一種節(jié)能離子滲氮爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種節(jié)能離子滲氮爐，包括帶冷卻水夾層的上爐體筒體、圓形底座、陰極盤、陰極盤下的真空抽氣管道、固定在陰極盤上的測溫裝置，在上爐體筒體的內(nèi)側(cè)及圓形底座上面設(shè)有保溫層，10-500kw爐子的保溫層厚度為2-28cm，上爐體筒體內(nèi)側(cè)的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼筒體，圓形底座上面的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼板。鋼筒體和鋼板將保溫層內(nèi)不流動(dòng)的爐氣與爐內(nèi)流動(dòng)氣體相隔。保溫層內(nèi)的氣體進(jìn)入管從爐體底部伸到頂部，在爐體頂部穿過保溫層通過均勻布?xì)夤苓M(jìn)入爐內(nèi)。本發(fā)明同時(shí)還解決了爐內(nèi)溫度不均、耗電多、測溫不準(zhǔn)的難題，使?jié)B氮層均勻一致，滲氮質(zhì)量大大提高。
【專利說明】一種節(jié)能離子滲氮爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱處理設(shè)備，特別涉及一種節(jié)能離子滲氮爐，屬于材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]離子滲氮爐的工作原理為真空爐內(nèi)通入含氮、氫的氣體，工作壓力在133Pa~1330Pa之間，屬超低真空爐。被處理工件置于陰極盤上或吊裝在陰極上，接通電源，使電壓逐漸升高，當(dāng)電壓超過氣體著火電壓后，兩極間的稀薄氣體電離，并在工件表面產(chǎn)生輝光放電，工作時(shí)輝光層一般控制在3~5_。被電離的氮、氫等正離子以極大動(dòng)能沖擊工件表面，把工件加熱到所需溫度，同時(shí)氮離子在工件表面產(chǎn)生復(fù)合、化學(xué)反應(yīng)和吸附、擴(kuò)散的物理化學(xué)過程，比較快的形成滲氮層。離子滲氮比氣體滲氮有明顯的優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)周期短，滲層性能優(yōu)良(硬度高、耐磨、耐蝕)，環(huán)保節(jié)能，工件表面銀光閃閃，工件變形小。
[0003]現(xiàn)有的離子滲氮爐多是由真空放電爐體和電控系統(tǒng)組成的先進(jìn)熱處理設(shè)備。真空放電爐體由圓形底座和鐘罩式上爐體兩大部分組成。底座上的圓盤有雙層鋼板焊成密封式，中間通冷卻水。圓盤邊緣車有凹槽，槽中放硅橡膠密封圈如圖1示。圓盤上放3個(gè)絕緣柱，3個(gè)絕緣柱支撐圓環(huán)鋼板加工成的陰極盤，工件放置于陰極盤上。電源的陰極通過底座上的絕緣柱用螺桿固定在陰極盤上。熱電偶通過絕緣的石英管固定在陰極盤上，頭部再套一個(gè)鋼制測溫頭。上爐體為陽極，由雙層鋼板焊在圓環(huán)上，雙層板間通冷卻水。上爐體上設(shè)有上、中、下3個(gè)觀察孔，功率小的爐體設(shè)兩個(gè)，觀察孔中間有兩層耐熱的鋼化玻璃，加聚四氟乙烯密封圈密封，頭部用帶絲扣的環(huán)狀螺圈擰緊固定。爐體底部有真空管道閥門和二臺(tái)真空泵連接。爐體頂部或底部有進(jìn)氣管道。這種爐體結(jié)構(gòu)爐內(nèi)無任何保溫措施，能耗太大，為解決這一問題電爐生產(chǎn)廠家在爐體內(nèi)又加了一層或二層隔熱屏，隔熱屏上也有相同數(shù)目觀察孔，氣體可在隔熱屏和鐘罩間流動(dòng)。
[0004]這種結(jié)構(gòu)目前存在的主要技術(shù)問題是:其一，上部進(jìn)氣管與下部的抽真空管同處于真空爐體內(nèi)，氣體流動(dòng)明顯，使對(duì)流傳熱增強(qiáng)，因此爐屬低溫爐，又是超低真空爐，爐內(nèi)應(yīng)以對(duì)流傳熱為主，因此隔熱屏的作用不大，耗電量大。其二，測溫主要靠人目測(因工件溫度在550~560°C在暗處觀看時(shí)剛由黑發(fā)暗紅色)，儀表溫度僅作參考，測溫不準(zhǔn)。其三，此爐屬超低真空爐且是動(dòng)平衡下的真空，爐內(nèi)75%是導(dǎo)熱能力極強(qiáng)的氫氣，雖加隔熱屏，但爐內(nèi)溫差仍然很大，爐溫不均，通過金相分析發(fā)現(xiàn)，被處理的長桿件上、中、下各部，較小工件的上、下、左、右滲氮層厚度很不均勻。
[0005]發(fā)明人從事熱處理設(shè)備教學(xué)多年，革新、改造多臺(tái)實(shí)驗(yàn)室、大型企業(yè)用離子滲氮爐并進(jìn)行大量試驗(yàn)。此爐是集多學(xué)科于一體的綜合爐體，有兩大特征:其一，工件表面積起電熱元件作用，且保溫時(shí)需連續(xù)供電，工件表面功率> 0.2~0.3W/cm2，表面電流密度≤0.3mA/cm2。其二，爐內(nèi)有75 %以上的導(dǎo)熱能力極強(qiáng)的氫氣，爐內(nèi)氣體由流量計(jì)不停地輸入，又被真空泵不停地排出，是屬動(dòng)平衡下的超低真空體。以上兩點(diǎn)證明此爐必須加保溫層，且要精確計(jì)算出保溫層的厚度。電阻爐保溫層越厚，溫度場越均勻、節(jié)電，一般厚在300mm~500mm。而離子滲氮爐不但要有保溫層,而且還要滿足工件保溫時(shí)的表面功率和表面電流密度的最低要求。若保溫層過厚，離子轟擊的能量不夠，影響滲氮質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服上述不足，提供一種節(jié)能離子滲氮爐。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種節(jié)能離子滲氮爐，包括帶冷卻水夾層的上爐體筒體、圓形底座、陰極盤、陰極盤下的真空抽氣管道、固定在陰極盤的測溫裝置，在上爐體筒體的內(nèi)側(cè)及圓形底座上面設(shè)有保溫層，上爐體筒體內(nèi)側(cè)的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼筒體，保溫層中耐火材料纏在鋼筒體外側(cè)，鋼筒體內(nèi)側(cè)為陽極，圓形底座上面的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼板，鋼筒體和鋼板將保溫層內(nèi)不流動(dòng)的爐氣與爐內(nèi)氣體相隔，保溫層內(nèi)的氣體進(jìn)入管從爐體底部伸到頂部，在爐體頂部穿過保溫層通過均勻布?xì)夤苓M(jìn)入爐內(nèi)，10-500kw的爐子保溫層厚2-28cm。
[0009]爐子的測溫裝置包括凱裝熱電偶，熱電偶外部套著石英管，石英管的外部套有測溫頭，測溫頭中心頂部有盲孔(沒鉆透的孔)，石英管與熱電偶頂部融為一體，并與測溫頭頂部孔部位緊密貼在一起，無氣體隔斷，測溫頭厚度與工件的有效厚度一致，測溫頭高度與工件一致或成比例，保證與工件同溫。均勻布?xì)夤馨ㄅc氣體進(jìn)入管頂端連接的三通管，三通管連接兩直管，每個(gè)直管連著一個(gè)弧形管，兩個(gè)弧形管圍成近圓形，弧形管上布有向爐內(nèi)中心方向的出氣孔。
[0010]上爐體的保溫層上設(shè)有觀察孔和觀察孔密封裝置，防止?fàn)t內(nèi)流動(dòng)的氣體進(jìn)入保溫層內(nèi)。 [0011]上爐體的觀察孔與保溫層的觀察孔相對(duì)應(yīng)。圓形底座上的保溫層由圓形鋼板和保溫材料、不流動(dòng)的氣體組成，也與爐內(nèi)流動(dòng)氣體隔斷。
[0012]本發(fā)明依據(jù)傳熱學(xué)公式
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能離子滲氮爐，包括帶冷卻水夾層的上爐體筒體、圓形底座、陰極盤、陰極盤下的真空抽氣管道、固定在陰極盤的測溫裝置，其特征是，在上爐體筒體的內(nèi)側(cè)及圓形底座上面設(shè)有保溫層，上爐體筒體內(nèi)側(cè)的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼筒體，保溫層中耐火材料纏在鋼筒體外側(cè)，鋼筒體內(nèi)側(cè)為陽極，圓形底座上面的保溫層包括不流動(dòng)的爐氣、耐火材料和鋼板，鋼筒體和鋼板將保溫層內(nèi)不流動(dòng)的爐氣與爐內(nèi)氣體相隔，保溫層內(nèi)的氣體進(jìn)入管從爐體底部伸到頂部，在爐體頂部穿過保溫層通過均勻布?xì)夤苓M(jìn)入爐內(nèi)，10-500kw的爐子保溫層厚2-28cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能離子滲氮爐，其特征是，測溫裝置包括熱電偶，熱電偶外部套著石英管，石英管的外部套有測溫頭，測溫頭頂部中心設(shè)有盲孔，石英管與熱電偶頂部融為一體，并與測溫頭頂部中心孔緊密貼在一起，無氣體隔斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種節(jié)能離子滲氮爐，其特征是，測溫頭厚度與工件有效厚度一致、與工件高度一致或與工件高度成比例，保證與工件同溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能離子滲氮爐，其特征是，所述均勻布?xì)夤馨ㄅc氣體進(jìn)入管頂端連接的三通管，三通管連接兩直管，每個(gè)直管連著一個(gè)弧形管，兩個(gè)弧形管圍成近圓形，弧形管上布有向爐內(nèi)中心方向的出氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能離子滲氮爐，其特征是，保溫層上設(shè)有觀察孔，此孔與爐體的觀察孔相對(duì)應(yīng)， 用耐熱玻璃和耐熱密封墊固定在鋼筒體上，保證上爐體保溫層與爐內(nèi)流動(dòng)氣體隔斷。
【文檔編號(hào)】C23C8/36GK103614689SQ201310697318
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】高春英, 高蕊, 莊光山, 孫玉璞 申請(qǐng)人:高春英, 高蕊, 莊光山