【word】氮化炉技术比较

氮化炉技术比较

技术与装备ITechnology&Equipment

氮化炉技术比较从布置方式,装炉方式,冷却方式,温控方案,氮化工艺方案及环保节

方面对氮化炉技术做了分析比较,指出了各种方案的优缺点.

文I鹿兵氮化是指在一定温度下一定介质中使氮原子渗人工件表层的热处理工艺…•该工艺可以显着提高钢铁工件的表面硬度,耐磨损

性,耐疲劳性和耐腐蚀性,在动力,机

床,石化,机械,模具等行业应用十分

广泛.国内氮化炉目前主要有井式炉,

罩式炉和卧式炉三种,本文针对不同炉

型在布置方式,冷却方式,氮化工艺及

控制策略,进行了分析比较.

布置方式比较国内氮化炉目前普遍应用的是井式炉.井式炉主要结构部件由炉壳,炉

衬,加热元件,波纹马弗,波纹导风筒,

炉盖及其它辅助设施组成,炉体布置在

地下,节约空间,但后期维护成本高.

罩式炉主要结构件部分由加热罩,内罩

及导流筒,炉台及底座,冷却罩及其它

辅助设施组成,布置于地面以上,炉体

承重能力强.卧式炉采用抽屉式装炉方

式,装炉量最大不超过 2.5 吨,但容易实现装出炉的自动化操作.由此看,不同

炉型的优缺点都比较明显,具体炉型选

择需根据使用要求具体确定.

装炉方式比较井式炉要先将模具在地面上装到料架上,再将料架整体吊装到井内.罩式

炉装炉在地面操作,只需要利用吊车或

叉车将模具一件一件吊装到料架上,然

后加盖氮化炉罩即可,装炉比井式炉简

单方便一些.卧式炉可以通过机械化手

段实现自动装出炉,仅需将工件装入或46 世界有色金属2010JuIy

吊出工作台即可,操作最简便,但辅

设施占地面积稍大.

冷却方式比较国内的井式炉主要采用随炉冷去I

方式,工件在完成氮化后停止加热和俩温,随同炉体进行自然降温,并且在

却过程没有氮气保护措施,冷却效雪

低,且在冷却过程中易发生氧化现象影响模具表面的硬度及耐磨性,降低囊

化后的模具寿命.罩式炉在冷却过程[f

首先往内罩充入氮气进行保护,然后

却风机沿切线冷却内罩,当温度降低200 C，再以冷却水采用喷淋等方式

却内罩到指定温度,冷却效率较高.才 1

同工件相同重量的情况下,井式炉需4:

小时冷却,罩式炉需10 小时冷却.卧

炉由于装炉量偏小,因此多采用充氮圭

直接冷却方式,冷却效率最高,对工仁

保护最好.

3.采用智能温度控制器

这类氮化炉的温度控制器采用微处理器数字控制,采用二自由度PID 控制规律,它能在线自动辨识系统特性,13

动进行最佳PID 参数整定,提供两段目

标值迁移功能,可满足两个目标值的13

动调整, 并具有多种自诊断和报警功能,

可根据需要将输入信号调节成多种输入形式.

通过以上分析可知,智能温度控制

器相对于其它两种控制方案具有更好的控制性能.

氮化工艺比较国内厂家主要采用控制氨分解率来进行氮化,氨分解率一般控制在20%~40%,属于输入端控制，只能控

制输入氨气的分解指标,无法控制工件

具体的氮原子吸收量,因此其控制精度

较低,氮化时容易出现氮化层深度不稳定或者氮化层硬度低等缺陷.不同的

工件重量,表面积和材质对应的氨分

解率不同,很难建立比较准确的数学

模型,主要靠经验积累来确定各项工艺参数.

罩式炉和卧式炉多采用德国stange

控制系统,采用专家系统确定工艺参数,

采用氢探头精确控制氮势,利用各种质

量流量计来控制各种工艺气体流量,可

以精确控制氮化效果,属于消耗端控制.

为了检测炉内的Kn,Ko, 在渗氮炉上安装有双管路氢氧探头.在热处理工艺

过程中,氢探头将直接检测到的氢氧气

体体积浓度输送到智能控制仪上,通过

SE607 智能控制仪内的数学模型,计算当

前的氮势和氧势,根据Kn 和Ko 设定值,

质量流量控制系统按要求的比例向炉内输入（标准状态下的）氨气质量流量,氨

分解后质量流量,空气质量流量.从而实

现动态过程Kn,Ko 值的自动控制.氮化

层深度偏差能控制在＜610%白亮层深

度在002毫米以下,氮化质量稳定.

节能性比较罩式炉分别配有加热罩和冷却罩,

技术与装备ITechnology&Equipment -曰…

各类氮化炉在炉型,运行方式,控制手段,环保节能方

面存在较大差异,氮势控制方式和废气高温裂解燃烧方

式具有较大的技术优势,在今后的技术应用中会得到逐

步推广.

在完成氮化加热保温工艺后可以将高温的加热罩吊装到另外的罩式炉上利用余

热进行加热,能最大限度地利用余热,

而井式炉受炉体结构限制无法回收利用这部分余热,因此罩式炉在节能方面大

大优于井式炉和卧式炉.

环保性比较氮化处理过程中加入的氨气无法完全消耗,因此对氮化废气的处理也非常

重要,目前在废气处理方面各炉型无严格的区分,主要处理方式有裂解燃烧和

水吸收两种方式.少量厂家采用高温裂

解燃烧的方式来处理氮化过程中产生的废气,废气燃烧系统包括点燃管,截止

阀,点火器,球阀等.点火器可通过选

择开关实现自动,手动控制,点燃用气

为民用液化气.通过燃烧炉内排出的废

气所产生的高温将炉内排出残氨分解完全,确保排人大气中