CN205934001U - 具有探视监测功能的井式渗碳炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，属于热处理装置技术领域，包括碳势控制仪、与碳势控制仪连接的氧探头和温度传感器，碳势控制仪包括控制单元，以及与控制单元分别连接的报警单元、超温断电单元、清碳控制单元、渗碳控制单元和显示单元，氧探头和温度传感器均与控制单元的输入端连接；显示单元包括与控制单元的输出端分别连接的温度设定显示仪、温度实测显示仪、碳势设定显示仪、碳势实测显示仪、烧碳指示灯和电源指示灯。本实用新型控制精度高、反应速度快、灵敏度高、维修方便，提高氧探头的测量精度，提高整个系统测量和控制的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，属于热处理装置技术领域。
背景技术
气体渗碳（碳氢共渗）工艺是工业上广泛使用的金属表面强化工艺，工艺实现过程以通过富碳气体如丙烷、甲烷、一氧化碳的气体通入高温加热炉内，或者将富碳有机液体如甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、煤油等直接滴入高温加热炉内裂解产生碳氢气氛。
通常低碳钢或低碳合金钢工件经过渗碳、淬火加工后，其表面硬度、耐磨性、疲劳强度都得到提高，并保持了工件心部的强韧性，能承受冲击荷载，因此渗碳工艺广泛应用于飞机、汽车、拖拉机等机械零件的渗碳加工，为了满足不同机械零件对渗碳工艺的要求，发展了多种类型的高温加热炉内用作渗碳用炉，井式渗碳炉就是一种常用的高温加热渗碳用炉。
但是一些重型机械零件尺寸较大，如部分重型机械零件直径可达到5m，高度可达到2.5m，已有的井式渗碳炉的炉内温度、富化介质浓度不能达到均匀一致，进而对重型机械零件如重型齿轮、齿圈、齿轮轴等进行渗碳加工时出现渗碳不均匀、渗碳厚度达不到要求等质量问题。
同时现有设备大多靠人的经验在现场控制碳势及渗碳过程，过程中的疏忽和不可控因素造成的气体碳势不均匀，会造成不可逆的产品质量问题，因此产品报废及生产周期延长，导致现有渗碳热处理及相关产品成本高、一致性差。
因此，在作业中，炉温均匀、升温速度、保温性能，以及工件渗碳速度是否加快，碳势气氛是否均匀，渗层是否均匀，在炉压提高时，有误泄漏风险，都是需要实时监控的，常规办法靠员工经验，大大阻碍了研发生产，为了提高了生产效率和渗碳质量，亟需研制一种具有探视监测功能的井式渗碳炉。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，实现碳势和温度的精确控制，为材料渗碳实验和生产提供可视、精密、可靠的过程控制。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，包括与炉体连接的碳势控制仪、与碳势控制仪连接并插入炉体内的用于获得碳势值和温度值的氧探头和温度传感器，碳势控制仪包括控制单元，以及与控制单元分别连接的报警单元、超温断电单元、清碳控制单元、显示单元和渗碳控制单元，氧探头和温度传感器均与控制单元的输入端连接；
显示单元包括设置在碳势控制仪面板上并与控制单元的输出端分别连接的温度设定显示仪、温度实测显示仪、碳势设定显示仪、碳势实测显示仪、烧碳指示灯和电源指示灯。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：氧探头为HELM氧探头，温度传感器为自适应PID数字调节式热电偶探头。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：控制单元为PLC控制系统。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：报警单元为与控制单元的输出端分别连接的报警指示灯和蜂鸣器，报警指示灯设置在碳势控制仪的面板上。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：超温断电单元包括用于导通供电电路的逻辑保护器和用于切断供电电路的过温保护器，逻辑保护器和过温保护器均与控制单元的输出端连接，逻辑保护器的设定温度为850℃，过温保护器的设定温度为950℃。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：清碳控制单元为与控制单元的输出端连接的烧碳控制电磁阀，渗碳控制单元为与控制单元的输出端连接的渗碳控制电磁阀，烧碳控制电磁阀和渗碳控制电磁阀均通过管道连接在碳势控制仪和炉体之间。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：温度设定显示仪和温度实测显示仪均为数码管；碳势设定显示仪和碳势实测显示仪均为LZB-3W微流量玻璃转子流量计。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：炉体炉衬的耐火层为抗渗耐火砖或镁碳砖，炉体炉衬的保温层为陶瓷纤维或碳化硅。
由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
该井式渗碳炉适用于各种低碳钢零件或工具的高精密气体渗碳热处理，特别配置了德国HELM品牌的氧探头及碳势控制仪，HELM氧探头是热处理控制气氛重要的传感器，是一种确定含碳气氛中氧分压的测量探头，可间接测量炉内气氛的碳势，作用原理为利用氧化锆在高温时（>650℃时）内外两侧不同的氧浓度所产生的氧电势来测量被测部位的氧含量。
HELM品牌的氧探头及碳势控制仪，可使炉气碳势控制精度≤±0.02 %C，碳势均匀度≤±0.02 %C，控制精度高、准确性强；温度控制采用PID调节自动控制，温度控制精度：≤±1℃；温度和碳势具有自调谐、自整定、自适应功能，可显示设定值和实测值，可为材料渗碳实验和生产提供可视、精密、可靠的过程控制。PLC控制系统的执行元件为可控硅，具有无机械触点，无噪声、寿命长、测试精度高，对电网无干扰等优点。
渗碳控制单元可实现出碳功能，无需人工加碳；清碳控制单元可实现自动烧碳黑功能，从而提高氧探头的测量精度，进一步提高系统整体测量和控制的准确性，避免当氧探头表面包裹的碳黑因不能及时清理而严重影响其测量精度，或者炉内碳势产生波动时，系统不能得到及时和准确的信息，进而影响整个系统不能准确和及时对炉内气氛进行调整。
本发明使用HELM氧探头及碳势控制仪再配上可编程、报警单元的智能报警、超温断电单元等安全连琐装置达到时时检测和控制，当PLC控制系统整体程序设置完成后，碳势控制仪将自动控制运行，直至整个过程结束，控制精度高、反应速度快、灵敏度高、维修方便，提高氧探头的测量精度，提高整个系统测量和控制的准确性。
附图说明
图1是本实用新型连接结构示意图；
图2是本实用新型碳势控制仪的连接结构示意图；
其中，1、炉体，2、碳势控制仪，3、氧探头，4、温度传感器；
21、控制单元，22、报警单元，23、超温断电单元，24、清碳控制单元，25、显示单元，26、渗碳控制单元；
221、报警指示灯，222、蜂鸣器；
231、逻辑保护器，232、过温保护器；
251、温度设定显示仪，252、温度实测显示仪，253、碳势设定显示仪，254、碳势实测显示仪，255、烧碳指示灯，256、电源指示灯。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：
如图1和图2所示，一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，包括与炉体1连接的碳势控制仪2、与碳势控制仪2连接并插入炉体1内的用于获得碳势值和温度值的氧探头3和温度传感器4，碳势控制仪2包括控制单元21，以及与控制单元21分别连接的报警单元22、超温断电单元23、清碳控制单元24、渗碳控制单元26和显示单元25，氧探头3和温度传感器4均与控制单元21的输入端连接；
显示单元25包括设置在碳势控制仪2面板上并与控制单元21的输出端分别连接的温度设定显示仪251、温度实测显示仪252、碳势设定显示仪253、碳势实测显示仪254、烧碳指示灯255和电源指示灯256。
氧探头3为HELM氧探头，温度传感器4为自适应PID数字调节式热电偶探头。
控制单元21为PLC控制系统。报警单元22为与控制单元21的输出端分别连接的报警指示灯221和蜂鸣器222，报警指示灯221设置在碳势控制仪2的面板上。
超温断电单元23包括用于导通供电电路的逻辑保护器231和用于切断供电电路的过温保护器232，逻辑保护器231和过温保护器232均与控制单元21的输出端连接，逻辑保护器231的设定温度为850℃，过温保护器232的设定温度为950℃。
清碳控制单元24为与控制单元21的输出端连接的烧碳控制电磁阀，渗碳控制单元26为与控制单元21的输出端连接的渗碳控制电磁阀，烧碳控制电磁阀和渗碳控制电磁阀均通过管道连接在碳势控制仪2和炉体1之间。
温度设定显示仪251和温度实测显示仪252均为数码管；碳势设定显示仪253和碳势实测显示仪254均为LZB-3W微流量玻璃转子流量计。
炉体1炉衬的耐火层为抗渗耐火砖或镁碳砖，炉体1炉衬的保温层为陶瓷纤维或碳化硅。
将HELM氧探头3和温度传感器4安装在炉体1内，炉体1内气氛以氧探头作为传感元件。打开电源指示灯256，通过测定炉体1内气氛的氧势和热电偶探头测定炉膛的温度输入给碳势控制仪2的PLC控制系统，氧探头3采集区域内的碳势送入碳势控制仪2，碳势控制仪2计算出实际碳势的信号与设定值进行对比，进行数学模型计算和PID 调节，换算后碳势控制仪将调节控制信号直接传递到灵敏度极高的渗碳控制电磁阀调整富化气的输入量，从而达到所需碳势值，并使其稳定。于此同时碳势实测值通过碳势实测显示仪254进行显示。工作时，只需按工艺要求调节碳势设定显示仪253的碳势设定值，并根据不同滴剂调节渗碳控制电磁阀的工作状态，按不同的工艺要求调节其他滴剂的滴入量，将炉内碳势控制在设定值上。
温度传感器4的测量与氧探头3的测量原理类似，在此不再赘述。
德国的HELM氧探头是高温氧化锆陶瓷氧探头，其是由高铝瓷管的一端用高温焊料焊接而成的氧化锆陶瓷体，氧化锆陶瓷体端头和高铝瓷管外侧均装有镍基合金材料做成的电极。
由于作为测量炉体内气氛关键传感元件的氧探头在使用中易使其表面包裹上碳黑，清理不及时会严重影响测量精度，因此设置烧碳控制电磁阀作成的清碳控制单元24，对炉体1内进行通气处理，间隔2.5～3小时烧碳控制电磁阀接收碳势控制仪2的PLC控制系统的信号，此时烧碳指示灯255亮，自动通气清除一次。
Claims (8)
1.一种具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：包括与炉体（1）连接的碳势控制仪（2）、与碳势控制仪（2）连接并插入炉体（1）内的用于获得碳势值和温度值的氧探头（3）和温度传感器（4），碳势控制仪（2）包括控制单元（21），以及与控制单元（21）分别连接的报警单元（22）、超温断电单元（23）、清碳控制单元（24）、显示单元（25）和渗碳控制单元（26），氧探头（3）和温度传感器（4）均与控制单元（21）的输入端连接；
显示单元（25）包括设置在碳势控制仪（2）面板上并与控制单元（21）的输出端分别连接的温度设定显示仪（251）、温度实测显示仪（252）、碳势设定显示仪（253）、碳势实测显示仪（254）、烧碳指示灯（255）和电源指示灯（256）。
2.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：氧探头（3）为HELM氧探头，温度传感器（4）为自适应PID数字调节式热电偶探头。
3.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：控制单元（21）为PLC控制系统。
4.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：报警单元（22）为与控制单元（21）的输出端分别连接的报警指示灯（221）和蜂鸣器（222），报警指示灯（221）设置在碳势控制仪（2）的面板上。
5.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：超温断电单元（23）包括用于导通供电电路的逻辑保护器（231）和用于切断供电电路的过温保护器（232），逻辑保护器（231）和过温保护器（232）均与控制单元（21）的输出端连接，逻辑保护器（231）的设定温度为850℃，过温保护器（232）的设定温度为950℃。
6.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：清碳控制单元（24）为与控制单元（21）的输出端连接的烧碳控制电磁阀，渗碳控制单元（26）为与控制单元（21）的输出端连接的渗碳控制电磁阀，烧碳控制电磁阀和渗碳控制电磁阀均通过管道连接在碳势控制仪（2）和炉体（1）之间。
7.根据权利要求1所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：温度设定显示仪（251）和温度实测显示仪（252）均为数码管；碳势设定显示仪（253）和碳势实测显示仪（254）均为LZB-3W微流量玻璃转子流量计。
8.根据权利要求1～7任一项所述的具有探视监测功能的井式渗碳炉，其特征在于：炉体（1）炉衬的耐火层为抗渗耐火砖或镁碳砖，炉体（1）炉衬的保温层为陶瓷纤维或碳化硅。
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| CN112981309A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 南京宇能机械有限公司 | 一种18CrNiMo7-6风电齿轮渗碳工艺及设备 |
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