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大型井式可控气氛高温渗碳炉的设计及应用
发布者: 发布时间:2015-2-7 10:50:54

江 苏 鑫 磊

大型井式可控气氛高温碳炉的设计及应用

(吴琼,唐翠,吴海峰,浦晓东,宗国良,湛宪宪)

摘要大型井式可控气氛高温渗碳炉具有高效、节能、温度控制、碳势控制精度高,工艺再现性好,可广泛应用于大型机械零部件如齿轮、轴承等的渗碳处理,本文介绍了大型井式可控气氛高温渗碳炉的设计、制造和应用情况。

关键词高温渗碳;可控气氛;井式渗碳炉;设计;应用。

1  前 言

   随着机械装备制造业的迅猛发展,对渗碳热处理的机械零件大型化需求,使得大型机械零件渗碳的硬化层深度的要求越来越深,对机械零件渗碳热处理的内在质量要求越来越高,因此如何加快渗碳速度、缩短工艺时间、保证产品质量是突出的问题。

大型井式可控气氛高温渗碳炉(以下简称高温渗碳炉),采用特殊的炉内结构、高品质炉用材料,集成式智能化控制器、计算机系统等,最高工作温度可达1100℃。具有高效、节能、温度控制、碳势控制精度高,工艺重现性好的特点

1高温渗碳炉生产线

_________________________________

作者简介吴琼(1984-),男,江苏如皋人

工程师,从事工业炉的设计及研究开发,发表论文2

联系电话:0515-83730333

E-mail:xlrecl@163.com

2 高温渗碳的工艺特点

渗碳炉为高能耗设备,加之深层深大型工件的工艺周期很长,所以效率低、能耗高。采用高温渗碳是行之有效的解决方法,既能提高生产效率又能大幅度节约能源。

随着渗碳温度的提高,工件材料中合金元素的活性增加,形成碳化物的反应速度加快;渗碳温度的提高,渗碳过程中所允许的气氛碳势亦提高,工件表面含碳量增加与心部含碳量出现浓度梯度差加大,促使扩散速度加快。因此,工件的渗碳速度主要取决于温度。

3 高温井式渗碳炉的主要技术措施

3.1 设备结构

马弗及导风筒等炉内结构件重点解决其高温持久强度、高温抗变形的问题。采用公司原专利技术,在此基础上进行结构优化设计,并严格控制制造工艺,有效的提高了设备高温强度,将高温变形量控制到最小程度。

采用炉衬优化组合设计,以最低的热损失和最小积蓄热保证高温耐火隔热性能。

优化加热元件结构和设计参数,使加热元件能适应长期的高温工作。

3.2炉内材料

炉衬采用高品质陶瓷纤维,重点在于陶瓷纤维材料的高温重烧收缩性。

加热元件采用特殊的高温电热合金,加之合理的设计参数和结构,满足长期高温运行的需要。

炉内结构件采用特殊的高镍铬合金,以其持久强度和设计结构强度满足长期高温运行。

3.3传感元件

温度测量、碳势测量、炉压测量等传感元件必须适应长期的高温运行,特别注意碳势传感器-氧探头必须满足高温使用条件,通过高温运行实验作出判断。

3.4精密控制

   采用温度、碳势精密控制技术、智能化控制技术、一体化集成控制仪表,计算机专家系统、网络化控制技术,实现对工艺过程的精密控制。

4 高温井式渗碳炉的工业运行

4.1技术性能参数,如表1


1 技术性能表

20CrMnMo 9801.45%CP强渗40h10501.1%CP扩散18h工艺运行记录,见图2

2工艺运行图

Fig.1Process diagram

4.3高温渗碳产品质量

渗碳层深达7.9mm

3 20CrMnMo表层组织 500×

4 20CrMnMo芯部组织 500×

智能化渗碳动态控制

5渗碳动态控制

4.4 高温渗碳与常温渗碳的对比,

17CrNiMo6为例不同渗层深度与不同渗碳温度工艺时间对比见表2


2 技术参数表

1000℃与930℃平均渗碳工艺时间41%。大大的提高了设备生产效率,节约能源达40%以上

5 结束语

  采用特殊的炉内结构、高品质炉用材料,集成式智能化控制器、计算机系统等,研制的大型可控气氛高温井式渗碳炉,经工艺运行,最高工作温度可达1100℃,具有高效、节能、精密控制、智能化控制、工艺重现性好的特点。

[1]樊东黎。旧话重提、高温渗碳-既节能、又高效、又低成本的工艺 [J]. 热处理技术与装备,2007, 28(3): 13

[2] 于铁生。用高温密封多用炉进行快速深层渗碳和合金模具钢的热处理 [J]. 热处理技术与装备,2006, 27(2): 3639

[3] 湛宪宪。超大型井式气体渗碳炉的研制和应用 [J]. 金属热处理,2003, 28(11): 5256.

[4] 热处理手册编委会.《热处理手册》(第四版)第三卷.北京:机械工业出版社,2008.1

 
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