專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有雙壓平衡結(jié)構(gòu)的增壓高溫氮化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼表面化學(xué)熱處理裝置，尤其是涉及一種增壓高溫氮化裝置。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)氮化裝置只能在常壓和相對(duì)較低的溫度條件下實(shí)現(xiàn)零件的氮化，通常消耗相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，氮化效率低且浪費(fèi)資源。采用增壓氮化方法可提高氮?jiǎng)莶⒓涌斓俾剩岣邏毫?duì)爐膽材料要求苛刻。高溫增壓環(huán)境下氮化，極易造成爐膽材料的蠕變，導(dǎo)致?tīng)t膽變形甚至開(kāi)裂，從而大幅度降低氮化裝置的整體壽命，影響氮化質(zhì)量甚至造成危險(xiǎn)。盡管采用某些特殊材料制備氮化裝置可以實(shí)現(xiàn)加壓氮化，但必將導(dǎo)致設(shè)備成本的升高，并且不能從根本上避免爐膽的高溫蠕變及設(shè)備的加速損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙壓平衡系統(tǒng)控制的增壓高
溫氮化裝置。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種具有雙壓平衡結(jié)構(gòu)的增壓高溫氮化裝置，主體結(jié)構(gòu)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(yīng)室，爐膽反應(yīng)室被發(fā)熱爐管嵌套，發(fā)熱爐管底部由陶瓷底座支撐，測(cè)溫裝置經(jīng)所述陶瓷底座及發(fā)熱爐管底部中心孔引入，爐膽上端設(shè)有真空泵及排氣管道，爐膽排氣端接有流量監(jiān)測(cè)計(jì)，爐膽上下法蘭盤(pán)之間設(shè)有循環(huán)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(tǒng)連接的排氣管道，爐膽及爐殼排氣端分別設(shè)有壓力測(cè)量裝置。本氮化裝置的爐膽由上爐膽和爐膽反應(yīng)室組成，反應(yīng)室頂部設(shè)有保溫蓋，避免爐蓋及爐殼受:熱。本氮化裝置的爐蓋通過(guò)爐膽上法蘭盤(pán)通孔與爐膽相連接，爐膽上法蘭盤(pán)內(nèi)圈設(shè)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(nèi)，爐膽與爐殼的裝配依靠爐膽下法蘭盤(pán)和爐殼頂部法蘭盤(pán)的連接，兩法蘭間放置聚四氟乙烯墊圈，通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接。本氮化裝置的爐殼內(nèi)壁放置保溫磚隔層，其余空間由爐殼保溫棉填充。本氮化裝置的發(fā)熱爐管管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過(guò)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(nèi)壁的條件下穿過(guò)保溫棉，并經(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱弓I出。本氮化裝置的測(cè)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(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱引出。 本氮化裝置的壓力測(cè)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(fā)明工作時(shí)采用雙壓平衡系統(tǒng)控制，爐膽內(nèi)外同時(shí)升高或降低壓強(qiáng)，在保證爐膽不受壓的條件下即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部反應(yīng)室的高溫增壓氮化，并且充入爐殼內(nèi)用于平衡爐膽內(nèi)壓的Ar可保護(hù)爐絲，既防止了爐膽的高溫蠕變，又延長(zhǎng)了爐絲的使用壽命，從而降低成本并減緩設(shè)備損耗速率。爐膽反應(yīng)室上端裝有保溫蓋和循環(huán)水裝置，可避免爐膽整體受熱，保護(hù)爐口塑膠墊圈不因溫度過(guò)高而報(bào)廢。電源及電偶線在壓力條件下引出接頭，并在保證系統(tǒng)密封性的前提下引出爐外接線柱。本發(fā)明與傳統(tǒng)氮化裝置相比，具有密封性良好、爐內(nèi)氣體流暢、工作環(huán)境復(fù)雜、成本相對(duì)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)鋼表面以n2、nh3、n2+nh3以及nh3+h2為介質(zhì)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(fā)明共有附圖5·幅，其中
圖1為本發(fā)明的整套設(shè)備示意圖。圖2為本發(fā)明的整體剖視圖。圖3為本發(fā)明的俯視圖。圖4為本發(fā)明爐膽示意圖。圖5為本發(fā)明爐殼底部法蘭盤(pán)內(nèi)部接線圖。圖中1-NH3瓶，2-N2瓶，3-Ar瓶，4-流量監(jiān)測(cè)計(jì)，5-廢氣收集系統(tǒng)，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(nèi)壓力測(cè)量裝置，12-爐膽外壓力測(cè)量裝置，13-爐蓋， 14-爐膽，15-爐膽上法蘭盤(pán)，16-爐膽下法蘭盤(pán)，17-爐膽反應(yīng)室，18-反應(yīng)室保溫蓋，19-發(fā)熱爐管，20-陶瓷底座，21-爐殼，22-爐殼頂部法蘭盤(pán)，23-爐殼底部上法蘭盤(pán)，24-爐殼底部下法蘭盤(pán)，25-爐殼內(nèi)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(huán)水套，33-塑膠墊圈，34-爐膽上法蘭盤(pán)通孔，35-連接爐膽與爐殼法蘭盤(pán)的高強(qiáng)螺栓，36-爐殼底法蘭內(nèi)部電偶接線柱A，37-爐殼底法蘭內(nèi)部電偶接線柱B，38-爐殼底法蘭內(nèi)部火線接線柱，39-爐殼底法蘭內(nèi)部零線接線柱，40-絕緣墊片，41-緊固螺栓，42-外引線接點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明氮化裝置采用內(nèi)外雙壓平衡結(jié)構(gòu)，由反應(yīng)爐膽、圓形爐殼、充/放氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壓力監(jiān)測(cè)裝置、廢氣收集系統(tǒng)、測(cè)溫裝置等構(gòu)成。主體結(jié)構(gòu)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(yīng)室，反應(yīng)室被發(fā)熱爐管嵌套，爐管底部中心開(kāi)孔且由陶瓷盤(pán)支撐，測(cè)溫電偶經(jīng)陶瓷盤(pán)及爐管底端中心孔引入，爐膽上端設(shè)有抽真空及排氣裝置，排氣端裝有流量監(jiān)測(cè)計(jì)，爐膽上下法蘭盤(pán)之間設(shè)有循環(huán)水套，爐膽經(jīng)不銹鋼法蘭與爐殼密封裝配，爐殼設(shè)有充氣和排氣管道，爐膽及爐殼排氣端設(shè)有壓力測(cè)量裝置及不銹鋼球閥。爐蓋(包含充氣管道)材料為304不銹鋼，爐蓋通過(guò)爐膽上法蘭盤(pán)通孔與爐膽相連接。爐蓋充氣管道與N2瓶及NH3瓶連接，可實(shí)現(xiàn)N2、NH3或兩者同時(shí)通入反應(yīng)室。爐膽材料為Cr25Ni20Si2不銹鋼，由上爐膽和反應(yīng)室組成，反應(yīng)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(nèi)，通過(guò)聚四氟乙烯密封墊圈及高強(qiáng)緊固螺栓連接。爐殼材料為Q235鋼(根據(jù)壓力需要，可更換為更高強(qiáng)度級(jí)別的材料)，包含上下法蘭盤(pán)及充放氣管道，爐殼內(nèi)壁放置保溫磚隔層，其余由氧化鋯保溫棉填充，爐殼的充氣管道與Ar瓶連接，工作時(shí)爐殼內(nèi)充入氬氣。爐管材料為碳化硅，由底部陶瓷座支撐，管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過(guò)銅螺栓分別連接火線和零線，并且兩電源線均套有絕緣套，在偏離爐膽且不接觸爐殼內(nèi)壁的條件下穿過(guò)保溫棉，在高溫密閉條件下經(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱引出，底部?jī)?nèi)外法蘭盤(pán)均設(shè)置通孔，通過(guò)聚四氟乙烯密封墊圈及高強(qiáng)緊固螺栓連接。測(cè)溫裝置由鉬銠熱電偶、陶瓷套管及控溫儀表組成，電偶測(cè)溫點(diǎn)靠近爐膽反應(yīng)室底部樣品懸吊處，電偶引線在高溫密閉條件下經(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱引出。壓力測(cè)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，并通過(guò)不銹鋼螺栓連接，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不銹鋼，與N2瓶、NH3瓶等連接的管道均采用不銹鋼軟管，其余為鋼管。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明
由圖1和圖2可見(jiàn)，本發(fā)明氮化裝置主體結(jié)構(gòu)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，并延伸至爐膽反應(yīng)室17底部，即氮化零件懸吊處，充氣管道外側(cè)與氨氣瓶I和氮?dú)馄?連接，可實(shí)現(xiàn)單一或雙介質(zhì)的充入。爐膽反應(yīng)室17加熱依靠碳化硅發(fā)熱爐管19，爐管由陶瓷底座20支撐，經(jīng)保溫棉26和保溫磚25固定并隔開(kāi)，避免電源引線27、28與爐殼21接觸，電偶測(cè)溫點(diǎn)位于反應(yīng)室底部位置，電偶引線29經(jīng)爐殼底部下法蘭盤(pán)24外引出接線柱30。 正常工作時(shí)，打開(kāi)爐膽充氣管7及爐殼充氣管8，爐膽充入介質(zhì)的同時(shí)爐殼內(nèi)充入氬氣，保證爐膽壓力測(cè)量裝置11示數(shù)與爐殼(爐膽外)壓力測(cè)量裝置12示數(shù)差小于O. 05MPa,使?fàn)t膽在不受壓的條件下工作。爐膽反應(yīng)室設(shè)有保溫蓋18和循環(huán)水系統(tǒng)32,防止?fàn)t口塑膠墊圈33因溫度過(guò)高而老化。如圖3所示，爐膽上法蘭盤(pán)外側(cè)設(shè)有通孔34用來(lái)與爐蓋13連接，內(nèi)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(pán)16和爐殼頂部法蘭盤(pán)22的連接，兩法蘭盤(pán)間放置聚四氟乙烯墊圈，通過(guò)高強(qiáng)螺栓35連接。如圖4所示，爐膽14為獨(dú)立零件，爐膽上法蘭盤(pán)15與爐蓋13密封裝配，爐膽下法蘭盤(pán)16與爐殼頂部法蘭盤(pán)22通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，實(shí)現(xiàn)爐膽14與爐殼21的裝配，循環(huán)水套32位于爐膽上下法蘭盤(pán)之間。圖5示出爐殼底部法蘭盤(pán)內(nèi)部接線圖。電偶及電源引線均在高壓密閉環(huán)境下引出，爐殼底部下法蘭盤(pán)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(diǎn)42位于絕緣墊片和緊固螺栓之間。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在溫度2(Tl200°C及壓力O. 01 2. O MPa范圍內(nèi)，以NH3、N2或N2+NH3及nh3+h2為介質(zhì)條件下的氮化，適用于不銹鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等金屬或合金的表面氮化處理。
權(quán)利要求
1.一種具有雙壓平衡結(jié)構(gòu)的增壓高溫氮化裝置，主體結(jié)構(gòu)包括爐蓋、爐膽和爐殼，爐蓋與爐膽相連，爐膽與爐殼相連，其特征在于，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(yīng)室(17)，所述爐膽反應(yīng)室被發(fā)熱爐管(19)嵌套，所述發(fā)熱爐管底部由陶瓷底座(20)支撐，測(cè)溫裝置經(jīng)所述陶瓷底座及發(fā)熱爐管底部中心孔引入，爐膽(14)上端設(shè)有真空泵(6)及排氣管道(9)，爐膽排氣端接有流量監(jiān)測(cè)計(jì)(4)，爐膽上下法蘭盤(pán)之間設(shè)有循環(huán)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(tǒng)(5)連接的排氣管道(10)，所述爐膽及爐殼排氣端分別設(shè)有壓力測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化裝置，其特征在于所述爐膽(14)由上爐膽和爐膽反應(yīng)室(17)組成，所述爐膽反應(yīng)室頂部設(shè)有保溫蓋(18)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的氮化裝置，其特征在于所述爐蓋(13)通過(guò)爐膽上法蘭盤(pán)通孔(34)與爐膽(14)相連接，爐膽上法蘭盤(pán)(15)內(nèi)圈設(shè)有保證爐膽密封性的塑膠墊圈(33)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的氮化裝置，其特征在于所述爐膽(14)嵌套在爐殼(21)內(nèi)，爐膽與爐殼的裝配依靠爐膽下法蘭盤(pán)(16)和爐殼頂部法蘭盤(pán)(22)的連接，兩法蘭間放置聚四氟乙烯墊圈，通過(guò)高強(qiáng)螺栓(35)連接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的氮化裝置，其特征在于所述爐殼(21)內(nèi)壁放置保溫磚隔層(25 )，其余空間由爐殼保溫棉(26 )填充。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的氮化裝置，其特征在于所述發(fā)熱爐管(19)管身纏繞216Nb爐絲，爐絲兩端通過(guò)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(nèi)壁的條件下穿過(guò)保溫棉,并經(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱引出。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的測(cè)溫裝置由鉬銠熱電偶、陶瓷套管及控溫儀表組成，電偶測(cè)溫點(diǎn)靠近爐膽反應(yīng)室底部，電偶引線(29)經(jīng)由爐殼底部法蘭接線柱引出。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的氮化裝置，其特征在于壓力測(cè)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(fā)明公開(kāi)一種具有雙壓平衡結(jié)構(gòu)的增壓高溫氮化裝置，涉及鋼表面化學(xué)熱處理裝置，由爐膽、爐殼、充放氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、壓力監(jiān)測(cè)裝置、廢氣收集系統(tǒng)、測(cè)溫裝置等構(gòu)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(shí)通入爐膽反應(yīng)室，爐殼下端裝有與Ar瓶連接的充氣管道，工作時(shí)爐殼內(nèi)充入氬氣。該裝置降低了對(duì)爐膽材料的耐壓要求，也降低了爐膽發(fā)生高溫蠕變的幾率，氮化爐整體使用壽命更長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)鋼表面以N2、NH3、N2+NH3以及NH3+H2為介質(zhì)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(hào)C23C8/24GK103045990SQ201210530358
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者傅萬(wàn)堂, 王博, 趙品, 付瑞東, 鄭煬曾, 劉天洋 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)