保温式活性屏离子热处理炉主体结构设计

保温式活性屏离子热处理炉主体结构设计摘要:随着社会科学的进步，人们对材料的要求越来越高，保温式活性屏离子热处理炉的结构设计是为了对炉体了材料和保温材料的改进设计选择，经过计算炉体的壁厚和保温材料层的厚度以及热处理炉的零部件加冷却功能系统的设计来达到保温效果。这套设备具有活性屏等离子渗氮炉还有离子热处理炉的双重优点，能够实现环保、节能、多功能化的生产。关键词:热处理炉;活性屏;炉体结构;1.保温式多功能离子热处理装置二十世纪后半期离子氮化的技术的广泛应用，世界各地基本上都是采用水冷式壁炉结构的离子氮化炉，虽然这种结构相对来说比较简单，但是这当中也存在许多问题难以解决，比如说大部分的热量随冷水流失，带来能源的巨大浪费和水资源的巨大浪费，还有就是炉内温度结构梯度很大从而对工件的温度测量带来巨大困难。除此之外，我们刚刚所说的这种路结构同样不适合离子氧化、离子渗硫和等离子等那些离子热处理的新技术。二十世纪末，国内外陆续出现一种新的炉体结构，这是一种外辅助形式的炉体结构，炉外电阻的加热炉温度决定了工件的温度。但是这种结构炉也有缺憾，它的结构相对比较复杂，加热的效率也不是很高，但是这种炉结构可以进行多功能的离子的热处理。在2002我们国家的青岛科技大学就成功研制出了保温式多功能离子热处理装置，引起国内重视，还获得国家的专利大奖。保温式活性屏离子热炉体结构的特点主要有以下几点:(l)保温式活性屏离子热炉内空间的温度很高:保温材料填充炉壁后,极大的提升了保温式活性屏离子热炉内的空间的温度,这不仅有利于实现大大小小的工件的混合装配，也实现了炉内温度的均匀性。这样我们可以利用空间温度的一些方法去测量和调节工件的温度，解决难以解决的诸如氮化离子测温难的问题。(2)保温式活性屏离子热炉炉体的结构相对比较简单和合理:保温式炉没有在里面安装隔热屏,和尺寸一样样式的水炉相比较，这种炉子能够增加三分之一的空间，而且炉壁避免了水的腐蚀，炉壁温度在工作时也相比较低很多，这增加了炉体的使用寿命。(3)保温式活性屏离子热炉节能效果好:保温式炉工作时让工件的温度上升很快，这大大节省了能量，提升了能效。经过多次试验测试和其他的水冷式的炉体比较，相同量的功效，用水仅一般的五分之一，用电只有一般的二分之一，节能省水效果明显。(4)保温式活性屏离子热炉具有多种功能:这种炉体结构在生产中完全可以根据各种离子的热处理来满足工艺的要求。其中，我们已经完成了对这套装置的配套，离子渗硫、离子氮化、离子软氮化加氧化、离子软氮化等这些热处理的离子工艺试验。2.保温式活性屏离子热处理炉构成保温式活性屏离子热处理炉主要部分是保温式热处理炉体、液压升降系统、冷却系统和其它一些系统组成。这套设备在工作时最高温度是650e,而它的真空极限度却小于1Pa。2.1离子热处理炉主体结构设计之炉壳材料的选择及外形的确定这套设备在工作时最高温度是650e，但是因为离子热处理炉要在此温度下长期的工作，所以在外形上我们根据要求选取离子渗氮时的最高温度在650e以下,考虑到炉体在该温度下长期工作的需要,采用了奥氏体不锈钢，因为奥氏体这种不锈钢他有很好的耐蚀性、可焊性、冷加工性、气密性、较好的高温强度性等一系列优点。我们采用的炉体是钟罩形的立体式的原因是容易制造而且高承受能力。2.2炉体尺寸的确定及壁厚的计算这套装置主要采用反应室的保温结构，保温材料在外壁覆盖。在通过保温处理后的反应室,在节能、节水、温度调节均匀性和工作生产效率等方面的效果非常显著。在保温层和反应室外壁之间设有风冷通道。2.3保温层的设计之真空系统的设计系统要怎么样配置，如何选择系统需要的尺寸，选择合适的真空泵，阀门、连接管道以及接头等等都需要有精心设计的真空系统。而真空系统重要的还是要解决有关真空梆或者有关真空机组以及工艺对对工作压力方面的抽气时间的要求这两个问题。2.3.1真空系统的组成真空设备的重要部件之一是真空室。真空设备进行工艺生产的过程都必须在真空室。真空室中包含不相同的部件，以满足各种工艺不同的要求，如真空室里面有关于蒸发金属的零件，就能蒸镀成金属薄膜；真空室中也含有加热以及感应的部件，它就是在真空冶炼中的有关真空感应式电炉等。真空泵、真空有关的测量仪表、真空有关的阀门、管道、电极有关的系统等重要部分组成了真空方面热处理炉的有关的真空系统。2.4化学热处理化学热处理是一种使其表层具有不同于心部的特殊性能的工艺。首先它是将有关工件放置于某种包含渗入元素有关的活性介质里，按照加热、恒温以及冷却的顺序，那么工件的表面层都会被渗入元素所吸附以及扩散，用来使它的化学成分及组织发生变化进而达到目的。化学热处理最显著的特点是：将固态进行扩散与渗入，从而使工件表层有关的化学成分发生变化，也就是说既改变工件表层的组织，并且会改变其化学成分，会产生渗层和基体中间的扩散层。驱动化学有关的热处理的力量叫浓度梯度。而其经过化学热处理变成变成的连续结构遵守相图，属于冶金类结合。2.5保温式活性屏离子热处理炉设计的冷却系统保温式活性屏离子热处理炉冷却系统在热处理炉结构中是很重要的一个部分。它需要密封性极佳，它的一些需要密封的部位像电极、底盘、观察窗等等都是用橡胶圈来密封处理的。而一般的橡胶圈工作时的温度要小于100e，所以在工作时要采用一些措施如局部水冷却方式降温，在为了提高整套设备的工作效率和利用率，我们一般采用处理炉炉外的冷风冷却热处理后的工件。保温间和和炉壁之间有风道，结构相对不是很复杂。工作时，当需要去冷工件时，就打开通风扇，让空气在风道中流动，在炉壁中带走热量，从而实现工件冷却功效。风道主要是以一百毫米的距离间用五毫米不锈钢的钢丝隔缠绕在热处理炉的外面，然后焊接固定在炉子上，外面用点一八的不锈钢的钢板包覆，形成风道。2.6离子热处理炉主体保温材料的选择对于保温材料的选择，不仅要满足工艺的化学性能和物理性能，还得优先考虑材料的导热系数价格问题施工方便和密度大小等问题。我们本文设计的离子热处理炉主体保温材料主要采用一种岩棉板，它以玄武岩作为主要原材料，在高温煅烧熔解再加工成为这种无极人造纤维。这种纤维具有导热系数很小、价格很便宜，施工非常方便、吸声性也很好、化学性质稳定、燃等众多优点。3应用热处理炉炉内的工作气压一般为400Pa,而工件飞处理温度达到540e。工件升温到保温1小时,炉壁内的实测温度是520e,工件和工件相互之间的温差也为540e,经过处理后的工件渗层均匀、无变形、参数方面基本满足工艺的技术要求。和其他的水冷式炉体比较,在相同量的功效的情况下，用水量仅为一般热处理炉结构的五分之一，而用电方面也仅仅只有一般的热处理炉的二分之一，节能省水效果非常明显。4总结保温式多功能活性屏离子热处理炉炉体的材料主要选取材料选奥氏的不锈钢,，这样它的炉体壁厚度为5mm,而且炉内设置了活性屏,热处理炉炉外设置风道与保温层方面的结构设计,这种结构合理简单。并且通过多种工艺试验的证明,在节能、节水、温度调节均匀性和工作生产效率等方面的效果非常显著。参考文献[1]赵程,孙定国,赵慧丽,等.离子氮碳共渗+离子后氧化双重复合处理的研究[J].金属热处理,2004(9):32-34.[2]韩立民.等离子热处理[M].天津:天津大学出版社,1997:94-113.[4]真空设计手册6编写组.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社,1979:370-374.[5]国家技术监督局.GB4272-1992设备及管道保温技术通则[6].北京:中国标准出版社,1992.