一種壓力氮化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓力氮化爐，其特征在于，包含相互配合的反應(yīng)罐和壓力電熱爐，所述反應(yīng)罐包括罐蓋、帶罐法蘭的罐和保溫模塊，所述保溫模塊固定在罐蓋的下部并使軸線重合；所述壓力電熱爐包括帶法蘭的爐殼、法蘭蓋和加熱模塊，所述法蘭位于爐殼上端，與法蘭蓋對應(yīng)，所述加熱模塊位于爐殼內(nèi)部。本發(fā)明采用雙密封的技術(shù)，實現(xiàn)了反應(yīng)罐與壓力電熱爐之間的高溫密封和高溫分離，同時避免了反應(yīng)罐壁同時承受高溫和高壓的困難。這為快速冷卻創(chuàng)造了良好的條件，無須等待壓力電熱爐冷卻就可把反應(yīng)罐取出，在壓力電熱爐高溫時就能裝入第二個反應(yīng)罐繼續(xù)氮化生產(chǎn)，從而提高了效率和節(jié)約了能源。
【專利說明】一種壓力氮化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬氮化冶煉爐，尤其是涉及一種需要經(jīng)過真空、高溫、壓力過程的固態(tài)金屬錳的氮化燒結(jié)爐。
技術(shù)背景
[0002]目前國內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)化的氮化錳制造工藝主要有兩種:常壓氮化法和預(yù)抽真空壓力氮化法。常壓固態(tài)氮化法就是在常壓下把金屬錳原料裝入反應(yīng)爐(井式爐、箱式爐及橫罐爐等)，在爐內(nèi)通入氮氣把爐內(nèi)空氣吹掃干凈，并保持微正壓，氮氣同時起到吹掃密封和氮源的作用，然后升溫氮化冷卻出爐。常壓固態(tài)氮化工藝的優(yōu)點是:設(shè)備簡單，投資小，便于操作，且比較容易實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。但該法的缺點是:1、因為是常壓氮化，密封性能無法保證把氧徹底除干凈，會降低氮化的效果和增加燒損；2、無法利用高壓氮氣增加氮含量和縮減氮化時間；3、系統(tǒng)無法充分密封導(dǎo)致氮氣消耗增加和能耗損失(氮氣帶走熱量)。
[0003]預(yù)抽真空壓力氮化法就是把金屬錳原料裝入真空電熱爐內(nèi)，抽真空加熱，達(dá)到反應(yīng)溫度就充入氮氣并保持一定的氮氣壓力氮化(一般小于0.4MPa)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻降溫出爐。例如，專利CN101694346A提出了一種實現(xiàn)預(yù)抽真空氮化法的氮化爐。該氮化爐充分利用氮氣壓力促進氮化反應(yīng)，顯著提高氮含量，并能縮短氮化反應(yīng)時間。在預(yù)抽真空階段把有害的氧氣充分排出，有利于氮化和減少燒損。由于在封閉的體系內(nèi)加熱，相比常壓氮化，氮氣利用率提高，氮氣帶走的熱量少，能源利用率相對提高。但是該爐仍然存在兩大缺點:1、冷卻時間長，生產(chǎn)效率低下；2、設(shè)備巨大，高壓實現(xiàn)困難；3、隨爐冷卻導(dǎo)致能耗增加。由于在密閉容器中反應(yīng)，所以即使氮化反應(yīng)結(jié)束后，為防止金屬錳料高溫氧化，無法打開爐門高溫出料，必須隨爐冷卻。因為爐內(nèi)保溫層的原因?qū)е吕鋮s時間很長，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。由于所有的加熱系統(tǒng)、保溫 層和裝料小車都在氮化爐內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備殼體直徑和長度都非常大，所以增加系統(tǒng)的設(shè)計壓力將會顯著提高設(shè)備的成本。因此設(shè)備巨大，高壓實現(xiàn)困難。同樣的原因，由于氮化爐內(nèi)存在加熱系統(tǒng)、保溫層和裝料小車，導(dǎo)致系統(tǒng)升降溫的熱慣性非常大，并且必須降溫出爐，導(dǎo)致爐子一直處在冷熱態(tài)交替的過程中，能耗增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中的不足，提出一種高效節(jié)能的壓力氮化爐，采用雙密封的技術(shù)，實現(xiàn)了反應(yīng)罐與壓力電熱爐之間的高溫密封和高溫分離。這為快速冷卻創(chuàng)造了良好的條件，無須等待壓力電熱爐冷卻就可把反應(yīng)罐取出，在壓力電熱爐高溫時就能裝入第二個反應(yīng)罐繼續(xù)氮化生產(chǎn)，提高了效率和節(jié)約了能耗。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種壓力氮化爐，其特征在于，包含相互配合的反應(yīng)罐和壓力電熱爐，所述反應(yīng)罐包括罐蓋、帶罐法蘭的罐和保溫模塊，所述保溫模塊固定在罐蓋的下部并使軸線重合；所述壓力電熱爐包括帶法蘭邊的爐殼、法蘭蓋和加熱模塊，所述法蘭邊與法蘭蓋對應(yīng)，所述加熱模塊位于爐殼內(nèi)部。圓筒型的反應(yīng)罐和反應(yīng)爐是本專利的最佳方案，但本專利不僅僅局限于圓筒形，也可以做成方筒型。反應(yīng)罐從上垂直安裝到氮化爐的方式是本專利的最優(yōu)方式，但本專利不僅僅局限于此，也可以做成水平安裝和從底部垂直往上安裝。
[0006]進一步地，所述罐蓋或罐上設(shè)有三個接口:安裝壓力安全閥的接口、安裝熱電偶的接口和安裝快速接頭的閥門接口 ；所述保溫模塊也設(shè)有三個通孔，與罐蓋或罐上的三個接口一一對應(yīng)。所述的安裝快速接頭的閥門接口安裝了快速接頭后可以快速關(guān)斷閥門和更換快接管道，并在不同的工藝時段分別起到三個作用:抽真空時連接抽真空管道，氮化反應(yīng)時連接充氮氣管道，泄壓放氣時開閉閥門直排大氣。
[0007]進一步地，所述罐法蘭的中部設(shè)有一個密閉的環(huán)形循環(huán)水道，所述環(huán)形水道的任意直徑的兩端分別開有一個進水口和一個出水口，所述進水口和出水口分別與外部的循環(huán)水管密封連接。所述的密封水道和環(huán)形密封圈的作用是用來密封反應(yīng)罐和罐蓋，也可以采取高溫密封的方式省略密封水道。
[0008]進一步地，所述罐法蘭的上表面設(shè)有一道環(huán)形密封；所述罐蓋與罐法蘭通過螺栓、液壓鎖或快速機械鎖止裝置進行緊固密封連接，所述密封連接是通過罐法蘭中部的環(huán)形密封和罐蓋下表面壓緊配合獲得的。
[0009]進一步地，所述爐殼的圓周壁外面或法蘭蓋或爐殼底部設(shè)有兩排共六個接口:安裝壓力安全閥的接口、連接氮氣的閥門接口、放氣泄壓的閥門接口、以及分別連接三相電源的密封過線孔的三個接口。
[0010]進一步地，所述法蘭蓋包括密封焊接而成的兩塊法蘭:上法蘭和下法蘭，上法蘭的中心孔比下法蘭的中心孔略小，比反應(yīng)罐筒體外徑略大，所述上法蘭下表面靠近法蘭中心側(cè)開一個環(huán)形水槽，環(huán)形水槽的正上方有一個環(huán)形密封，環(huán)形水槽的任意直徑方向分別開有兩條槽與位于法蘭外邊緣的循環(huán)水進水口和出水口接通，所述進水口和出水口與外部循環(huán)水密封連接。所述的密封水槽和環(huán)形密封圈的作用是用來密封反應(yīng)罐和高壓爐，也可以采取高溫密封的方式省略密封水道。法蘭蓋由上、下法蘭通過焊接成為一體是經(jīng)濟的方法，也可以采用鑄造或者整體車削焊接的方法做出相同功能的法蘭蓋。
[0011]進一步地，所述法蘭邊靠中心側(cè)上表面有環(huán)形密封，在法蘭邊的外側(cè)均布有通孔；所述法蘭蓋的下法蘭外側(cè)均布有通孔，與爐殼的法蘭邊上的通孔一一對應(yīng)；通過所述一一對應(yīng)的通孔采用螺栓緊固連接的方式密封連接法蘭邊和法蘭蓋；所述密封連接是通過法蘭邊的環(huán)形密封和法蘭蓋下表面壓緊配合獲得的。
[0012]進一步地，所述加熱模塊為電阻絲結(jié)合硅酸鋁纖維模塊、掛壁式電阻帶結(jié)合保溫材料、硅碳棒結(jié)合保溫材料或中頻線圈結(jié)合保溫材料。
[0013]進一步地，所述電阻絲結(jié)合硅酸鋁纖維模塊為一個帶底的硅酸鋁纖維保溫圓筒，外徑與爐殼筒體內(nèi)徑相匹配，內(nèi)徑與反應(yīng)罐筒體外徑相匹配，同心裝配于爐殼中，所述加熱模塊的內(nèi)圓柱壁上設(shè)有凹進去的螺旋槽，所述螺旋槽內(nèi)設(shè)有加熱電阻絲。
[0014]進一步地，所述反應(yīng)罐與壓力電熱爐通過螺栓、液壓鎖緊或快速機械鎖止裝置進行緊固密封連接，所述密封連接是通過罐法蘭下表面與上法蘭的環(huán)形密封壓緊配合獲得的。
[0015]本發(fā)明在氮化反應(yīng)罐上采用水冷密封，在反應(yīng)罐蓋下部裝有保溫硅酸鋁纖維圓柱模塊隔離罐內(nèi)的高溫，使得蓋和法蘭圈的溫度低于100°c且又保溫節(jié)能。這樣的結(jié)構(gòu)使得反應(yīng)罐的蓋能夠承受高壓而不變形和泄露。而反應(yīng)罐裝入壓力電熱爐后，反應(yīng)罐的法蘭下表面與壓力爐法蘭蓋上表面又形成了一個水冷密封，從而使壓力爐外殼和反應(yīng)罐的筒壁構(gòu)成的內(nèi)腔體是一個密閉的容器。同步控制反應(yīng)罐和壓力爐內(nèi)壓力，那么反應(yīng)罐筒壁內(nèi)外的壓力差為零，解決了反應(yīng)罐筒壁不能同時承受高溫和高壓的矛盾。這樣的雙密封結(jié)構(gòu)，不僅使得氮化反應(yīng)結(jié)束后可以直接把反應(yīng)罐吊出壓力爐，采取水霧風(fēng)冷等措施快速冷卻氮化產(chǎn)品，而且可以連續(xù)把待氮化的反應(yīng)罐吊裝入高溫的電熱爐，避免冷爐浪費能源和生產(chǎn)時間。綜上所述，相比傳統(tǒng)的氮化爐，本發(fā)明不僅提高了生產(chǎn)的效率，還節(jié)約了能源。
[0016]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明壓力氮化爐的立體裝配示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明壓力氮化爐的全剖視圖。 [0019]其中:1反應(yīng)罐，2壓力電熱爐，3帶螺紋的導(dǎo)向桿，4連接安裝孔，5緊固螺母，6高壓爐法蘭蓋進水口，7高壓爐法蘭蓋出水口，8法蘭蓋，9帶法蘭的爐殼，10爐殼法蘭的環(huán)形密封，11爐殼安全閥安裝接口，12氮氣閥門接口，13放氣泄壓閥門接口，14加熱電阻絲，15加熱模塊，16、17、18三相電源密封過線孔接口，19高壓爐法蘭蓋環(huán)形密封，20反應(yīng)罐法蘭進水口，21反應(yīng)罐環(huán)形密封水道，22罐蓋，23反應(yīng)罐法蘭，24罐法蘭的環(huán)形密封，25反應(yīng)罐安全閥安裝接口，26熱電偶安裝接口，27快速接頭安裝接口，28保溫模塊，29反應(yīng)罐法蘭出水口，30高壓爐法蘭蓋環(huán)形水槽，31高壓爐法蘭蓋上法蘭，32帶罐法蘭的罐，33罐內(nèi)的空腔。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
本實施例所述的壓力氮化爐由反應(yīng)罐I和壓力電熱爐2組成。
[0021]反應(yīng)罐I由三部分組成:罐蓋22、帶罐法蘭的罐32和保溫模塊28。罐法蘭23的中部上表面有一道環(huán)形密封24，在其下部有一個密閉的環(huán)形循環(huán)水道21，在環(huán)形水道的任意直徑的兩端分別開一個進水口 20和一個出水口 29，進出水口分別與外部的循環(huán)水管密封連接。靠近罐蓋22中心區(qū)域有三個接口:安裝壓力安全閥的接口 25、安裝熱電偶的接口26、安裝快速接頭的閥門接口 27。保溫模塊28的軸向上有三個通孔，與罐蓋上的三個接口一一對應(yīng)。采用螺栓連接的方式使保溫模塊28固定在罐蓋22的下部并使軸線重合。罐蓋22與罐法蘭24在圓周邊上一一對應(yīng)有多個螺栓孔，罐蓋22上為通孔，罐32法蘭上為沉頭孔，在對應(yīng)的螺栓孔采取間隔安裝沉頭螺栓及螺母的辦法固定，保留一半的孔不安裝螺栓，并使沉頭螺栓頭不露出法蘭邊24的下表面。反應(yīng)罐I在環(huán)形密封23的作用下獲得高壓密封。罐內(nèi)的空腔33用來裝反應(yīng)原料。
[0022]壓力電熱爐2由三部分組成:帶法蘭的爐殼9，法蘭蓋8，加熱模塊15。爐殼的法蘭位于爐殼上端，在法蘭邊靠中心側(cè)上表面有環(huán)形密封10，在法蘭的外側(cè)均布有通孔。在爐殼9的圓周壁外面設(shè)有兩排共六個接口:安裝壓力安全閥的接口 11，連接氮氣的閥門接口 12，放氣泄壓的閥門接口 13，分別連接三相電源的密封過線孔接口 16、17、18。法蘭蓋8由兩塊法蘭密封焊接而成:上法蘭31和下法蘭；上法蘭31下表面靠近法蘭中心側(cè)開一個環(huán)形水槽30，環(huán)形水槽30的任意直徑方向分別開兩條槽與位于法蘭外邊緣的循環(huán)水進出水口 6、7接通。循環(huán)水進出水口 6、7與外部循環(huán)水密封連接。環(huán)形水槽30的正上方有一個環(huán)形密封19。上法蘭31的中心孔比下法蘭的中心孔略小，比反應(yīng)罐I筒體外徑略大。上法蘭31的上表面設(shè)有多根帶螺紋的導(dǎo)向桿3，圓周分布，與反應(yīng)罐I上未安裝螺栓的孔4一一對應(yīng)。下法蘭外側(cè)均布通孔，與爐殼9的法蘭邊上的通孔一一對應(yīng)。加熱模塊15是一個帶底的硅酸鋁纖維保溫圓筒，外徑與爐殼9筒體內(nèi)徑相匹配，內(nèi)徑與反應(yīng)罐I筒體外徑相匹配，同心裝配于爐殼9中。加熱電阻絲14位于加熱模塊的內(nèi)圓柱壁上凹進去的螺旋槽內(nèi)。
[0023]反應(yīng)罐I與壓力電熱爐2通過帶螺紋的導(dǎo)桿3和孔4進行配合安裝。在高壓爐法蘭蓋密封19的作用下，壓力電熱爐被完全高壓密封。
[0024]具體操作如下:將待氮化物料裝入罐32，蓋上罐蓋22，并通過螺栓緊固法蘭獲得密封的反應(yīng)罐。把該反應(yīng)罐吊裝入壓力電熱爐2，通過帶螺紋的導(dǎo)桿3和孔4進行配合安裝，并用螺母5進行緊固。利用快速接頭分別給高壓爐法蘭蓋進/出水口 6、7和反應(yīng)罐法蘭進/出水口 29、20接通循環(huán)冷卻水。給反應(yīng)罐接口 27插入抽真空管，打開真空泵抽真空。真空度達(dá)到后，接通壓力電熱爐2電源加熱。溫度達(dá)到反應(yīng)溫度后，關(guān)閉真空泵，更換接口 27管道為氮氣管道，打開閥門充入氮氣并控制氮氣壓力，同時打開壓力電熱爐的氮氣閥門12，并采用相同氮氣源壓力。氮化結(jié)束后，關(guān)閉氮氣閥門12，關(guān)閉閥門27，然后打開閥門13卸除壓力電熱爐內(nèi)壓力。松開螺母5，吊出反應(yīng)罐進入冷卻井快速冷卻。同時吊裝另一反應(yīng)罐進入壓力電熱爐繼續(xù)重復(fù)上述過程。出爐的反應(yīng)罐冷卻完成后，松開緊固螺栓打開罐蓋22，倒出反應(yīng)物料。
[0025]實施例2
本實施例所述的壓力氮化爐，與實施例1的區(qū)別在于，反應(yīng)罐I是方筒形，通過水平安裝到壓力電熱爐2中。從上垂直安裝到氮化爐的方式是本專利的最優(yōu)方式，但本專利不僅僅局限于此，也可以做成水平安裝和從底部垂直往上安裝。
[0026]實施例3
本實施例所述的壓力氮化爐，與實施例1的區(qū)別在于，所述罐蓋與罐法蘭通過快速機械裝置鎖緊。
[0027]實施例4
本實施例所述的壓力氮化爐，與實施例1的區(qū)別在于，所述加熱模塊為掛壁式電阻帶結(jié)合保溫棉。
[0028]實施例5
本實施例所述的壓力氮化爐，與實施例1的區(qū)別在于，所述反應(yīng)罐與壓力電熱爐通過快速液壓裝置鎖緊。
[0029]實施例6
本實施例所述的壓力氮化爐，與實施例1的區(qū)別在于，所述反應(yīng)罐與壓力電熱爐通過快速機械鎖緊裝置鎖緊。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力氮化爐，其特征在于，包含相互配合的反應(yīng)罐和壓力電熱爐，所述反應(yīng)罐包括罐蓋、帶罐法蘭的罐和保溫模塊，所述保溫模塊固定在罐蓋的下部并使軸線重合；所述壓力電熱爐包括帶法蘭邊的爐殼、法蘭蓋和加熱模塊，所述法蘭邊與法蘭蓋對應(yīng)，所述加熱模塊位于爐殼內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述罐蓋或罐上設(shè)有三個接口:安裝壓力安全閥的接口、安裝熱電偶的接口和安裝快速接頭的閥門接口 ；所述保溫模塊亦設(shè)有三個通孔，與罐蓋或罐上的三個接口一一對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述罐法蘭的中部設(shè)有一個密閉的環(huán)形循環(huán)水道，所述環(huán)形水道的任意直徑的兩端分別開有一個進水口和一個出水口，所述進水口和出水口分別與外部的循環(huán)水管密封連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述罐法蘭的上表面設(shè)有一道環(huán)形密封；所述罐蓋與罐法蘭通過螺栓、液壓鎖或快速機械鎖止裝置進行緊固密封連接，所述緊固密封連接具體為環(huán)形密封和罐蓋下表面壓緊配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述爐殼的圓周壁外面或法蘭蓋或爐殼底部設(shè)有六個接口:安裝壓力安全閥的接口、連接氮氣的閥門接口、放氣泄壓的閥門接口、以及分別連接三相電源的密封過線孔的三個接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述法蘭蓋包括密封焊接而成的兩塊法蘭:上法蘭和下法蘭，所述上法蘭下表面靠近法蘭中心側(cè)開一個環(huán)形水槽，環(huán)形水槽的正上方有一個環(huán)形密 封，環(huán)形水槽的任意直徑方向分別開有兩條槽與位于法蘭外邊緣的循環(huán)水進水口和出水口接通，所述進水口和出水口與外部循環(huán)水密封連接。
7.根據(jù)權(quán)利要6所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述爐殼的法蘭邊靠中心側(cè)上表面有環(huán)形密封，在法蘭邊的外側(cè)均布有通孔；所述法蘭蓋的下法蘭外側(cè)均布有通孔，與爐殼的法蘭邊上的通孔一一對應(yīng)；通過所述一一對應(yīng)的通孔采用螺栓緊固連接的方式密封連接法蘭邊和法蘭蓋，所述密封連接具體為環(huán)形密封和法蘭蓋下表面壓緊配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述加熱模塊為電阻絲結(jié)合硅酸鋁纖維模塊、掛壁式電阻帶結(jié)合保溫材料、硅碳棒結(jié)合保溫材料或中頻線圈結(jié)合保溫材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述電阻絲結(jié)合硅酸鋁纖維模塊為一個帶底的硅酸鋁纖維保溫圓筒，外徑與爐殼筒體內(nèi)徑相匹配，內(nèi)徑與反應(yīng)罐筒體外徑相匹配，同心裝配于爐殼中，所述加熱模塊的內(nèi)圓柱壁上設(shè)有凹進去的螺旋槽，所述螺旋槽內(nèi)設(shè)有加熱電阻絲。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓力氮化爐，其特征在于，所述反應(yīng)罐與壓力電熱爐通過螺栓、液壓鎖緊或快速機械鎖止裝置進行緊固密封連接。
【文檔編號】C23C8/24GK103643199SQ201310677423
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】朱翔鷹, 翟玉春, 梅澤鋒, 梅平, 林一飛 申請人:東北大學(xué), 江蘇江南鐵合金有限公司