，降低石墨炉衬寿命，影响产品质量。

因此设计竖式中频炉生产氮化钒时的氮气供气设备，在完成合理提供反应用氮的同时，应该具有冷却、气氛保护、炉体及其附件的保护等功能，这是竖式中频炉生产氮化钒的关键技术之一，对突破竖式中频炉生产氮化钒技术具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术方式是提供一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，采用本装置可在竖式中频炉生产氮化钒过程中完成合理提供反应氮气的任务，同时可以实现冷却产品、保护炉内气氛、保护炉体及保证炉体附件安全稳定运行的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，竖式中频炉由炉盖、预热段、加热段、红外测温仪、冷却段、出料段、料仓组成，在竖式中频炉冷却段底端、出料段下部，预热段上部、红外测温仪、炉壳与线圈间空腔五个部位分别安装通入氮气的管道，上述通入氮气的管道上分别与氮气气源主管道相连接，在氮气气源主管道上安装多个主管道阀门和气体流量计。

上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述冷却段底端安装的氮气供气管道包括炉腔通气管和炉腔环形供气管，炉腔通气管的两端分别与氮气气源主管道和炉腔环形供气管相连接，炉腔环形供气管位于炉腔下部，在炉腔环形供气管上均布一圈炉腔出气口，在炉腔通气管上安装炉腔供气管阀门。

上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述出料段下部安装的氮气通气管道包括出料段通气管和出料段环形供气管，出料段通气管的两端分别与氮气气源主管道和出料段环形供气管相连接，出料段环形供气管位于出料段下部，在出料段环形供气管上均布一圈出料段出气口，在出料段通气管上安装出料段供气管阀门。

上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述预热段上部安装预热段通气管，预热段通气管的一端与氮气气源主管道相连接，预热段通气管的另一端通入炉腔，在预热段通气管上安装预热段供气管阀门。

上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述炉壳与线圈间空腔安装有炉壳通气管，炉壳通气管的一端与氮气气源主管道相连接，炉壳通气管的另一端通入炉壳与线圈间空腔，在炉壳通气管上安装炉壳供气管阀门。

上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述红外测温仪安装有红外测温仪通气管，红外测温仪通气管的一端与氮气气源主管道相连接，红外测温仪通气管的另一端通入红外测温仪，在红外测温仪通气管上安装红外测温仪供气管阀门。

本实用新型的有益效果是：

（1）氮化效果好，含氮量高，产品质量均匀稳定。提供反应氮气管道布置于冷却段底端（出料段顶端），既能防止出料时氮气泄露，又能使氮气向上流动过程中与冷却段高温物料（中上部温度大于800℃）接触后被加热，在冷却段中部即开始氮化反应，使产品氮化时间延长约4小时，而进入加热段后氮气温度即可达到1000℃-1100℃，即氮化反应温度最快温度范围，有效提高产品氮含量，产品含氮全部在15%以上。

（2）预热段底端的主供氮管道不但提供反应用氮气，还能起到冷却物料的作用，加上出料段下部供气管加强冷却，保证了出料温度低于100℃，起冷却作用的氮气在冷却的同时可有效回收冷却段内物料的余热，达到节能减排的效果。

（3）有效保证炉内氮气气氛，避免上部敞口对生产的影响及对耐材的侵蚀，同样位置加热段上部原厚均为100mm石墨炉衬使用一个月后，加预热段上部通氮管后的厚度为86mm，而未加氮气管的厚度仅为30mm左右。

（4）有效延长炉体寿命，空腔内通氮气后气压略大于炉腔内气压，炉腔内内含有氧化钾、氧化钠等腐蚀成分及石墨微粒的高温烟气不再渗出炉壁，避免了这些成分对耐材的侵蚀，延长炉体寿命，将炉体寿命由1个月左右提高到3个月以上。

（5）提高红外测温仪示数准确性，通过加红外测温仪通气管后，红外测温仪与热电偶测量温度差由100℃以上甚至500℃降低到50℃以下，有效保证了生产中温度参数的准确。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的侧视图。

图中标记如下：炉盖1、预热段2、加热段3、红外测温仪4、冷却段5、出料段6、料仓7、烟筒口8、加料口9、炉腔10、炉体耐材11、线圈12、炉壳13、氮气气源主管道14、第一主管道阀门15、第二主管道阀门16、气体流量计17、第三主管道阀门18、炉腔通气管19、炉壳通气管20、红外测温仪通气管21、预热段通气管22、出料段通气管23、炉壳与线圈间空腔24、炉腔环形供气管25、炉腔出气口26、预热段供气管阀门27、红外测温仪供气管阀门28、炉壳供气管阀门29、炉腔供气管阀门30、出料段供气管阀门31、出料段环形供气管32、出料段出气口33。

具体实施方式

本实用新型所涉及的竖式中频炉由炉盖1、预热段2、加热段3、红外测温仪4、冷却段5、出料段6、料仓7组成。最上方的炉盖1上有烟筒口8及加料口9，为敞口结构；最下方的料仓7上有门，除出料时间外均处于密闭状态；炉腔10由炉体耐材构成，其内的炉料由上部的加料口9加入后，自上而下由出料段6出料；加热段3由线圈12加热，线圈12与炉壳13之间为密闭空腔。

图中显示，本实用新型竖式中频炉冷却段5底端、出料段6中下部，预热段2上部、红外测温仪4、炉壳与线圈间空腔24五个部位分别安装通入氮气的管道，在合理提供反应氮气的同时，起到冷却炉内物料、保护炉内气氛、保护加热段炉体及保证炉体附件安全稳定运行的目的。

图中显示，上述通入氮气的管道上分别与氮气气源主管道14相连接，在氮气气源主管道14上安装第一主管道阀门15、第二主管道阀门16、第三主管道阀门18和气体流量计17。

图中显示，在冷却段5底端安装炉腔环形供气管25，由炉腔通气管19通入的氮气经炉腔环形供气管25上的一圈炉腔出气口26进入炉腔，保证炉腔范围内均匀供氮，供氮量大小可由炉腔供气管阀门30控制，此处供氮使产品含氮量由低于14%提高到15%以上。

图中显示，冷却炉内物料的功能主要是通过主管道的炉腔环形供气管道25在完成合理提供反应氮气的同时完成的，氮气在冷却段预热的过程即是冷却炉内物料的过程，但在出料量较大时，由于反应供氮量一定，物料到达出料段时温度仍高于100℃，因此需对出料段的物料进一步冷却。在出料段6下部增加一出料段环形供气管32，由出料段通气管23通入的氮气通过供气管上排列细密的一圈出料段出气口33对出料段物料加强冷却，气量可由出料段供气管阀门31控制，在主管道能够完成物料冷却功能时可关闭出料段供气管阀门31，此处的氮气也将参与炉内氮化反应，不会产生浪费。

图中显示，在预热段2上部安装预热段通气管22向炉腔10内通氮气，氮气流量可由预热段供气管阀门27控制。通入氮气后，氮气在炉体上部形成氮气密封层，在炉体上部局部形成氮气气氛的微正压环境，有效保护炉内气氛。

图中显示，保护加热段炉体是通过向炉壳与线圈间空腔24通氮气实现的。通过炉壳供气管阀门29控制流量的炉壳通气管20向炉壳与线圈间空腔24中注入氮气后，炉壳与线圈间空腔24内的气压略大于炉腔10内气压（因空腔密闭而炉腔10有开口），可防止炉腔内10有害气体渗出炉壁，有效保护炉体加热段。

图中显示，保证炉体附件安全稳定运行主要指的红外测温仪4的安全稳定运行，对于红外测温仪4工作温度高、烟气示数影响的问题，通过红外测温仪通气管21向红外测温仪4通氮气后，氮气不但能降低镜头温度，还能吹散烟气，通过红外测温仪通气管阀门28控制氮气流量，可保证红外测温仪的示数准确及安全稳定运行。

实施例1

正常情况下，气体流量计17正常，出料段6物料温度不高于100℃时，氮气由氮气气源主管道14接入后到达炉体各个供气部位。氮气通过主管道后，主要通过炉腔通气管19到达炉腔环形供气管25，由其上环形布置的炉腔出气口26进入炉腔10，对炉腔10内的物料均匀提供反应用氮气，氮气量大小由炉腔供气管阀门30控制。通过由预热段供气管阀门27控制的预热段通气管22进入预热段2上部气封保护炉内气氛；由红外测温仪供气管阀门28控制的红外测温仪通气管21接到红外测温仪4上保护设备，吹散烟气；由炉壳供气管阀门29控制的炉壳通气管20向线圈12与炉壳13之间的炉壳与线圈间空腔24充入氮气，避免炉腔内高温烟气渗出。本实施例不需要开通出料段通气管23。

实施例2

气体流量计17正常，出料段物料温度高于100℃时，氮气由氮气气源主管道14接入后到达炉体各个供气部位。氮气通过主管道后，主要通过炉腔通气管19到达炉腔环形供气管25，由其上环形布置的炉腔出气口26进入炉腔10，对炉腔10内的物料均匀提供反应用氮气，氮气量大小由炉腔供气管阀门30控制。通过由预热段供气管阀门27控制的预热段通气管22进入预热段2上部气封保护炉内气氛；由红外测温仪供气管阀门28控制的红外测温仪通气管21接到红外测温仪4上保护设备，吹散烟气；由炉壳供气管阀门29控制的炉壳通气管20向线圈12与炉壳13之间的炉壳与线圈间空腔24充入氮气，避免炉腔内高温烟气渗出。开通出料段通气管23，通过出料段环形供气管32上的出料段出气口33通氮气冷却出料段物料，避免出料后的产品氧化。

Claims (6)

1.一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，竖式中频炉由炉盖、预热段、加热段、红外测温仪、冷却段、出料段、料仓组成，其特征在于：在竖式中频炉冷却段（5）底端、出料段（6）下部，预热段（2）上部、红外测温仪（4）、炉壳与线圈间空腔（24）五个部位分别安装通入氮气的管道，上述通入氮气的管道上分别与氮气气源主管道（14）相连接，在氮气气源主管道（14）上安装多个主管道阀门和气体流量计（17）。

2.根据权利要求1所述的氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，其特征在于：所述冷却段（5）底端安装的氮气供气管道包括炉腔通气管（19）和炉腔环形供气管（25），炉腔通气管（19）的两端分别与氮气气源主管道（14）和炉腔环形供气管（25）相连接，炉腔环形供气管（25）位于炉腔（10）下部，在炉腔环形供气管（25）上均布一圈炉腔出气口（26），在炉腔通气管（19）上安装炉腔供气管阀门（30）。

3.根据权利要求1或2所述的氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，其特征在于：所述出料段（6）下部安装的氮气通气管道包括出料段通气管（23）和出料段环形供气管（32），出料段通气管（23）的两端分别与氮气气源主管道（14）和出料段环形供气管（32）相连接，出料段环形供气管（32）位于出料段（6）下部，在出料段环形供气管（32）上均布一圈出料段出气口（33），在出料段通气管（23）上安装出料段供气管阀门（31）。

4.根据权利要求3所述的氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，其特征在于：所述预热段（2）上部安装预热段通气管（22），预热段通气管（22）的一端与氮气气源主管道（14）相连接，预热段通气管（22）的另一端通入炉腔（10），在预热段通气管（22）上安装预热段供气管阀门（27）。

5.根据权利要求4所述的氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，其特征在于：所述炉壳与线圈间空腔（24）安装有炉壳通气管（20），炉壳通气管（20）的一端与氮气气源主管道（14）相连接，炉壳通气管（20）的另一端通入炉壳与线圈间空腔（24），在炉壳通气管（20）上安装炉壳供气管阀门（29）。

6.根据权利要求5所述的氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，其特征在于：所述红外测温仪（4）安装有红外测温仪通气管（21），红外测温仪通气管（21）的一端与氮气气源主管道（14）相连接，红外测温仪通气管（21）的另一端通入红外测温仪（4），在红外测温仪通气管（21）上安装红外测温仪供气管阀门（28）。