可控气氛多用炉生产线（XKD产品）

可控气氛高温大型密封多用炉的设计及应用pdf

发布时间：2023-11-27 作者: 可控气氛多用炉生产线（XKD产品）

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  可控气氛高温大型密封多用炉的设计及应用 刘一华 王宁波 方 华 田如好 尤玉顺 （天龙科技炉业（无锡）有限公司 江苏 无锡 214105） 摘 要：可控气氛高温大型密封多用炉采用耐高温抗渗碳纤维和耐火砖制成的复合炉衬，最高工作时候的温度1100℃，装炉 量可达5000 Kg。炉底装有耐热钢滚轮，料盘进出摩擦力小，机械机构简单可靠；控制管理系统准确、简单实用，易操作。 可大范围的应用于各种碳钢和合金钢机械零部件的渗碳、碳氮共渗、光亮淬火以及模具钢高温淬火、不锈钢零件的固溶处 理等工艺。 关键词：可控气氛；高温大型；密封多用炉；高温渗碳；设计；应用； 功开发制造了3500Kg可控气氛高温多用炉。经过一年多 1 概 述 的论证、设计制造和安装调试，于2009年的年底交付给 可控气氛高温大型密封多用炉（以下简称高温大型 用户使用。经过用户连续生产运行，证明该设备的热处 多用炉）是一种周期式的热处理设备，由加热室(后室)、 冷却室（前室）、淬火油槽、热管式风冷换热系统、供气 理工艺适应能力强、装载量大、产品质量稳定、设备操作 系统、控制管理系统等组成。高温大型多用炉可与周期式高 方便、使用安全可靠，为用户带来较高的经济效益。高 温回火炉、低温回火炉、清洗机、自动移动式小车、备 温多用炉生产线所示。 料台等设备组成多用炉生产线，可完成在可控气氛下的 工件高温渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、正火、退火、固 溶处理（包括不锈钢）等多种热处理工艺。 2 主要质量特性：见表1 3高温大型密封多用炉的设计 3.1研制的最大的目的： 1）高温渗碳热处理，缩短工艺周期，降低生产所带来的成本； 2）不锈钢保护气氛固溶热处理，提升产品质量； 表1 高温大型多用炉主要质量特性 序 项 目 技术指标 图1 高温大型多用炉生产线设备关键结构的解决办法 2 炉温控制精度 ≤1℃ 3.2.1 炉膛结构 3 炉温均匀性 ±5℃ 后室采用无马弗圆形截面的炉膛，可自行导流，无 4 碳势控制精度 ±0.02% 气体循环死角，温度及气氛均匀性好，延长了炉膛的使 5 炉壁表面温升 ≤45℃ 用寿命。无马弗对热量传递的无阻隔，传热效率高；同 6 装炉量 450～5000Kg 时加热辐射管传热无屏蔽，管体温度较有马弗多用炉低， 常规使用的寿命延长。 3）高合金钢的保护气氛无氧化无脱碳热处理； 炉壁面积的大小，对炉内传热的影响很大。无马弗 4）可满足装载量大的需求，减少设备投资，节约场 多用炉炉壁面积比工件表面积大得多，有利于工件的加 地，降低产品生产所带来的成本； 热。采取了圆形炉膛，炉壳外表面积比方形炉膛小，因此 5）大型工件的渗碳和无氧化无脱碳热处理，解决目 散热少，降低了能耗。 前大件的渗碳淬火采用井式渗碳炉，其淬火转移过程中 3.2.2 炉衬结构 发生氧化的问题。 炉衬在高温和较强还原性气氛下，对耐火材料要求 比较严格，炉衬全部采用砖结构存在蓄热大、升温慢、 天龙公司在2008年，首先为东方汽轮机有限公司成 传导热损失大等缺点，但是耐高温和抗还原性好，使用 寿命比较长。而耐火纤维具有热容小、导热系数低、热 125 稳定性好、容重轻等优点，所以我们在设计中采用了耐 图4 状态显示画面 火砖与含锆型硅酸铝纤维模块相结合的复合炉衬。既满 足了炉衬常规使用的寿命的问题又发挥了纤维节能的优点，确 3.3.2 上位计算机渗碳专家系统通过MPI及MODBUS通讯 保炉衬质量。炉衬结构形式如图2所示。 协议和 PLC、温度表、碳控仪通讯，根据不同的材质进 行在线控制和工艺设计。工艺模拟画面如图5 图2 炉衬结构 3.2.3 炉底结构 目前常规的高温多用炉都采用碳化硅作为炉底导 轨，料盘与导轨为面接触，摩擦力大，由于该多用炉装 载量大、温度高，我们选用了耐热钢滚轮结构，此种结 图5 工艺模拟画面 构摩擦力小，降低了对内推链机构的强度和电机大功率 的要求，提高了设备运行可靠性。炉底结构如图3所示。 渗碳工艺可通过渗碳专家系统离线仿真设计和在线 控制运行，其中包括碳浓度分布曲线、硬度梯度曲线、 碳化物极限值、相应渗层深度工艺时间等，从而达到最 满意的优化工艺和产品质量，以上参数、温度、碳势和 过程报警信息等参数全过程记录储存，便于用户日后追 踪查询。 3.4 安全措施 图3 炉底结构 各动作采用联锁、互锁和多重保护等功能。 3.2.4 加热元件 4 设备应用效果 加热元件采用了瑞典KANTHAL APM辐射管，保证了 4.1 高温渗碳 辐射管在高温下的常规使用的寿命。 以17CrNiMo6,渗层5mm为例: 3.3 控制管理系统 渗碳温度 渗碳工艺时间 3.3.1 用户通过全中文的触摸式人机对线（SIEMENS）实施对设备的操作，并可通过显示器 970℃ 50 h 观察到设备当前过程和全部的工况状态。如图4所示状 1000℃ 35 h 态显示画面。 通过以上三种不一样的温度下渗碳工艺时间的比较,高温渗 碳能够大幅度减少渗碳工艺时间,降低了热处理的运行成 本。 4.2热处理产品质量 例如材质25Cr2MoV Φ30工件在传统的箱式炉与高温 大型密封多用炉进行热处理，产品质量对比如下： 产品质量 传统的箱式炉 高温大型多用炉 淬火硬度 50 HRC 52 HRC 屈服强度 845 Mpa 950 Mpa 抗拉强度 850 Mpa 970 Mpa 冲击韧性 79 J 155 J 延伸率 16% 25% 126 断面收缩率 50% 68% 脱碳层 0.12mm 无 参 考 资 料 1. 热处理手册编委会，《热处理手册》（第四版）第三卷 5 结束语 北京 机械工业出版社 2008.1 2. 凌国平等，气体渗碳动力学的研究，金属热处理，2000 可控气氛高温大型密封多用炉的研制为高温热处理 （2）36-39 提供了实用性强的可靠装备，其热处理产品的高质量、 3 于铁生、曹明宇等，高温可控气氛多用炉及生产实践， 金属热处理，2007 32-12 重现性和经济性得到了体现。 高温渗碳工艺及别的类型热处理设备在瓦房店轴承 作者简介：刘一华，男，江苏人，工程师，主要是做工 业炉的设计及研究开发。 集团股份有限公司、河北三鑫热处理有限公司亦有成功 联系电线 的应用，证明了其应用的可行性，显现了其所产生的极 E-mail: cyc@ 大的经济效益。 127

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