一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置的製作方法

2023-06-07 04:47:11 1

專利名稱：一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼表面化學熱處理裝置，尤其是涉及一種增壓高溫氮化裝置。
背景技術：
目前，大多數氮化裝置只能在常壓和相對較低的溫度條件下實現零件的氮化，通常消耗相當長的時間，氮化效率低且浪費資源。採用增壓氮化方法可提高氮勢並加快氮化速率，但提高壓力對爐膽材料要求苛刻。高溫增壓環境下氮化，極易造成爐膽材料的蠕變，導致爐膽變形甚至開裂，從而大幅度降低氮化裝置的整體壽命，影響氮化質量甚至造成危險。儘管採用某些特殊材料製備氮化裝置可以實現加壓氮化，但必將導致設備成本的升高，並且不能從根本上避免爐膽的高溫蠕變及設備的加速損耗。

發明內容
本發明旨在克服上述現有技術的不足，提供一種基於雙壓平衡系統控制的增壓高
溫氮化裝置。本發明是通過以下技術方案實現的一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置，主體結構包括爐蓋、爐膽和爐殼，爐蓋與爐膽相連，爐膽與爐殼相連，爐蓋裝有與NH3瓶及N2瓶連接的充氣管道，充氣管道延伸至爐膽反應室，爐膽反應室被發熱爐管嵌套，發熱爐管底部由陶瓷底座支撐，測溫裝置經所述陶瓷底座及發熱爐管底部中心孔引入，爐膽上端設有真空泵及排氣管道，爐膽排氣端接有流量監測計，爐膽上下法蘭盤之間設有循環水套，爐殼下端裝有與Ar瓶連接的充氣管道，爐殼上端裝有與廢氣收集系統連接的排氣管道，爐膽及爐殼排氣端分別設有壓力測量裝置。本氮化裝置的爐膽由上爐膽和爐膽反應室組成，反應室頂部設有保溫蓋，避免爐蓋及爐殼受:熱。本氮化裝置的爐蓋通過爐膽上法蘭盤通孔與爐膽相連接，爐膽上法蘭盤內圈設有保證爐膽密封性的塑膠墊圈。本氮化裝置的爐膽嵌套在爐殼內，爐膽與爐殼的裝配依靠爐膽下法蘭盤和爐殼頂部法蘭盤的連接，兩法蘭間放置聚四氟乙烯墊圈，通過高強螺栓連接。本氮化裝置的爐殼內壁放置保溫磚隔層，其餘空間由爐殼保溫棉填充。本氮化裝置的發熱爐管管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過銅螺栓分別連接火線和零線，兩電源線均套有絕緣套，在偏離爐膽且不接觸爐殼內壁的條件下穿過保溫棉，並經由爐殼底部法蘭接線柱弓I出。本氮化裝置的測溫裝置由鉬銠熱電偶、陶瓷套管及控溫儀表組成，電偶引線經由爐殼底部法蘭接線柱引出。 本氮化裝置的壓力測量裝置包括爐膽及爐殼所連接壓力表，爐膽連接壓力表選取NH3用壓力表，爐殼連接壓力表選取Ar壓力表。本發明工作時採用雙壓平衡系統控制，爐膽內外同時升高或降低壓強，在保證爐膽不受壓的條件下即可實現內部反應室的高溫增壓氮化，並且充入爐殼內用於平衡爐膽內壓的Ar可保護爐絲，既防止了爐膽的高溫蠕變，又延長了爐絲的使用壽命，從而降低成本並減緩設備損耗速率。爐膽反應室上端裝有保溫蓋和循環水裝置，可避免爐膽整體受熱，保護爐口塑膠墊圈不因溫度過高而報廢。電源及電偶線在壓力條件下引出接頭，並在保證系統密封性的前提下引出爐外接線柱。本發明與傳統氮化裝置相比，具有密封性良好、爐內氣體流暢、工作環境複雜、成本相對低廉、結構簡單、使用壽命較長等優點，可實現鋼表面以n2、nh3、n2+nh3以及nh3+h2為介質在O. 0Γ2. OMPa壓力和2(T120(TC溫度條件下的高溫單段或多段氮化。


本發明共有附圖5·幅，其中
圖1為本發明的整套設備示意圖。圖2為本發明的整體剖視圖。圖3為本發明的俯視圖。圖4為本發明爐膽示意圖。圖5為本發明爐殼底部法蘭盤內部接線圖。圖中1-NH3瓶，2-N2瓶，3-Ar瓶，4-流量監測計，5-廢氣收集系統，6-真空泵，7-爐膽充氣管道，8-爐殼充氣管道，9-爐膽排氣管道，10-爐殼排氣管道，11-爐膽內壓力測量裝置，12-爐膽外壓力測量裝置，13-爐蓋， 14-爐膽，15-爐膽上法蘭盤，16-爐膽下法蘭盤，17-爐膽反應室，18-反應室保溫蓋，19-發熱爐管，20-陶瓷底座，21-爐殼，22-爐殼頂部法蘭盤，23-爐殼底部上法蘭盤，24-爐殼底部下法蘭盤，25-爐殼內壁保溫磚層，26-爐殼保溫棉，27-接爐絲火線，28-接爐絲零線，29-電偶引線，30-電偶外引接線柱，31-電源線外引接線柱，32-循環水套，33-塑膠墊圈，34-爐膽上法蘭盤通孔，35-連接爐膽與爐殼法蘭盤的高強螺栓，36-爐殼底法蘭內部電偶接線柱A，37-爐殼底法蘭內部電偶接線柱B，38-爐殼底法蘭內部火線接線柱，39-爐殼底法蘭內部零線接線柱，40-絕緣墊片，41-緊固螺栓，42-外引線接點。
具體實施例方式本發明氮化裝置採用內外雙壓平衡結構，由反應爐膽、圓形爐殼、充/放氣系統、抽真空系統、循環水系統、流量監測系統、壓力監測裝置、廢氣收集系統、測溫裝置等構成。主體結構主要包括爐蓋、爐膽和爐殼。爐蓋裝有充氣管道，延伸至爐膽底部反應室，反應室被發熱爐管嵌套，爐管底部中心開孔且由陶瓷盤支撐，測溫電偶經陶瓷盤及爐管底端中心孔引入，爐膽上端設有抽真空及排氣裝置，排氣端裝有流量監測計，爐膽上下法蘭盤之間設有循環水套，爐膽經不鏽鋼法蘭與爐殼密封裝配，爐殼設有充氣和排氣管道，爐膽及爐殼排氣端設有壓力測量裝置及不鏽鋼球閥。爐蓋(包含充氣管道)材料為304不鏽鋼，爐蓋通過爐膽上法蘭盤通孔與爐膽相連接。爐蓋充氣管道與N2瓶及NH3瓶連接，可實現N2、NH3或兩者同時通入反應室。爐膽材料為Cr25Ni20Si2不鏽鋼，由上爐膽和反應室組成，反應室被爐管包圍且頂端裝有保溫蓋，避免爐蓋及爐殼受熱，爐膽嵌套在爐殼內，通過聚四氟乙烯密封墊圈及高強緊固螺栓連接。爐殼材料為Q235鋼(根據壓力需要，可更換為更高強度級別的材料)，包含上下法蘭盤及充放氣管道，爐殼內壁放置保溫磚隔層，其餘由氧化鋯保溫棉填充，爐殼的充氣管道與Ar瓶連接，工作時爐殼內充入氬氣。爐管材料為碳化矽，由底部陶瓷座支撐，管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過銅螺栓分別連接火線和零線，並且兩電源線均套有絕緣套，在偏離爐膽且不接觸爐殼內壁的條件下穿過保溫棉，在高溫密閉條件下經由爐殼底部法蘭接線柱引出，底部內外法蘭盤均設置通孔，通過聚四氟乙烯密封墊圈及高強緊固螺栓連接。測溫裝置由鉬銠熱電偶、陶瓷套管及控溫儀表組成，電偶測溫點靠近爐膽反應室底部樣品懸吊處，電偶引線在高溫密閉條件下經由爐殼底部法蘭接線柱引出。壓力測量裝置包括爐膽及爐殼所連接壓力表，爐膽連接壓力表選取NH3用壓力表，並通過不鏽鋼螺栓連接，爐殼連接壓力表選取Ar壓力表。充放氣管道及球閥材料均為304不鏽鋼，與N2瓶、NH3瓶等連接的管道均採用不鏽鋼軟管，其餘為鋼管。下面結合附圖進一步說明
由圖1和圖2可見，本發明氮化裝置主體結構由爐蓋13、爐膽14和爐殼21嵌套裝配。其中爐蓋13上自帶爐膽充氣管道7，並延伸至爐膽反應室17底部，即氮化零件懸吊處，充氣管道外側與氨氣瓶I和氮氣瓶2連接，可實現單一或雙介質的充入。爐膽反應室17加熱依靠碳化矽發熱爐管19，爐管由陶瓷底座20支撐，經保溫棉26和保溫磚25固定並隔開，避免電源引線27、28與爐殼21接觸，電偶測溫點位於反應室底部位置，電偶引線29經爐殼底部下法蘭盤24外引出接線柱30。 正常工作時，打開爐膽充氣管7及爐殼充氣管8，爐膽充入介質的同時爐殼內充入氬氣，保證爐膽壓力測量裝置11示數與爐殼(爐膽外)壓力測量裝置12示數差小於O. 05MPa,使爐膽在不受壓的條件下工作。爐膽反應室設有保溫蓋18和循環水系統32,防止爐口塑膠墊圈33因溫度過高而老化。如圖3所示，爐膽上法蘭盤外側設有通孔34用來與爐蓋13連接，內圈放置塑膠墊圈33以保證爐膽密封性。爐膽與爐殼的裝配依靠爐膽下法蘭盤16和爐殼頂部法蘭盤22的連接，兩法蘭盤間放置聚四氟乙烯墊圈，通過高強螺栓35連接。如圖4所示，爐膽14為獨立零件，爐膽上法蘭盤15與爐蓋13密封裝配，爐膽下法蘭盤16與爐殼頂部法蘭盤22通過高強螺栓連接，實現爐膽14與爐殼21的裝配，循環水套32位於爐膽上下法蘭盤之間。圖5示出爐殼底部法蘭盤內部接線圖。電偶及電源引線均在高壓密閉環境下引出，爐殼底部下法蘭盤24接線柱30、31主要由絕緣墊片40和緊固螺栓41組成，外引線接點42位於絕緣墊片和緊固螺栓之間。本發明可實現在溫度2(Tl200°C及壓力O. 01 2. O MPa範圍內，以NH3、N2或N2+NH3及nh3+h2為介質條件下的氮化，適用於不鏽鋼、低合金結構鋼等金屬或合金的表面氮化處理。
權利要求
1.一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置，主體結構包括爐蓋、爐膽和爐殼，爐蓋與爐膽相連，爐膽與爐殼相連，其特徵在於，爐蓋(13)裝有與NH3瓶(I)及N2瓶(2)連接的充氣管道(7)，所述充氣管道延伸至爐膽反應室(17)，所述爐膽反應室被發熱爐管(19)嵌套，所述發熱爐管底部由陶瓷底座(20)支撐，測溫裝置經所述陶瓷底座及發熱爐管底部中心孔引入，爐膽(14)上端設有真空泵(6)及排氣管道(9)，爐膽排氣端接有流量監測計(4)，爐膽上下法蘭盤之間設有循環水套(32)，爐殼(21)下端裝有與Ar瓶(3)連接的充氣管道(8)，所述爐殼上端裝有與廢氣收集系統(5)連接的排氣管道(10)，所述爐膽及爐殼排氣端分別設有壓力測量裝置。
2.根據權利要求1所述的氮化裝置，其特徵在於所述爐膽(14)由上爐膽和爐膽反應室(17)組成，所述爐膽反應室頂部設有保溫蓋(18)。
3.根據上述權利要求任一項所述的氮化裝置，其特徵在於所述爐蓋(13)通過爐膽上法蘭盤通孔(34)與爐膽(14)相連接，爐膽上法蘭盤(15)內圈設有保證爐膽密封性的塑膠墊圈(33)。
4.根據上述權利要求任一項所述的氮化裝置，其特徵在於所述爐膽(14)嵌套在爐殼(21)內，爐膽與爐殼的裝配依靠爐膽下法蘭盤(16)和爐殼頂部法蘭盤(22)的連接，兩法蘭間放置聚四氟乙烯墊圈，通過高強螺栓(35)連接。
5.根據上述權利要求任一項所述的氮化裝置，其特徵在於所述爐殼(21)內壁放置保溫磚隔層(25 )，其餘空間由爐殼保溫棉(26 )填充。
6.根據上述權利要求任一項所述的氮化裝置，其特徵在於所述發熱爐管(19)管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過銅螺栓分別連接火線和零線，兩電源線均套有絕緣套，在偏離爐膽且不接觸爐殼內壁的條件下穿過保溫棉,並經由爐殼底部法蘭接線柱引出。
7.根據上述權利要求任一項所述的測溫裝置由鉬銠熱電偶、陶瓷套管及控溫儀表組成，電偶測溫點靠近爐膽反應室底部，電偶引線(29)經由爐殼底部法蘭接線柱引出。
8.根據上述權利要求任一項所述的氮化裝置，其特徵在於壓力測量裝置包括爐膽及爐殼所連接壓力表，爐膽連接壓力表選取NH3用壓力表,爐殼連接壓力表選取Ar壓力表。
全文摘要
本發明公開一種具有雙壓平衡結構的增壓高溫氮化裝置，涉及鋼表面化學熱處理裝置，由爐膽、爐殼、充放氣系統、抽真空系統、循環水系統、流量監測系統、壓力監測裝置、廢氣收集系統、測溫裝置等構成，該裝置的爐蓋上裝有與NH3瓶及N2瓶連接的充氣管道，NH3瓶及N2瓶中的N2、NH3或兩者能同時通入爐膽反應室，爐殼下端裝有與Ar瓶連接的充氣管道，工作時爐殼內充入氬氣。該裝置降低了對爐膽材料的耐壓要求，也降低了爐膽發生高溫蠕變的機率，氮化爐整體使用壽命更長，可實現鋼表面以N2、NH3、N2+NH3以及NH3+H2為介質在0.01~2.0MPa壓力及20~1200℃溫度條件下的高溫單段或多段氮化。
文檔編號C23C8/24GK103045990SQ201210530358
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者傅萬堂, 王博, 趙品, 付瑞東, 鄭煬曾, 劉天洋 申請人:燕山大學