连续式气体渗碳炉自动生产线技术的发展_石康才

了专用导流装置，由于淬火油是以均匀速度定向垂 直流动，从而改善了工件的畸变值。当淬火过程完 成后，料盘在油槽下通过一横行推料装置“潜泳” 到出料升降平台上，平台上升，料盘进入出料口。 残留油滴淋完后，料盘运出，平台下落。工件出炉 无 需 火 帘 ，确 保 炉 内 气 氛 不 外 溢 ，减 少 了 环 境 污 染。
连续式气体渗碳炉生产线在现代制造业中得到 广泛的应用。十几年来该技术以提高经济效益、节 约 能 源 、提 高 产 品 质 量 、改 善 环 境 为 中 心 ，在 设 计、制造、应用等方面进行了大量工作，已取得长 足的发展。本文以三种炉型为代表，介绍该领域技 术发展的最新成就。 １ 带底部装料装置的气体渗碳生产线
Hale Waihona Puke Baidu
《热处理》 ２００６ 年第 ２１ 卷第 ２ 期
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图１ 双推盘气体渗碳炉生产线 Ｆｉｇ．１ Ｄｏｕｂｌｅ－ｐｕｓｈ－ｔｒａｙ ｇａｓ ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ
热处理炉的底部装料装置是爱协林公司的一项 专利技术（中国专利号：ＺＬ０１２０４２５６．０），其原理图 如图２所示。根据热气体上升的原理，为减少炉气的 外溢，将进料口设置在加热室一端的下部。装有工 件的料盘侧面被推到上料台上，上料台上设置了柔 性加压密封门，当工件上移到适当位置后底部密封 门加压，上料工步完成。该装置密封性好，炉内气 氛外溢量少，对炉内碳势影响小，无需大量补碳， 炉内不易形成碳黑，只需把少量外溢的炉气点燃即 可，无需用火帘进行保护，减少了能源的消耗及对 操作环境的污染。
封，工件淬火时后炉门打开又有相当数量的工艺气 体外溢。同时，传统推盘式渗碳炉生产线主炉多数 为 直 线 式 布 置 ，加 热 室 、强 渗 室 、扩 散 室 相 互 贯 通，各区的碳势相互干扰，工艺优化困难。针对传 统推盘炉的上述缺点，爱协林公司经过多年研究， 改进炉子设计，不断创新，使推盘式渗碳生产线有 了很大的发展。
０．３２ ０．７１ １ ２ µｍ
０．０２２ ０．０２１ ５．５
心部硬度差
±２０ＨＶ３０
３６４ＨＶ １１
渗碳气体消耗
减少４ ０ ％
４０％
能耗
减少５ ０ ％
５０％
２ 全自动推盘式渗碳炉压淬生产线 汽车后桥螺伞从动齿轮（简称盆齿）的传统工艺
为渗碳缓冷二次加热模压淬火，这种工艺的主要缺 点是能耗高，生产效率低，劳动强度大。对重型卡 车 而 言 ，单 只 盆 齿 的 重 量 达５ ０ ｋ ｇ 以 上 ，外 径 ４ ９ ５ ｍ ｍ ，从淬火加热炉将工件用人工方式转移到压 床上确是一件繁重的体力劳动。由于人工操作时间 的不确定性，也导致转移时间的波动性，从而影响 产品质量的稳定性。
图２ 底部装料装置原理图 Ｆｉｇ．２ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ
ｏｆ ｆｕｒｎａｃｅ
（３）采用潜泳底出料式淬火油槽 该淬火油槽是全密封的，工件完全在保护气氛 下进入油槽。油槽既可以减少工艺气体的消耗，又 可以减少零件的畸变。淬火油槽设有一个淬火升降 台和一个出料升降台，在油搅拌器和料盘之间安装
SHI Kang-cai, SUN Yi-fan (Aichelin Industrial Furnace Engineering (Beijing) Co.,Ltd., Beijing 100086) Abstract: In regard to three kinds of typical continuous automatic gas carburizing production lines, technology of charging and discharging at the bottom of furnace and its application to push-tray furnace production line, temperaturemaintaining chamber with elevator bucket and side discharging device and its application to full-automatic press hardening production line and ring hearth gas carburizing furnace and its specialities, were respectively introduced. Application of above mentioned technologies will result in decrease in energy consumption and increase in product quality as well as an improvement on opereting environment in respect to the continuous gas carburizing furnace. Key Words: continuous gas carburizing furnace; push-tray gas carburizing furnace; full-automatic carburizing-press hardening production line; ring hearth gas carburizing furnace
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而且操作者省掉许多烦心的事，工作环境也得到了
改善。
改进后的推盘炉气体渗碳生产线在工业生产中
获得很大成功，现在国内已销售２ ０ 台套，获得了好
的处理结果，得到用户的好评。表１是一套带有底装
料和底出料三排推盘炉的质量和运行数据，与一般
的气体渗碳相比，工艺气体耗量节约４ ０ ％ ，能耗节
传统的推盘式气体渗碳炉生产线，工件从加热 室的侧面进料，通过推料机构将料盘和工件一步一 步送到加热室、强渗室、扩散室（ 或者缓冷室） ，进 入淬火油槽淬火。这种渗碳生产线采用竖开门水平 进料方式，每开一次炉门，将有相当数量的保护气 氛外溢和空气进入，增加炉子的工艺气体耗量，使 工件的内氧化程度增加。而淬火油槽常常靠火帘密
ａｎｄ ｓｉｄｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ
渗碳工序完成后工件被输送到压淬保温室的升 降料台上，接着工件上移到适当位置，出料小门打 开，机械手进入保温室取出第一个工件，关闭小门 后工件进行模压淬火，接着工件上移取出第二工件 淬火直至完成该料盘上的全部工件。该装置的出料 门小，而且门框不作任何移动。使用中，炉气外泄 少，运行可靠，该技术已取得国家专利的申请（专利 申请号：２００４２００５８４９０．２）。
图４是全自动推盘式渗碳炉压淬生产线的方案 图。该 生 产 线 的 特 点 ：
（１）在备料台上新增加装料定位装置，保证工件 在料盘的Ｘ -Y方向位置的准确性，为随后淬火自动 取料作准备。
（２）采用底装料技术，节约工艺气体用量，减少 内氧化。
（３）渗碳直接淬火为潜泳式底出料装置，减少气 耗。
（４）压淬保温室和直接淬火分开各走各的道，互 不干涉。
（４）保温室与渗碳室分离布置，工件表面碳浓度 控制更加精确
为了提高各区碳势的可控性， 防止各区之间碳 势的相互干涉，爱协林公司采用高温推链技术将直 线贯通式改为分区独立控制碳势、温度的多室炉， 根据用户需要可以设计成独立的二室、三室等。这 样很好地解决了分区碳势的独立控制，提高了产品 质量。
（５）高温风扇的油自冷装置 高温风扇是提高气氛均匀度和温度均匀性的重 要部件，其中轴承及密封部分常用自来水冷却，不 仅常年消耗水，而且水垢还会造成冷却能力失效， 导致密封损坏。爱协林公司开发的专利技术— 工业 炉用循环风扇的冷却装置（ 中国专利号： ＺＬ０１２０１７６９．３）较好地解决了该问题。该技术利用冷 油密度大，热油密度小，因而产生一个动力，冷油 自动下流，在风扇轴承外因吸收热量使轴承降温， 油自身温度又升高，密度减小，自动上升，进入上 部的油箱中。油箱又向外部环境散热，油的温度降 低，密度增加，从而又向下流，实现油的自动循环 和热量的交换。该技术的使用不仅节约了水资源，
约５ ０ ％ 。由于降低了运行成本和改善了零件质量，
生产线建设所增加的费用仅一年就可以收回。
表１ 产品质量和运行数据 Ｔａｂｌｅ １ Ｄａｔａ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
项目
规范要求 结果 测量值 标准差
￣ 设备 ￣
连续式气体渗碳炉自动生产线技术的发展
石康才，孙一凡
（爱协林工业炉工程（北京）有限公司 北京 １０００８６）
摘 要： 以三种连续式气体渗碳炉自动生产线为典型，分别介绍了底部装料、底部出料技术及其在推盘炉生 产线上的应用，具有料盘升降及侧出料装置的保温室及其在全自动压淬生产线上的应用，环形气体 渗碳炉及特点。这些技术的应用使得连续式气体渗碳炉的能耗降低，产品质量提高，操作环境得到改 善。
图１为爱协林双推盘式气体渗碳炉生产线方案 图 ，这 条 生 产 线 有 以 下 特 点 。
（１）采用预氧化工艺 为了减小零件的畸变，工件须在预氧化炉中预 加热；同时预氧化还可活化工件表面，改善渗层的 均 匀 性 ，提 高 渗 速 。 （２）采用先进的底上料装置
收稿日期： ２００５－１０－２０
关键词： 连续式渗碳炉；推盘式气体渗碳炉；全自动渗碳压淬生产线；环形气体渗碳炉 中图分类号： ＴＧ１５５．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－１６９０（２００６）０２－００３９－００５
Development of Continuous Automatic Production Line Technology for Gas Carburizing
（５）压淬保温室为新型结构，密封性好，可靠性 高，从出料到压床转移时间短，可实现多个工位的 压床淬火，工件转移全部实现自动化。
（６）料盘的转移和压淬后的工件清洗回火等工 序 ，全 部 实 现 自 动 化 。
为了克服以上缺点，欧洲一些公司推出了全自 动渗碳压淬生产线。该生产线的关键部件是采用滑 动式大炉门和固定小炉门组成的保温室。为提高生 产效率，工件在炉内为层垛式摆放，逐个从保温室 取出。多层摆放的工件在保温室不动，取料机械手 和小炉门二者的中心随工件的取出而移动，先是大 炉门上滑动，使其上的小炉门对准上层待取的工件 中心，然后打开小炉门通过机械手取出工件，接着 依次取出至最底层的工件后一个周期完成。为了保 证炉子的密封性，大炉门及其滑动副需要磨加工， 加工难度大，成本高，同时在长期运行过程中，大 炉门受热膨胀变形，间隙增大造成炉气外泄，密封 效果差，碳势变化大，直接影响工件的淬火质量。
表面硬度：淬火后回火前 ≥６３．５ＨＲＣ
６４．４ ０．３
回火后
６ ０ Ｈ Ｒ Ｃ ￣ ６ ２ Ｈ Ｒ Ｃ ６１．２ ０．３
碳分布Ｃｓ（表面）
０．７７±０．０５％ Ｃ ０．８ ０．０１３
Ｄ４０
≥０．８ｍｍ
０．８２ ０．０１３
Ｃ５５０ＨＫ Ｈ ＭＡＸ 内氧化
≥０．３５％Ｃ ０．７０±０．０５％Ｃ ≤１５µｍ
作者简介： 石康才（１９３９．１０－），男，陕西西安人，教授级高级工程师，享受国务院津贴专家，中国热处理
学会荣誉理事，曾参与《热处理手册》、《金属热处理缺陷分析案例》、《材料热处理工程师资
格考试指导书》等著作的编写工作，发表论文 ２ ０ 余篇，担任《金属热处理》、《材料热处理
学报》等刊物的高级顾问、编委等职务。联系电话：０１０－６０７７４３４２
国内有些厂家也曾作过类似滑动门式的结构，后因 使用中炉门变形磨损，密封不好而未能实现。这一 问题已成为业界需要解决的难题。
爱协林公司开发一种具有料盘升降及侧出料装 置的保温室，其结构原理图如图３ 所示。
图３ 料盘升降及侧出料装置的保温室 Ｆｉｇ．３ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｗｉｔｈ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｂｕｃｋｅｔ