真空井式無罐離子滲碳多用爐體的製作方法

2023-10-05 19:32:14 1

專利名稱：真空井式無罐離子滲碳多用爐體的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到工件表面強化的一種專用設備，屬於熱處理設備領域。
背景技術：
滲碳是金屬表面強化的一種重要工藝手段。據統計，化學熱處理和表面處理的零件中，需經滲碳處理的約佔75％，而目前我國熱處理的滲碳設備，以40年代以來至今的氣體滲碳爐為主。據不完全統計，中國的井式滲碳爐多達3萬餘臺。這種設備其能源消耗大和生產效率低，引起了人們的廣泛關注。
以大連海事大學劉承仁、楊烈宇教授對等離子滲碳工藝與設備的研製已有30年的歷史，先後研製出臥式、罩式真空離子滲碳爐，1990年3月人民交通出版社出版了楊烈宇教授所著的「離子轟擊滲擴技術」，使我國採用離子滲碳技術進行產業化翻開了新的一頁。這是由於，離子滲碳具有熱損失小、設備造價低、產品質量明顯提高、生產周期明顯下降、設備壽命長、節省耐熱材料、無汙染並能夠在常壓下處理難以處理的鋼種，如8W16、SUS410等進行滲碳。但是，目前生產所採用離子滲碳爐主要是臥式雙室滲碳多用爐，它的主要設備結構包括加熱室、冷卻室、供氣系統、輝光放電電源、加熱電源、真空排氣系統、工件取料系統等，這種結構的真空爐體，生產汽車零件、紡織零件、船機修造零件的滲碳、碳氮共滲、真空氮化、真空釺焊、合金工具鋼真空淬火等熱處理，都能保證加工後的金屬光澤和較小的變形。然而，對於一些大批量的生產、大型軸件、細長杆件、大型齒輪、重型軸承和適用多種淬火介質的零件，這種臥式離子滲碳爐由於其結構原因生產受到了限制。最適易於這種零件生產的設備是井式滲碳爐，但必須對現有的井式滲碳爐改造成井式無罐離子滲碳多用爐才能滿足持續發展的我國國民經濟增長的需求。
實用新型的內容本實用新型的目的和任務是要解決現有技術存在的，①裝爐量小，不能大批量生產，②不能處理大件、特大件、細長件的生產問題，③受淬火介質限制的不足，並提供一種裝爐量大、無罐、可選擇淬火介質、直接淬火、不用變壓器、爐溫均勻的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，特提出本實用新型的技術解決方案。
本實用新型所設計的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，主要包括由高真空層[10]和由矽酸鋁纖維層[16]和耐火磚層[12]構成的爐體[15]、由輻射管和電阻絲構成的加熱器[14]、由蓋體[27]和空氣層[18]及矽酸鋁纖維層[16]構成的爐蓋[19]、真空獲得機構[6]、離子源控制機構[2]、排氣機構[4]、冷卻機構[5]、供氣機構[7]和供電控制機構[3]，其特徵在於在爐體[19]上還設有與爐膛保持小縫隙連通的雙層粗真空層[11]；在耐火磚層[12]的內側，還設有陽極筒[13]，其耐火磚層[12]與陽極筒[13]之間間距應大於10mm；設在加熱器[14]內的電阻絲呈蛇形狀，並與輻射管壁之間應保持大於10mm的間隙；在爐蓋[19]上，其底部於蓋體[27]的下方設有多個隔熱屏[44]層結構，在蓋體[27]內所設的空氣層是雙層空氣層[18]，設在爐蓋[19]上的排氣管[23]在通過雙層空氣層[18]段處，在其此段排氣管的側壁上開有出氣小孔[42]，該出氣小孔與各層空氣層和矽酸鋁纖維層[16]中的空氣相連通，在排氣管的上端出口處，還設有堵塞[24]，當排氣之後，用堵塞將其出口封閉；設在爐蓋[19]上的混合進氣管[21]，在通過矽酸鋁纖維層[16]段設計成蛇形狀或散熱片狀，並在混合進氣管的上端安裝有氣體混合器[22]；在爐蓋[19]上還設計有由電接點壓力表[70]和安全放氣閥[69]相連通而構成的安全閥[25]；在爐蓋[19]觀察孔[17]的上方，裝有其內設有可轉動的隔熱屏總成[87]的觀察窗體[20]；爐體高真空層[10]的真空嘴[30]通過手閥[31]控制與抽真空管[35]相連通。
本實用新型的進一步特徵在於在混合進氣管[21]的上端，所設計的由殼體[53]、進氣彎管[56]、進氣直管[57]所構成的氣體混合器[22]，其殼體[53]是一個具有杯狀內腔結構，其腔壁的錐形斜面與其軸線的夾角為30°～45°，並在其腔內同軸還設計有其外形與內腔均同殼體[53]內腔外形體相似的射流噴嘴[54]，殼體[53]的外側壁上，則均布設有多個與射流噴嘴[54]的外側面相切的進氣直管[57]，而進氣彎管[56]是設在氣體混合器[22]的上方，並與射流噴嘴的進氣口相連通，各零件的連接方式，除上、下法蘭[52、51]用螺栓[59]、螺母[60]緊固，並加有密封圈[61]外，均為焊接相連，氣體混合器[22]中的射流噴嘴口[58]與殼體內腔斜面下端頭[55]間的距離保持10～20mm；在爐蓋[19]上所設計的安全閥[25]，是由電接點壓力表[70]、接管I[65]、接管II[67]、上螺母[68]和下螺母[64]及密封圈[61]通過三通連接塊[66]連接有安全放氣閥[69]所構成，其安全放氣閥[69]的結構是由在閥體[76]與閥蓋[73]螺紋連接後，而構成的閥腔裡，還設有用螺釘[71]與閥蓋[73]連在一起的閥芯[72]，並在閥芯的腔內設計有可以上下移動的鋼球[77]，在鋼球和處在閥芯底部的螺釘[71]之間加有壓力彈簧[74]，在閥體和閥芯的側壁上，還分別開有多個排氣孔[75]，在鋼球與閥體的接觸處，設有密封圈[61]，閥體下部的彎管[78]用螺釘緊固在三通連接塊[66]上，其間加有密封圈[61]，接管I[65]和接管II[67]與三通連接塊焊接相連，接管I[65]與下螺母[64]之間、洩壓管[79]與下螺母之間，均為螺紋連接，並在下螺母與接管I之間加有密封圈[61]；在爐蓋[19]上所設計的觀察窗體[20]，其結構是由觀察窗蓋[81]、密封圈[61]、觀察窗上座[83]、觀察窗下座[85]和觀察窗玻璃[82]所構成的觀察筒，而在觀察筒的觀察窗上座[83]和觀察窗下座[85]之間，垂直其軸線焊接有其內設有主要有中軸[90]、密封套[91]和隔熱屏相垂直而構成隔熱屏總成[87]的隔熱箱體[84]，隔熱箱體[84]的兩個半弧形的側壁，平行於隔熱屏[44]板所在的平面，而垂直於中軸[90]和固定在隔熱箱體一弧形側壁上的密封套[91]，隔熱箱體的側蓋[89]用螺釘[71]緊固在其箱體上，並在其間加有密封圈[61]，而在觀察窗上座與觀察窗蓋之間螺紋連接，觀察窗玻璃夾在其間，用密封圈[61]連接。
本實用新型所設計的爐體，其粗真空層[11]實際上就是一個雙層粗真空層，是鋼板製成的空心板狀物，與爐膛的真空腔無嚴格密封的間隙層，當爐膛中排氣抽真空時，由於粗真空層與爐膛保持小縫隙的連通，即粗真空層通過其壁上設有輸電陰極插孔、熱電偶插孔、抽真空管插孔等所留下的小縫隙實現，而高真空層則是嚴格密封的，同時真空嘴[30]通過手閥[31]控制與抽真空管[35]相連通，所以排氣抽真空時，高真空層[10]、粗真空層[11]和爐膛均開始排氣抽真空，達到規定的真空度時，關閉手閥[31]，此時，爐膛與粗真空層就不再與抽真空管[35]相連，因此，它可保持與爐膛相適應的真空度。這樣會使傳熱係數和壓力平穩過渡，較好的代替了空氣隔熱層。在陽極筒[13]與耐火磚層之間留有大於10mm的間距，實際上又是一個「粗真空層」，其作用是要使該層起熱輻射作用而不是熱傳導作用，以減少熱損失。在加熱器[14]的管壁與其內電阻絲之間保持大於10mm的間隙，是為了在電阻絲通入110V～380V的交流電壓時，不因輻射管壁帶有可高達1200V直流的正電壓而產生有壓差造成放電現象。陽極筒[13]應與爐殼相連接。爐體高真空層[10]的上部、下部和側部所設的各高真空層均是通過連通孔[9]而相互連通的，粗真空層[11]只設在其側部和上部並相連通，在爐體上部所加一層其厚達325mm的矽酸鋁纖維層是為了儲存熱量。在爐體的底部設有雙層高真空層[10]，並加有支承環，在真空隔熱層上部是輕質耐火磚砌層。混合進氣管[21]在矽酸鋁纖維層裡設計成蛇形狀或散熱片狀，其目的是氨氣等滲劑可在矽酸鋁纖維層中逐步被加熱，也是用氨氣冷卻爐蓋的過程，進到爐膛中的氣體經多層隔熱屏[44]後，會均勻的分散，採用氣體混合器[22]後，不會出現將被帶的丙酮返回罐內的現象。該實用新型爐體還採用氣體保護。
本實用新型的主要優點是①適合大批量、大件、細長件的生產，②可採用多種淬火介質以滿足各種鋼種的需要，③無變壓器，無馬弗罐，降低成本、提高效率4倍以上，④可節省電力40％，⑤無汙染。
下面是對附圖的說明。
本實用新型共設1 7幅附圖，即


圖1是真空井式無罐離子滲碳多用爐體整套設備結構示意圖，圖2是真空井式離子滲碳多用爐體正視剖面結構示意圖，圖3是圖2的俯視結構示意圖，圖4是圖2打開爐蓋並轉動一個角度後的正視剖面結構示意圖，圖5是圖4的俯視結構示意圖，圖6是本實用新型所設計的爐蓋正視剖面結構示意圖，圖7是圖6的俯視結構示意圖，圖8是本實用新型所設計的氣體混合器的正視剖面結構示意圖，圖9是本實用新型所設計的具有4個滲劑入口的氣體混合器的正視剖面結構示意圖，
圖10是圖9的俯視結構示意圖，
圖11是本實用新型設計的安全閥正視剖面結構示意圖，
圖12是本實用新型設計的觀察窗體的正視剖面結構示意圖，
圖13是
圖12的側視結構示意圖，
圖14是隔熱屏已處於離開觀察筒時的正視剖面結構示意圖，
圖15是
圖14的側視結構示意圖，
圖16是本實用新型所提出的隔熱屏總成的正視剖面結構示意圖，
圖17是
圖16的俯視結構示意圖。
具體說明如下
圖1是真空井式無罐離子滲碳多用爐體整套設備示意圖。
真空井式無罐離子滲碳多用爐體，其整套設備是由真空井式無罐離子滲碳多用爐體[1]、真空獲得機構[6]、供氣機構[7]、供電控制機構[3]、排氣機構[4]、冷卻機構[5]和離子源控制機構[2]所構成。
圖2是真空井式無罐離子滲碳多用爐體正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，該爐體[15]主要是由爐蓋[19]、爐底[38]、安裝在爐底上的陰極盤[33]和設在陰極盤下面的輸電陰極[34]、爐體上部的爐蓋升降機構[28]和爐膛內的加熱器[14]所構成，爐側壁上還設有輸電陽極[32]。
爐蓋[19]是由蓋體[27]下面的多個隔熱屏[44]、蓋體內由矽酸鋁纖維層[16]、雙層空氣層[18]和水冷層[26]構成，並在爐蓋上還設有混合進氣管[21]、排氣管[23]、觀察孔[17]、安全閥[25]結構，爐蓋可通過升降機構[28]的開、閉或繞升降軸轉動。
設在爐底上的陰極盤[33]是堆放工件的地方，在它的下方設有輸電陰極[34]並通過導電板[36]與陰極盤相連，爐底[38]是由支承座支持的雙層高真空層[10]，其上面是耐火磚層[12]以承受重量。
爐體[15]的側壁，最外層是高真空層[10]，向其爐膛內分別是雙層粗真空層[11]、矽酸鋁纖維層[16]、耐火磚層[12]、陽極筒[13]和由12個管狀輻射管構成的整個爐膛內的加熱器[14]。在混合進氣管[21]的上方加有氣體混合器[22]，在矽酸鋁纖維層段設有散熱片[43]結構。在排氣管[23]的上方加有堵塞[24]，在觀察孔[17]的上方加有觀察窗體[20]，真空嘴[30]與抽真空管[35]通過手閥[31]控制相連，並在抽真空管[35]的進氣端加排氣帽[37]。符號[9]是連通孔。
圖3是圖2的俯視結構示意圖。
圖中符號[48]為熱電偶，其他符號同圖2。
圖4是圖2打開爐蓋並轉動一定角度後的剖面正視結構示意圖。
圖中顯示，當通過按鈕打開升降開關，設在爐體上的爐蓋升降機構[28]，將爐蓋提升到爐體上方，再轉一個角度，將工件裝入、取出或維修工序，待工序完成之後，再通過按鈕將爐體轉回原處，再降下來、封閉，檢查各項均合格後，便開始新的工作程序。
圖中符號均同
圖1。
圖5是圖4的俯視結構示意圖。
圖中符號[48]為熱電偶，其他符號均同圖4，並顯示，爐蓋提升後逆時針轉動了45°角。
圖6是本實用新型所設計的爐蓋正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，在蓋體[27]的底部固定有7層隔熱屏[44]板，在蓋體的裡面是加厚的矽酸鋁纖維層[16]和雙層空氣層[18]，在爐蓋[19]的上部是水冷層[26]，同時還看出，通過爐蓋設在爐體[27]裡面的觀察孔[17]，其上端頭裝有觀察窗體[20]，在混合進氣管[21]上端裝有氣體混合器[22]，在排氣管[23]的上端頭加有堵塞[24]，設有安全放氣閥[69]和電接點壓力表[70]的安全閥[25]安裝在洩壓管[79]的上端，排氣管[23]在經過雙層空氣層[18]段，其管壁上開有出氣小孔[42]，混合進氣管[21]在經過矽酸鋁纖維層段，在其管壁上加有多個散熱片[43]的結構。
圖7是圖6的俯視結構示意圖。
圖中顯示，爐蓋[19]上的冷卻層是通過排水管[45]和進水管[46]完成的，爐蓋上還設有三個吊座[47]，以供吊起爐蓋時用。
其他符號均同圖6。
圖8是本實用新型所設計的氣體混合器的正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，氣體混合器管上端所設的是由殼體[53]、進氣彎管[56]、進氣直管[57]所構成的氣體混合器，其殼體[53]是一個具有杯狀內腔結構，其內安裝有外形與內腔均同殼體內腔外形體相似的射流噴嘴[54]，殼體的上開口處與射流噴嘴的外底部焊在一起，殼體的側壁上則設有多個與射流噴嘴的外側面相切的進氣直管[57]焊在一起，而殼體的下部開口處則與上法蘭[52]焊在一起，下法蘭[51]則與混合進氣管[21]的上端頭焊在一起，並通過螺栓[59]、螺母[60]緊固在一起，兩法蘭之間加有密封圈[61]。射流噴嘴口[58]與殼體內腔斜面下端頭[55]間的距離保持10mm，殼體內腔的錐形斜面與其軸線的夾角為30°。
符號[62]為各滲劑在此混合後進入混合氣進氣管的混合氣出口。圖中粗實線箭頭表示為高壓快速進氣方向，細實線箭頭表示被氣流帶動而進氣的方向，點劃線箭頭表示混合後的氣體流動方向。
圖9是本實用新型所設計的具有4個滲劑入口的氣體混合器的正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，與圖8不同的是滲劑的入口增加兩個，這樣在多元共滲中，可將各種滲劑同時在氨氣帶動下混合進入爐膛，如上面的進氣彎管[56]通入氨氣，其他三個進氣直管[57]則可分別通入氫、丙烷烯、氮氣等。
圖中各滲劑入口均與射流噴嘴[54]的外表面同方向相切，並相間120°，殼體內腔的錐形斜面與其軸線的夾角為45°，圖中符號均同圖8。
圖10是圖9的俯視結構示意圖。
圖中符號均同圖9。
圖11是本實用新型設計的安全閥正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，它是由電接點壓力表[70]、上螺母[68]、下螺母[64]及密封圈[61]和在接管I[65]與接管II[67]之間還加有三通連接塊[66]，通過螺釘[71]與安全放氣閥[69]連接在一起所構成，安全放氣閥[69]是由閥體[76]和與其螺紋連接的閥蓋[73]所構成的空腔內，通過螺釘[71]與閥蓋[73]固定連接有閥芯[72]，在閥芯[72]腔內，在螺釘[71]端頭與鋼球[77]之間，安裝有壓力彈簧[74]，在閥體[76]和閥芯[72]的側壁上，分別開有多個排氣孔[75]，閥體[76]的底部呈彎管[78]狀結構，其底部通過螺釘[71]與三通連接塊[66]相連通，並在三通連接塊[66]與閥體[76]底部之間加有密封圈[61]，在閥體[76]空腔的底部與鋼球[77]之間應大於閥體彎管[78]內徑，並可在自身重力和壓力彈簧[74]及爐膛正壓力的作用下，在閥芯腔內上下移動，其移動力的大小可以通過壓力彈簧[74]上部的螺釘[71]來調節。
本實用新型所提供的安全閥，是電接點壓力表[70]與安全放氣閥[69]通過三通連接塊[66]、上、下螺母[68、64]和接管I、II[65、67]而構成，其下端通過下螺母[64]和洩壓管[79]螺紋連接，並在其間加有密封圈[61]。當爐內氣壓有變化，如增大到超過允許值時，電接點壓力表[70]就可按指針定的位置開始啟動設在爐體進氣管道中的電磁進氣閥關閉，由於不再供氣，壓力就不會在增加，與此同時，安全放氣閥[69]的鋼球[77]也因爐膛壓力增大而超過了鋼球[77]的重量加上壓力彈簧[74]的壓力，使鋼球在其閥芯[72]內上移，從而因其離開了密封圈[61]而洩掉爐內的氣壓，而閥體[76]與閥芯[72]中的氣體就由排氣孔[75]中排出，洩壓後，又恢復原狀，完成了洩壓任務。在有些情況下，如電接點壓力表或電磁進氣閥出現故障或意外停電時，此時，本實用新型提供的安全閥中所設的安全放氣閥[69]仍就會照常工作，因此它又起到了安全防範保證生產和人身安全的特殊作用。
圖12是本實用新型設計的觀察窗體的正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，觀察窗體主要是由觀察窗蓋[81]、觀察窗玻璃[82]、觀察窗上座[83]、觀察窗下座[85]所構成的觀察筒結構中，在觀察窗上座[83]和觀察窗下座[85]之間垂直其軸線，焊接有其內設有主要由中軸[90]、密封套[91]和隔熱屏[44]相垂直而構成隔熱屏總成[87]的隔熱箱體[84]，隔熱箱體的側蓋[89]用螺釘[71]和墊圈[88]與箱體緊固在一起，並加有密封圈[61]。隔熱屏[44]在圖中的位置正好處於觀察筒中，這說明它不是處在觀察階段。操作時，眼睛對著觀察窗玻璃，手把手柄轉動，此時處在觀察窗上座與觀察窗下座軸線上的隔熱屏便離開了軸線，在隔熱箱體裡轉了一定角度，人便可透過觀察窗玻璃清楚看到爐內情況，觀察完後再通過手柄轉到原處，即封閉了由觀察窗上座和觀察窗下座所構成的觀察通道。符號[92]是螺栓孔，符號[86]是手柄。
圖13是
圖12的側視結構示意圖。
圖中顯示，隔熱箱體[84]有一個側邊是弧形邊以使隔熱屏在繞中軸轉動時，離開觀察筒後有個停留的位置，其他符號均同
圖12。
圖14是隔熱屏已處於離開觀察筒時的正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，當逆時針轉動手柄[86]時，隔熱屏[44]就會轉動而離開了觀察筒，偏到具有弧形側邊的一側，此圖表明，目前正處於觀察階段的位置，其他符號均同
圖12。
圖15是
圖14的側視結構示意圖。
圖中顯示，手柄以逆時針轉動60°，因此隔熱屏[44]也逆時針向左轉動了60°，從觀察筒中離開，不影響觀察。觀察完畢，再順時針轉動復原。
圖中其他符號均同
圖12。
圖16是本實用新型所提出的隔熱屏總成的正視剖面結構示意圖。
圖中顯示，三張隔熱屏[44]板，通過螺栓[59]、螺母[60]、墊圈[88]和夾在隔熱屏[44]板中間擋塊[99]緊固在一起，並緊固在屏杆[98]的一個端頭上，而屏杆的另一個端頭，則通過焊接固定在帶有方孔的方套[94]上。垂直焊接有隔熱箱體側壁上的密封套[91]，其中軸[90]沿其密封套的軸線裝置其內，並加有墊圈[88]和密封圈[61]，然後，通過套在中軸外面的壓緊螺母[96]將其壓緊，中軸[90]上的方頭端，將與方套[94]中的方孔相配合連接，並用開口銷[93]鎖緊，中軸的另一端是開口端，向其內的空間加入真空油脂後，再用推油螺杆[97]將潤滑油壓緊，並通過中軸上的多個孔向墊圈[88]與密封圈[61]加油潤滑。中軸[90]的軸線與密封套[91]是同一軸線，都是垂直於隔熱屏[44]所在的平面，因此，通過手柄[86]轉動時，中軸[90]就帶動隔熱屏[44]在隔熱箱體中轉動。
圖17是
圖16的俯視結構示意圖。
圖中符號均同
圖16。
具體實施方式
如下實施例1大連重型機器廠滲碳的尼曼螺杆為世界上最大的滲碳件，材料為20Cr2Ni4A，尺寸為Φ279×2237mm。工藝要求為滲碳後含碳量為0.75～0.90％，表面硬度為HRC58～62，滲層大於4mm。
由於工件體積大，滲層深，要求一次淬火，臥式爐及罩式爐無法達到要求，為此採用了本實用新型所設計的爐膛尺寸為Φ1600×4000mm的真空井式無罐離子滲碳多用爐體設備為其滲碳，爐體包括由高真空層、粗真空層、矽酸鋁纖維層和耐火磚層構成的爐體、由輻射管和電阻絲構成的加熱器、由蓋體、矽酸鋁纖維層、空氣層、水冷層和七層隔熱屏構成的爐蓋、真空獲得系統、離子源控制系統、排氣系統、冷卻系統和供電控制系統。在耐火磚層的內側設有陽極筒，其與耐火磚層的距離為15mm，加熱器輻射管內的電阻絲呈蛇形狀，並應與輻射管壁保持12mm的間隙。具體工作步驟如下1、對設備進行安全檢查由電接點壓力表與安全放氣閥構成的安全閥是否正常，觀察窗體中的隔熱屏是否可轉動，陰極及陽極之間的電阻是否大於4MΩ，爐體各進水管及出水管流水是否暢通，各閥門開關是否按照操作規程應在其相應的位置。2、工件的準備工作用金屬清洗劑對工件進行除油清洗。3、裝爐首先利用升降裝置把爐蓋升起，將清洗好的工件用吊車吊起掛在爐內的料筐上，蓋上爐蓋，首先，打開與抽真空管連通的真空嘴，之後，打開旋片泵開關對爐內進行抽真空，當儀器壓力指示為1000Pa時打開羅茨泵繼續抽真空直到爐內壓力為7Pa為止，關閉手閥[31]。抽真空的同時開始升溫，打開排氣管的堵塞[24]使雙層空氣層和矽酸鋁纖維層[16]中的熱膨脹氣體通過出氣小孔[42]放出氣體，之後關閉排氣管[23]。當爐內溫度達到955±10℃並且均溫後，打開丙酮及氨氣的流量計開關，按氨氣流量1.0M2/h、丙酮流量0.6M2/h的混合比例混合，進行強滲，通過調節碟閥的角度使爐內的壓力始終控制在800Pa的範圍內，輝光電壓為700V，輝光電流為55A，強滲時間為4小時。強滲結束後，調節流量計使氨氣流量為1.0M2/h、丙酮流量為0.16M2/h，按此比例混合進行擴散，調節碟閥的角度使爐內的壓力始終控制在700Pa的範圍內，輝光電壓為700V，輝光電流為55A，擴散時間為16小時。擴散結束後，關閉流量計停止供氣，並關閉加熱電源降溫，當爐溫降到860℃保溫半小時，並在整個工作過程中不定時地通過觀察窗體觀察爐膛各種信息及情況。測量爐體表面上部溫度為36℃，中部溫度為31℃，下部溫度為21℃。4、出爐保溫結束後，向爐內通入高純氮氣保護氣體，使爐內壓力與大氣壓力平衡後升起爐蓋對工件進行淬火。5、質量檢查對工件的隨爐試樣進行檢查，滲層均勻，滲碳層表面晶粒度8級，碳化物呈顆粒狀均勻分布，有效滲層為4.25mm，表面硬度為HRC62，達到其工藝要求。與已有技術比較情況如下①時間比較，已有技術滲碳140小時達到4mm深的滲層，本實用新型技術設備滲碳25小時達到4.25mm的滲層，時間上縮短115小時；②滲碳溫度比較，滲碳溫度可高於已有技術20℃；③其他比較，耗電量下降40％，無變壓器及馬弗罐，爐壁溫度為36℃，比國家標準規定的75℃，降低了39℃。
實施例2為韓國水山重工業株式會社的絲槓進行滲碳，材料為2Cr13，裝爐量為1噸，工藝要求為滲碳後表面硬度為Hv990，滲層為2mm。
由於工件裝爐量大、要求一次淬火，臥式爐及罩式爐無法達到要求，為此採用了本實用新型所設計的爐膛尺寸為Φ2120×3125mm的真空井式無罐離子滲碳多用爐體設備為其滲碳，爐體包括由高真空層、雙層粗真空層、矽酸鋁纖維層和耐火磚層構成的爐體、由輻射管和電阻絲構成的加熱器、由蓋體、厚達325mm的矽酸鋁纖維層、雙層空氣層、水冷層和七層隔熱屏構成的爐蓋、真空獲得系統、離子源控制系統、排氣系統、冷卻系統和供電控制系統。在耐火磚層的內側設有陽極筒，其與耐火磚層的距離為12mm，加熱器輻射管內的電阻絲呈蛇形狀，並與輻射管壁保持10mm的間隙，並且爐蓋的混合進氣管採用四個進氣管的氣體混合器，並在通過矽酸鋁纖維層段呈蛇行狀結構。具體工作步驟如下1、對設備進行安全檢查爐蓋的排氣管應在排完氣後用堵塞將其封閉，由電接點壓力表與安全放氣閥構成的安全閥是否正常，觀察窗體中的隔熱屏是否可轉動，陰極及陽極之間的電阻是否大於4MΩ，爐體各進水管及出水管流水是否暢通，各閥門開關是否按照操作規程應在其相應的位置。2、工件的準備工作用金屬清洗劑對工件進行除油清洗。3、裝爐首先利用升降裝置把爐蓋升起，將清洗好的工件用吊車吊起掛在爐內的料筐上，蓋上爐蓋。首先，打開與抽真空管連通的真空嘴的手閥，之後，打開旋片泵開關對爐內進行抽真空，當儀器壓力指示為1000Pa時打開羅茨泵繼續抽真空直到爐內壓力為7Pa為止，關閉手閥[31]。抽真空的同時開始升溫，出氣小孔[42]放氣後關閉排氣管[23]，當爐內溫度達到940±10℃並且均溫後，打開氫氣、丙烷烯及液化氣的流量計開關，按1∶1的比例在氣體混合器內混合，進行強滲，通過調節碟閥的角度使爐內的壓力始終控制在800Pa的範圍內，輝光電壓為800V，輝光電流為60A，強滲時間為2小時。強滲結束後，進行擴散，調節碟閥的角度使爐內的壓力始終控制在800Pa的範圍內，輝光電壓為800V，輝光電流為60A，擴散時間為4小時。擴散結束後，關閉流量計停止供氣，並關閉加熱電源降溫，當爐溫降到860℃保溫半小時，並在整個工作過程中不定時地通過觀察窗體觀察爐膛各種信息及情況。4、出爐保溫結束後，向爐內通入高純氬氣保護氣體，使爐內壓力與大氣壓力平衡後升起爐蓋對工件進行淬火。5、質量檢查對工件的隨爐試樣進行檢查，滲層均勻，滲碳層表面晶粒度8級，碳化物呈顆粒狀均勻分布，有效滲層為2.0mm，表面硬度為Hv997，達到其工藝要求。
權利要求1.真空井式無罐離子滲碳多用爐體，主要包括高真空層[10]、由矽酸鋁纖維層[16]和耐火磚層[12]構成的爐體[15]、由輻射管和電阻絲構成的加熱器[14]、由蓋體[27]、矽酸鋁纖維層[16]、空氣層[18]和水冷層[26]所構成的爐蓋[19]、真空獲得系統[6]、離子源控制系統[2]、排氣系統[4]、冷卻系統[5]和供電控制系統[3]，其特徵在於a)、在爐體[15]上還設有與爐膛保持小縫隙連通的雙層粗真空層[11]，在耐火磚層[12]的內側還設有陽極筒[13]，其耐火磚層[12]與陽極筒[13]之間的距離應大於10mm；b)、設在加熱器[14]輻射管內的電阻絲呈蛇形狀，並與輻射管壁之間應保持大於10mm的間隙；c)、在爐蓋[19]上，其底部於蓋體[27]的下方設有多個隔熱屏[44]層結構，在蓋體[27]內所設的空氣層是雙層空氣層[18]；d)、設在爐蓋[19]上的排氣管[23]，在通過雙層空氣層[18]段，應在此段排氣管的側壁上開有出氣小孔[42]，使其與各層空氣層和矽酸鋁纖維層[16]中的空氣相連通，在排氣管[23]上端的出口處加有堵塞[24]，排氣後用堵塞將其封閉；e)、設在爐蓋[19]上的混合進氣管[21]，在通過矽酸鋁纖維層[16]段，設計成蛇形狀或散熱片狀，並在混合進氣管的上端安裝有氣體混合器[22]；f)、在爐蓋[19]上，設有由電接點壓力表[70]和安全放氣閥[69]相連通而構成的安全閥[25]；g)、在爐蓋[19]觀察孔的上方，裝有其內設計有可轉動的隔熱屏總成[87]的觀察窗體[20]；h)、高真空層[10]的真空嘴[30]通過手閥[31]控制與抽真空管[35]相連通。
2.根據權利要求1所述的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，在混合進氣管[21]的上端，由殼體[53]、進氣彎管[56]、進氣直管[57]所構成的氣體混合器[22]，其特徵在於殼體[53]是一個具有杯狀的內腔結構，其腔壁的錐形斜面與其軸線的夾角為30°～45°，並在其腔內同軸還設計有其外形與內腔均同殼體[53]內腔外形體相似的射流噴嘴[54]，殼體[53]的外側壁上，則均布設有多個與射流噴嘴[54]的外側面相切的進氣直管[57]，而進氣彎管[56]是設在氣體混合器[22]的上方，並與射流噴嘴的進氣口相連通，各零件的連接方式，除上、下法蘭[52、51]用螺栓[59]、螺母[60]緊固，並加有密封圈[61]外，均為焊接相連，氣體混合器[22]中的射流噴嘴口[58]與殼體內腔斜面下端頭[55]間的距離應是10～20mm。
3.根據權利要求1所述的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，在爐蓋[19]上所設計的安全閥[25]，是由電接點壓力表[70]、接管I[65]、接管II[67]、上螺母[68]和下螺母[64]及密封圈[61]所構成，其特徵在於在接管I[65]與接管II[67]之間還加有三通連接塊[66]，並通過螺釘[71]與安全放氣閥[69]連接在一起，安全放氣閥[69]的結構是由在閥體[76]與閥蓋[73]螺紋連接後而構成的閥腔裡，還設有用螺釘[71]與閥蓋[73]連在一起的閥芯[72]，並在閥芯的腔內設有可以上下移動的鋼球[77]，在鋼球和處在閥芯底部的螺釘[71]之間加有壓力彈簧[74]，在閥體和閥芯的側壁上還分別開有多個排氣孔[75]，在鋼球與閥體的接觸處，設有密封圈[61]，閥體下部的彎管[78]用螺釘緊固在三通連接塊[66]上，其間加有密封圈[61]，接管I[65]和接管II[67]與三通連接塊焊接相連，接管I[65]與下螺母[64]之間、洩壓管[79]與下螺母之間，均為螺紋連接，並在下螺母與接管I之間加有密封圈[6]。
4.根據權利要求1或3所述的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，其特徵在於鋼球[77]的直徑應大於閥體彎管[78]內徑，而小於閥芯內腔的直徑，並可在自身重力和壓力彈簧[74]及爐膛正壓力的作用下，沿閥芯內腔壁上下移動，鋼球[77]移動力的大小可以通過壓力彈簧[74]上部的螺釘[71]來調節。
5.根據權利要求1所述的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，設在觀察孔[17]上端的觀察窗體[20]包括由觀察窗上座[83]、觀察窗下座[85]、觀察窗玻璃[82]、觀察窗蓋[81]所構成的觀察筒，其特徵在於在觀察筒的觀察窗上座[83]和觀察窗下座[85]之間垂直其軸線焊接有其內設有主要是由中軸[90]、密封套[91]和隔熱屏[44]相垂直而構成隔熱屏總成[87]的隔熱箱體[84]，隔熱箱體的兩個半弧形的側壁，平行於隔熱屏[44]所在的平面，而垂直於中軸[90]和固定在隔熱箱體一弧形側壁上的密封套[91]，隔熱箱體的側蓋[89]用螺釘[71]緊固，並在其間加有密封圈[61]，而觀察窗上座[83]與觀察窗蓋之間螺紋連接，觀察窗玻璃夾在其間，並用密封圈[61]密封。
6.根據權利要求1或5所述的真空井式無罐離子滲碳多用爐體，其特徵在於在爐蓋[19]上所設計觀察窗體[20]中的隔熱屏總成[87]主要有中軸[90]、密封套[91]和隔熱屏[44]相垂直而構成，結構是隔熱屏[44]通過螺栓、螺母、擋塊和墊圈將其各片間隔開，並固定在屏杆[98]的一端，屏杆的另一端垂直焊接在其中間帶有方孔的方套[94]上，該方套上的方孔與裝在密封套[91]裡的中軸[90]的方頭端相配合連接，並用開口銷[93]鎖緊，在中軸與密封套之間加有墊圈[88]和密封圈[61]，並通過壓緊螺母[96]壓緊，中軸的空腔裡加有真空脂潤滑油，用推油螺杆[97]壓緊封閉，手柄[86]焊接在中軸開口端的下方，密封套[91]垂直焊接在隔熱箱體[84]帶有觀察窗玻璃的一側壁上，其軸線垂直於隔熱屏[44]板所在的平面，而平行於觀察筒的軸線。
專利摘要熱處理領域中真空井式無罐離子滲碳多用爐體，包括爐體[15]、加熱器[14]、爐蓋[19]和真空、離子源控制、排氣、冷卻、供氣和供電控制機構，特徵爐體上設有粗真空層[11]；耐火磚層[12]內側設有陽極筒[13]，其間距應大於10mm；輻射管內的電阻絲與其管壁間留有大於10mm的間隙；爐蓋下端設有多個隔熱屏[44]層，進氣管上設有氣體混合器[22]；觀察窗裡設有隔熱屏總成裝置。優點適於大件大批量生產，隨意選擇淬火介質，效率高4倍，節電40％，無汙染，無變壓器和馬弗罐。
文檔編號C23C8/06GK2551656SQ0223945
公開日2003年5月21日 申請日期2002年6月20日 優先權日2002年6月20日
發明者劉承仁, 王帥, 由衛玲, 劉學水 申請人:煙臺海德工具機廠, 劉承仁