汇森密封箱式多用炉生产线的概述

密封箱式可控气氛多用炉

前言：

热处理渗碳设备发展到现在，大家都希望能够使用到采用新能源、新工艺制造的高端热处理设备来满足要求越来越高的市场标准；而密封箱式多用炉就成为首选，密封箱式多用炉是目前世界热处理工业主要先进炉型之一，是集现代化机械制造、材料、电气自动化控制等多项技术于一身的具有高科技含量的热处理设备，以其零件热处理环境密封、气氛易于实现精确控制、工艺灵活可变和产品适应性好而得到了非常广泛的应用。可以完成直淬（直接入油槽淬火）、马鞍形工艺淬火（在前室缓冷后重新二次加热淬火）、缓冷（渗碳后缓冷）等工艺过程，通过不同的配置，组成多种形式的生产线，能够完成多种形式的热处理工艺过程。具体在选择多用炉生产厂家时，就必须从设备的可靠性、先进性、价格来考虑；而设备的总成本实际由五部分组成：设备采办费、设备运行费、设备维修费、设备停工费、热处理失效处理费。为此，以设备安全可靠、产品高质量，工艺运行智能化，生产低成本为前提，我们经过多次调研、考察，最后选择了上海汇森益发公司制造的一条多用炉生产线。

一、汇森可控气氛多用炉具有以下结构特点：

图1 汇森可控气氛多用炉结构

1、加热室循环系统

炉内搅拌风扇和导流马弗的设计对渗碳气氛和炉温均匀性有着极其重要的作用，该炉型采用顶置式离心风扇结合一套组合式碳化硅导流马弗，驱使炉内气体按一定方向强制循环流动，经炉底、料盘空隙均匀的通过零件，以加速热流的对流，这对于炉内的温度和气氛均匀性，缩短炉膛温度恢复时间，强化零件加热，防止零件由于加热不均匀所带来的变形有着重要的重要。根据炉膛尺寸、气氛循环量等参数确定叶轮尺寸、叶轮转速等参

数，转速太低容易导致装料不均匀时，工作区内出现盲区，为保证风机高速旋转下的使用寿命，汇森采用了德国进口的转速1500r/min双速风扇电机，法国AFE公司风叶，瑞典SKF轴承，且轴承采用循环水冷却。

图2 导流马弗板图3 温度、气氛循环示意图

2、炉底板

汇森多用炉采用了高承载的平底碳化硅炉底板，大大减少料盘的变形和损耗，延长其寿命，且大多数装料情况下可省去料盘，直接使用料筐装载工件；

3、炉内加热元件

炉内加热元件的选择和布置是影响炉温与气氛均匀性的一个重要因素，汇森多用炉加热室内配有8支燃气辐射管加热器，由智能化调节阀控制燃气通断时间从而控制加热功率，以精确控制炉内温度；

4、温度控制的设计

选择高精度的控温仪表，正确的确定热电偶的位置，对控制炉膛温度、保证炉温均匀性具有重要意义，汇森公司采用了英国欧陆的3504双通道温控仪，热电偶布置采用了科学的布置方式，加热室共有4支热电偶，分别是主控偶、工作区超温报警偶、安全温度报警偶、油冷炉壁温度监控热电偶；其中，主控偶、超温报警偶、安全温度报警偶安装在马弗板内测的工作区，可以准确的检测控制工作区的温度情况，安全温度报警偶用于监测炉温低于安全温度750度时报警，切断供气，防止可燃气体在炉内爆燃，这样的布置方式，有效保证了炉内温度的均匀性控制。

5、气动驱动系统

迅速且平稳可靠的气动驱动系统，保证了前门、中门、后门和淬火升降台的可靠运行；气动驱动的优点：运行平稳，驱动介质不会被压缩；速度调节简单方便；在炉内气氛意外爆燃时，可实现柔性缓冲；无需担忧出现机械故障；停电时也能动作，有效降低安全隐患。

6、缓冷功能

淬火室顶部装有二台循环冷却风扇，炉壁配有气氛导流罩，使气氛沿炉壁循环，热量由淬火室外壁的冷却水（或油）带走；淬火室左右两边及顶部外壁均布有油冷管道，对淬火室实行有效的冷却；

7、料盘传送推崇“推料”设计理念

加热室出料采用独特冷、热链推料结构，炉内被高温加热的炉链部分在推料时不受力，由炉底链盒中未被加热的冷链部分负责推料，使整个炉链经久耐用；淬火室进料采用平板推料机构+离合机构，进料车推料机构，采用后抱式拉料机构。以上推料结构的设计，避免了传统钩拉料盘传送方式的脱钩等风险。

8、油槽特点

在保证工件硬度均匀性及减少零件变形方面，从以往的单纯降低冷却速度发展到致力于提高冷却均匀性，淬火槽配置变频调速强力搅拌器，管状加热器、大功率油泵及风冷换热器等设施，设计重视淬火槽流场、强调淬火槽温度均匀性。考虑到国内客户在使用多用炉时，装载量较大，且容易出现超装的情况，特别针对这一情况，汇森公司从深度方向加大了油槽容积设计（相对于在长度方向增加油槽容积的设计，油槽高度的增加，更有利于提高搅拌的烈度），增加了油槽储油量，配合变频控制的油搅拌器和大流量循环油泵、冷却换热器的使用，控制淬火时淬火油的温度变化，满足工件淬火的工艺要求，取得了良好的使用效果。左右共四台对称的淬火油槽搅拌器，使冷却更加均匀，通过PLC系统，并且可使淬火油由上向下或由下向上循环，为适应不同的工作淬火工艺，油搅拌电机采用变频调速方式，针对不同工件、不同的淬火工艺，可选择使用不同的搅拌速度，以取得更好的使用效果。

图4 油槽结构简图 图5 淬火油搅拌循环示意图

9、渗碳保护气氛方案

“直渗式”渗碳工艺自上世纪七十年代推出以来，经过众多用户的生产实践，已证明该工艺成熟、可靠。与传统的吸热式气氛或氮-甲醇气氛相比，“直渗式” 工艺具有以下突出优点：节省原料气，最多可节省90%；设备简单，投资少，不需要另配吸热气氛发生器，制氮机等；节约能源，减少辅助设备，占地小；避免了由于发生器或制氮机的故障而造成停炉；气氛调节快.

直渗式气氛的原理：根据炉膛尺寸，将一定量的渗碳介质通入炉内，碳控系统将氧探头实测的炉内碳势与工艺设定值相比较，根据其差值自动调节空气的加入量以升高或

降低碳势，即：当碳势值超过设定值时空气调节阀将自动开启并通入空气，当碳势值低于设定值时空气调节阀将自动关闭空气。在这个过程中通过空气微量调节阀自动调节空气流量，而保持渗碳介质不变，来达到炉内碳势的平衡，实现均匀可靠的碳势的控制。由计算机控制的、具有自适应功能，能自动补偿工艺执行过程中出现的多种偏差、自诊断功能，从而实现多种热处理工艺方法。直渗式气氛适用于各类汽车零件，摩托车零件，各类传动件的渗碳淬火，光亮淬火，调质处理等；由于直渗式气氛由来自空气的免费氮气填充炉膛,并且采用低炉压工艺，所以原料气消耗极低，给用户带来明显的经济效益。下表为3种渗碳介质的运行成本对比。

SHQF-2/2号炉型：装炉 1000 公斤；炉膛有效尺寸：1220×760×760mm； 年工作时间按 6,480小时计算

原料气参考价格：氮气（自备制氮机）：1.0元/立方米；甲醇：3.0元/升；丙烷：10.0元/公斤

滴注式氮一甲醇直渗气氛

氮气小时耗量 —— 3.0 立方米/小时——

氮气年耗量—— 19,440 立方米/年——

氮气年成本—— 19,440 元/年——

甲醇小时耗量 4.5升/小时 4.5升/小时——

升/年——

升/年 29,160

甲醇年耗量 29,160

甲醇年成本87,480 元/年87,480 元/年——

丙烷小时耗量0.5公斤/小时0.5 公斤/小时0.8 公斤/小时

丙烷年耗量 3,240

公斤/年5,184 公斤/年

公斤/年 3,240

丙烷年成本32,400 元/年32,400 元/年51,840 元/年

元/年51,840 元/年

年耗气总成本119,880 元/年 139,320

10、智能化

汇森公司采用高度柔性化、智能化的综合控制和管理系统于多用炉生产线，设备操作者仅需将待处理的工件数量、要求输入计算机，整套设备将自行处理出高质量的产品。

对炉气进行及时的自动测量与控制对获得优良、稳定、重现性好的热处理结果是至关重要的。渗碳控制软件选择德国Carb-o-MultiCon计算机专家渗碳控制软件，用于对多用炉生产线中各多用炉实行温度和碳势的集成控制，可对整个热处理工艺过程实现模拟、测量、控制、记录和归档，适用于各种渗碳气氛，如吸热式气氛、氮-甲醇气氛或直渗式气氛。控制系统采用模块化设计，软件可按不同的用户需求和不同的设备来配置。

炉气中的氧势由安装在炉内的氧探头测定，其与温度一起可以对炉内气氛进行控制。

整个热处理工艺过程均可在本系统中编程和模拟，同时包括输入淬火程序的特定参数，如油温、淬火时间、快速搅拌时间、搅拌方向、气冷时间等。

程序非常简单，易于操作，由若干按逻辑功能分组的菜单构成，当炉子处于在线控制时，菜单允许全部并且简单地进入所有的屏幕及可利用的功能。以对话的方式输入数据，不合逻辑的输入无效，因此不要求操作者具有编程经验，软件语言为中英文可选，通过菜单操作即可随时在切换语言。