一種氮化爐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮化爐系統(tǒng)，所述氮化爐系統(tǒng)包括第一氮化爐和第二氮化爐，所述第一氮化爐和第二氮化爐中間連接有氣體控制站。所述第一氮化爐包括基座、料筐、內(nèi)膽、中心導氣管、保溫外殼，所述料筐吊裝在基座上，所述內(nèi)膽和保溫外殼通過鎖緊裝置固定連接在基座上，所述中心導氣管設置在第一氮化爐中間。本發(fā)明的有益效果如下：1）采用兩個氮化爐切換生產(chǎn)實現(xiàn)了氮化鐵合金的連續(xù)生產(chǎn)，效率大大提高； 2）采用熱交換系統(tǒng)，充分利用物料余熱，且加快冷卻速度，既環(huán)保又經(jīng)濟；3）采用物料兩面加熱的方法，增大了單批物料的加入量，提高了效率和產(chǎn)品氮含量的穩(wěn)定性；4）整體結構設計巧妙，整個技術方案占地面積小，成本較低，便于大規(guī)模的推廣使用。
【專利說明】一種氮化爐系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鐵合金氮化爐，具體地說是一種氮化爐系統(tǒng)，屬于機械設備技術 領域。

【背景技術】
[0002] 氮是奧氏體穩(wěn)定化元素并有延緩碳化物析出的功能，它能夠提高鋼的強度和耐蝕 性，被認為是最有研究和開發(fā)價值的新材料之一，因此高氮鋼生產(chǎn)工藝的研究與開發(fā)成為 各國關注和發(fā)展的焦點。而生產(chǎn)高氮鋼最理想的辦法就是加入含氮鐵合金。目前國內(nèi)實現(xiàn) 工業(yè)化的鐵合金氮化工藝主要有兩種：常壓氮化法和預抽真空壓力氮化法，不管哪種方法 都存在一些問題，1)現(xiàn)有技術中為了防止氮化鐵合金氧化，氮化反應后的高溫成品必須密 封冷卻后才能出爐，而目前的冷卻技術主要采用隨爐冷卻或者在反應罐外壁強迫冷卻的方 法，這兩種方法都浪費了產(chǎn)物的熱能和降低了冷卻效率；2)現(xiàn)有技術中基本不能實現(xiàn)連續(xù) 生產(chǎn)，因而生產(chǎn)周期長效率低；3)現(xiàn)有技術中對金屬物料的加熱都是單面加熱，上輻射或者 圓筒外周加熱，所以物料厚度太厚會導致加熱溫度不均，從而導致產(chǎn)品氮含量不穩(wěn)定。因 此，迫切需要一種新的技術方案來解決上述技術問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種氮化爐系統(tǒng)，該裝置整體 結構設計巧妙，操作方便，整個技術方案結構緊湊，占地面積小，熱量利用率高，能夠連續(xù)生 產(chǎn)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為，一種氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所 述氮化爐系統(tǒng)包括第一氮化爐和第二氮化爐，所述第一氮化爐和第二氮化爐中間連接有氣 體控制站。該技術方案中第一氮化爐和第二氮化爐是兩個完全相同的氮化爐，為了敘述方 便，第一氮化爐簡稱氮化爐A，第二氮化爐簡稱氮化爐B。
[0005] 作為本發(fā)明的一種改進，所述第一氮化爐包括基座、料筐、內(nèi)膽、中心導氣管、保溫 外殼，所述料筐吊裝在基座上，所述內(nèi)膽和保溫外殼通過鎖緊裝置固定連接在基座上，所述 中心導氣管設置在第一氮化爐中間。
[0006] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐還包括加熱元件，所述加熱元件設置在料框 的兩側，所述內(nèi)膽設置在保溫外殼和加熱元件之間。所述加熱元件可以設置為電阻絲或者 硅碳棒或者其他加熱元件，該加熱元件主要對料框內(nèi)的物料進行加熱。
[0007] 作為本發(fā)明的一種改進，所述料框為環(huán)形或者是數(shù)個環(huán)形分布的單元，料框環(huán)形 中心設置有中心導氣管，所述中心導氣管的另一端通過氮化爐中心管接口連接氣體控制 站。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進，所述基座和料框之間設置有隔熱透氣磚，所述隔熱透氣 磚的厚度為150?300mm，根據(jù)實際情況自行選擇，優(yōu)選為180- 260mm，通過鎖緊裝置將內(nèi) 膽以及外殼固定在氮化爐基座上，料框中的熱量穿過透氣隔熱磚進入回氣環(huán)管，進而到達 氣體控制站進行熱量的轉(zhuǎn)換與傳遞。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐保溫外殼上還設置有氮氣壓力平衡管，所述 氮氣壓力平衡管一端連接氮化爐，另一端通過平衡管接口與氣體控制站相連接，所述氮氣 壓力平衡管是金屬軟管。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐的底部還連接有回氣環(huán)管，所述回氣環(huán)管一 端連接氮化爐底部與透氣隔熱磚接通，另一端通過環(huán)管接口連接氣體控制站，確保氮化爐 內(nèi)部壓力平衡。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐底部還設置有電源過線孔和熱電偶過線孔， 所述過線孔與基座的裝配是密封和絕緣的；用于穿過電源線以及熱電偶線，對其進行保護。
[0012] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氣體控制站包括PSA制氮機，真空泵以及高溫循環(huán) 風機，所述PSA制氮機兩端均設置有氮氣電磁閥，所述氮氣電磁閥兩側均連接有放空電磁 閥以及平衡電磁閥，所述真空泵的兩側均連接有氮氣爐真空電磁閥，所述高溫循環(huán)風機的 一側連接有中心管吸氣選通電磁閥、中心管直通環(huán)管電磁閥，另一側連接環(huán)管進氣選通電 磁閥。
[0013] 一種氮化爐系統(tǒng)的操作工藝，其特征在于，包括氮化爐準備工藝和氮化爐冷卻出 爐工藝，所述氮化爐準備工藝流程如下，料框裝料，料框吊裝入爐子基座，吊裝內(nèi)膽至基座 并通過鎖緊裝置鎖緊，吊裝保溫外殼至基座并鎖緊，連接平衡軟管接口，打開氮化爐真空電 磁閥和氮化爐平衡電磁閥抽真空，達到預設真空度，關閉氮化爐真空電磁閥；所述氮化爐冷 卻出爐工藝流程如下，打開氮化爐放空電磁閥，放空爐內(nèi)壓力后關閉氮化爐放空電磁閥和 氮化爐平衡電磁閥，分離平衡軟管接口，打開保溫外殼的鎖緊裝置，帶走保溫外殼，內(nèi)膽進 行水霧噴淋冷卻至120°，打開內(nèi)膽的鎖緊裝置并調(diào)離爐基座，把料框調(diào)離基座并倒出成品 料。
[0014] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果如下：1)、該技術方案采用A、B兩個氮化爐 的切換生產(chǎn)實現(xiàn)了氮化鐵合金的連續(xù)生產(chǎn)，整個生產(chǎn)工藝緊湊，效率大大提高；；2)該技 術方案設置了熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)開創(chuàng)性的使用透氣隔熱磚，所述透氣隔熱磚一方面在氮 化反應時阻隔熱傳導，另一方面在氮化結束后進行冷卻時可將氮化爐內(nèi)部的熱量與冷物料 進行熱交換，該系統(tǒng)充分利用了氮化反應后物料的熱能，并且加快了冷卻速度，提高了經(jīng)濟 效益和生產(chǎn)效率；3)該爐采用物料兩面加熱的方法，同樣的溫差比傳統(tǒng)方法物料厚度增厚 一倍，增大了單批物料的加入量，提高了效率，并且提高了爐溫的均勻性，從而提高了產(chǎn)品 氮含量的穩(wěn)定性；4)整體結構設計巧妙，拆卸維修方便，整個技術方案占地面積小，成本較 低，便于大規(guī)模的推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖； 圖2為本發(fā)明氮化爐放大結構示意圖； 圖3為本發(fā)明氣體控制站結構示意圖； 圖4為回氣環(huán)管俯視圖； 圖5為鎖緊裝置俯視圖； 圖6為本發(fā)明兩個氮化爐切換工藝流程圖； 圖7為A爐準備工藝流程圖； 圖8為A爐冷卻出爐工藝流程圖； 圖9為B爐準備工藝流程圖； 圖10為B爐冷卻出爐工藝流程圖； 圖中：1、爐子基座，2、內(nèi)膽，3、保溫外殼，4、鎖緊裝置，5、料框，6、加熱元件，7、透氣加 熱轉(zhuǎn)，8、中心導氣管，9、回氣環(huán)管，10、氮氣壓力平衡管，11、電源過線孔，12、熱電偶過線孔， 13、氣體控制站。
[0016] a、制氮機，b、真空泵，c、高溫循環(huán)風機，d、A爐氮氣電磁閥，e、B爐氮氣電磁閥，f、 A爐平衡電磁閥，g、B爐平衡電磁閥，h、A爐真空電磁閥，i、B爐真空電磁閥，j、A爐中心管 吸氣選通電磁閥，k、B爐中心管吸氣選通電磁閥，1、A爐中心管直通B爐環(huán)管電磁閥，m、B 爐中心管直通A爐環(huán)管電磁閥，n、A爐環(huán)管進行選通電磁閥，ο、B爐環(huán)管進行選通電磁閥， P、A爐放空電磁閥，q、B爐放空電磁閥。

【具體實施方式】
[0017] 為了加深對本發(fā)明的理解和認識，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述和介紹。
[0018] 實施例1 :參見圖1、圖2, 一種氮化爐系統(tǒng)，所述氮化爐系統(tǒng)包括兩個氮化爐，即氮 化爐A和氮化爐B，所述氮化爐A和氮化爐B中間連接有氣體控制站13,該技術方案中氮化 爐A和氮化爐B結構完全相同，在具體的應用中，第一氮化爐和第二氮化爐的結構不一定完 全相同；所述氮化爐包括氮化爐基座1、料筐5、內(nèi)膽2、中心導氣管8、保溫外殼3,所述料筐 5吊裝在基座1上，所述內(nèi)膽2和保溫外殼3通過鎖緊裝置4固定連接在基座1上，所述中 心導氣管8設置在氮化爐A中間；其中料框5內(nèi)設置有氮化錳，所述保溫外殼3設置在內(nèi)膽 2的外面，所述氮化爐還包括加熱元件6,所述加熱元件6設置在料框5的兩側，其中一側的 加熱元件設置在中心氣管上，另外一側的加熱元件設置在支架上，支架在圖中未標記，所述 內(nèi)膽2設置在保溫外殼3和加熱元件6之間，所述加熱元件6可以設置為電阻絲或者硅碳 棒或者其他加熱元件，該加熱元件主要對料框內(nèi)的物料進行加熱；所述料框5為環(huán)形或者 是數(shù)個環(huán)形分布的單元，料框環(huán)形中心設置有中心導氣管8,所述中心導氣管8的另一端通 過氮化爐中心管接口連接氣體控制站13。
[0019] 實施例2 :參見圖1、圖2、圖5,作為本發(fā)明的一種改進，所述基座1和料框5之間 設置有隔熱透氣磚7,所述隔熱透氣磚7的厚度為150?300_，根據(jù)實際情況自行選擇，優(yōu) 選為180- 260mm，通過90度旋轉(zhuǎn)液壓缸鎖緊裝置4將內(nèi)膽2以及外殼13固定在氮化爐基 座1上，料框5中的熱量穿過透氣隔熱磚7進入回氣環(huán)管9,進而到達氣體控制站進行熱量 的轉(zhuǎn)換與傳遞。透氣隔熱磚7 -方面在氮化反應時阻隔熱傳導，另一方面在氮化結束后進 行冷卻時可將氮化爐內(nèi)部的熱量與冷物料進行熱交換，該系統(tǒng)充分利用了氮化反應后物料 的熱能，并且加快了冷卻速度，提高了經(jīng)濟效益和生產(chǎn)效率；其余結構和優(yōu)點與實施例1完 全相同。
[0020] 實施例3 :參見圖1、圖2,作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐保溫外殼上還連接 有氮氣壓力平衡管10,所述氮氣壓力平衡管一端連接氮化爐，另一端通過平衡管接口與氣 體控制站13相連接，所述氮氣壓力平衡管是金屬軟管。其余結構和優(yōu)點與實施例1完全相 同。
[0021] 實施例4 :參見圖1、圖2、圖4,作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐的底部還連接 有回氣環(huán)管9,所述回氣環(huán)管9 一端連接氮化爐底部與透氣隔熱磚7接通，另一端通過環(huán)管 接口連接氣體控制站13,確保氮化爐內(nèi)部壓力平衡。其余結構和優(yōu)點與實施例1完全相同。
[0022] 實施例5 :參見圖1、圖2,作為本發(fā)明的一種改進，所述氮化爐底部還設置有電源 過線孔11和熱電偶過線孔12,用于穿過電源線以及熱電偶線，對其進行保護，所述過線孔 與基座的裝配是密封和絕緣的。其余結構和優(yōu)點與實施例1完全相同。
[0023] 實施例6 :參見圖1、圖3,作為本發(fā)明的一種改進，所述氣體控制站包括 PSA制氮機a，真空泵b以及高溫循環(huán)風機c，所述PSA制氮機兩端均設置有氮氣電 磁閥，即A爐氮氣電磁閥d和B爐氮氣電磁閥e，所述A爐氮氣電磁閥d同時連 接A爐放空電磁閥p和A爐平衡電磁閥f，所述A爐平衡電磁閥連接A平衡管接口 VI ;所述B爐氮氣電磁閥e同時連接B爐放空電磁閥q和B爐平衡電磁閥g ;所述真空泵b 的兩側分別連接有A爐真空電磁閥h和B爐真空電磁閥i ;所述高溫循環(huán)風機c的一端同時 連接有A中心管吸氣選通電磁閥j、B中心管吸氣選通電磁閥k、A中心管吸氣選通電磁閥j 另一端連接A管中心管接口IV和A爐中心管直通B爐環(huán)管電磁閥1 ;所述B中心管吸氣選 通電磁閥k另一端連接B中心管接口 VII ,通過B爐中心管直通A爐環(huán)管電磁閥m連接A環(huán) 管接口 V ;所述高溫循環(huán)風機c的另一端通過A爐環(huán)管進氣選通電磁閥η連接A環(huán)管接口 V ,通過B爐環(huán)管進氣選通電磁閥〇連接A環(huán)管接口\111。其余結構和優(yōu)點與實施例1完全 相同。
[0024] 工作原理如下：參見圖6、氮化爐A、B準備工藝以及冷卻出爐工藝流程如下， 參見圖7, A爐準備工藝流程如下，料框5裝料，料框5吊裝入爐子基座1，吊裝內(nèi)膽2 至基座1并通過鎖緊裝置4鎖緊，吊裝保溫外殼3至基座1并鎖緊，連接平衡軟管接口\? , 打開A爐真空電磁閥h和A爐平衡電磁閥f抽真空，達到預設真空度，關閉A爐真空電磁閥 h〇
[0025] 參見圖8，A爐冷卻出爐工藝流程如下，打開A爐放空電磁閥p，放空爐內(nèi)壓力后關 閉A爐放空電磁閥p和A爐平衡電磁閥f，分離平衡軟管接口VI，打開保溫外殼的鎖緊裝置， 帶走保溫外殼3,內(nèi)膽2進行水霧噴淋冷卻至120°，打開內(nèi)膽的鎖緊裝置并調(diào)離爐基座，把 料框5調(diào)離基座1并倒出成品料。
[0026] 參見圖9, B爐的準備工藝流程與A路相同，具體如下，料框5裝料，料框吊裝入爐 子基座，吊裝內(nèi)膽至基座并鎖緊，吊裝保溫外殼至基座并鎖緊，連接平衡軟管接口 IV，打開 B爐真空電磁閥i和B爐平衡電磁閥g抽真空，達到預設真空度，關閉B爐真空電磁閥i。
[0027] 參見圖10, B爐冷卻出爐工藝流程與A爐相同，具體如下，打開B爐放空電磁閥q， 放空爐內(nèi)壓力后關閉B爐放空電磁閥q和B爐平衡電磁閥g，分離平衡軟管接口IV，打開保 溫外殼的鎖緊裝置，帶走保溫外殼，內(nèi)膽進行水霧噴淋冷卻至120°，打開內(nèi)膽的鎖緊裝置 并調(diào)離爐基座，把料框調(diào)離基座并倒出成品料。
[0028] 氮化爐A、B切換生產(chǎn)工藝流程如下：參見圖6， 0: A爐準備工藝，B爐反應結束，關閉B爐氮氣電磁閥e， 1 :打開A爐中心管吸氣選通電磁閥j，B爐環(huán)管進行選通電磁閥〇，B爐中心管直通A 爐環(huán)管電磁閥m，A、B爐均壓； 2 :啟動高溫循環(huán)風機，A爐升溫，B爐降溫； 3 :A、B爐等溫后停止風機，關閉A爐中心管吸氣選通電磁閥j，B爐環(huán)管進行選通電磁 閥〇，B爐中心管直通A爐環(huán)管電磁閥m; 4A爐送電升溫至反應溫度打開A爐氮氣電磁閥d充氮至反應壓力5?IOkg進行反應， B爐冷卻出爐工藝； 5 :A爐反應結束，關閉d閥，B爐準備工藝； 6 :打開B爐中心管吸氣選通電磁閥k，A爐環(huán)管進行選通電磁閥n，A爐中心管直通B爐 環(huán)管電磁閥1，氮化爐A、B爐均壓； 7 :啟動高溫循環(huán)風機，B爐升溫，A爐降溫； 8 :氮化爐A、B等溫后停止風機，關閉B爐中心管吸氣選通電磁閥k，A爐環(huán)管進行選通 電磁閥n，A爐中心管直通B爐環(huán)管電磁閥1 ; 9 :A爐冷卻出爐工藝，B爐送電升溫至反應溫度，打開e閥充氮至反應壓力5?IOkg進 行反應。
[0029] 該工藝中，如果氮化爐A、B都是冷態(tài)，并且假設A爐先啟動加熱，則A爐準備工藝 〇步后第1、2、3步工藝可以直接跳過，直接進入第4步工藝，當A爐完成第5步工藝時，B爐 同時完成第5步的準備工藝，然后同步進入第6步，隨后的步驟依次進行，同理也可以完成 B爐先啟動加熱的情況。
[0030] 本發(fā)明還可以將實施例2、3、4、5、6所述技術特征中的至少一個與實施例1組合形 成新的實施方式。
[0031] 需要說明的是上述實施例，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，在上述技術方案的 基礎上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權利要求所保護的范圍。
【權利要求】
1. 一種氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氮化爐系統(tǒng)包括第一氮化爐和第二氮化爐，所述 第一氮化爐和第二氮化爐中間連接有氣體控制站。
2. 根據(jù)權利要求1所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氮化爐包括基座、料筐、 內(nèi)膽、中心導氣管、保溫外殼，所述料筐吊裝在基座上，所述內(nèi)膽和保溫外殼通過鎖緊裝置 固定連接在基座上，所述中心導氣管設置在第一氮化爐中間。
3. 根據(jù)權利要求2所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氮化爐還包括加熱元件，所述 加熱元件設置在料框的兩側，所述內(nèi)膽設置在保溫外殼和加熱元件之間。
4. 根據(jù)權利要求3所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述料框為環(huán)形或者是數(shù)個環(huán)形 分布的單元，料框環(huán)形中心設置有中心導氣管，所述中心導氣管的另一端通過氮化爐中心 管接口連接氣體控制站。
5. 根據(jù)權利要求2或3或4所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述基座和料框之間設置 有隔熱透氣磚，所述隔熱透氣磚的厚度為150?300mm。
6. 根據(jù)權利要求5所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氮化爐保溫外殼上還設置有 氮氣壓力平衡管，所述氮氣壓力平衡管一端連接氮化爐，另一端通過平衡管接口與氣體控 制站相連接，所述氮氣壓力平衡管是金屬軟管。
7. 根據(jù)權利要求6所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氮化爐的底部還連接有回氣 環(huán)管，所述回氣環(huán)管一端連接氮化爐底部與透氣隔熱磚接通，另一端通過環(huán)管接口連接氣 體控制站。
8. 根據(jù)權利要求7所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氮化爐底部還設置有電源過 線孔和熱電偶過線孔，所述過線孔與基座的裝配是密封和絕緣的。
9. 根據(jù)權利要求6或7或8所述的氮化爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體控制站包括PSA 制氮機，真空泵以及高溫循環(huán)風機，所述PSA制氮機兩端均設置有氮氣電磁閥，所述氮氣電 磁閥兩側均連接有放空電磁閥以及平衡電磁閥，所述真空泵的兩側均連接有氮氣爐真空電 磁閥，所述高溫循環(huán)風機的一側連接有中心管吸氣選通電磁閥、中心管直通環(huán)管電磁閥，另 一側連接環(huán)管進氣選通電磁閥。
10. 采用權利要求1-9所述的氮化爐系統(tǒng)的操作工藝，其特征在于，包括氮化爐準備 工藝和氮化爐冷卻出爐工藝，所述氮化爐準備工藝流程如下：料框裝料，料框吊裝入爐子 基座，吊裝內(nèi)膽至基座并通過鎖緊裝置鎖緊，吊裝保溫外殼至基座并鎖緊，連接平衡軟管接 口，打開氮化爐真空電磁閥和氮化爐平衡電磁閥抽真空，達到預設真空度，關閉氮化爐真空 電磁閥；所述氮化爐冷卻出爐工藝流程如下，打開氮化爐放空電磁閥，放空爐內(nèi)壓力后關閉 氮化爐放空電磁閥和氮化爐平衡電磁閥，分離平衡軟管接口，打開保溫外殼的鎖緊裝置，吊 走保溫外殼，內(nèi)膽進行水霧噴淋冷卻至120°，打開內(nèi)膽的鎖緊裝置并吊離氮化爐基座，把 料框吊離基座并倒出成品料。
【文檔編號】F27D17/00GK104294207SQ201410558397
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月18日 優(yōu)先權日:2014年10月18日
【發(fā)明者】朱翔鷹, 翟玉春, 梅澤鋒, 梅平, 林一飛 申請人:江蘇江南鐵合金有限公司, 東北大學