技术领域
[0001] 本
发明涉及一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉及其热处理工艺,尤其涉及一种封闭式、模
块化、全自动化的零件天然气加热式炉及其热处理工艺。
背景技术
[0002] 现有的零件热处理炉一般为井式气体渗
碳真空炉、渗氮炉,冷却时产品需先吊出炉外再进入冷却模块,产品吊出炉外的过程中产品表面易
氧化、
脱碳,形成非
马,产品易
变形,油易起火,具有一定的安全隐患;另外,现有的零件热处理炉功能单一,只能进行
渗碳、渗氮、
碳氮共渗或只能进行渗金属或只能进行渗
硼、渗钨、硼钨共渗,不能够根据渗剂的不同选择不同工艺及加热
温度,从而实现一个零件热处理炉同时具备调质、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、
渗硼、渗钨、硼钨共渗等各种功能;再者,现有的零件热处理炉一般规格较小,处理零件的最大尺寸为零件直径0.6m,长度6m;最后,现有的零件热处理炉存在自动化程度低,工段连续性差,电加热
能源利用率低,废气
排放量大污染环境等问题。
[0003] 本发明的特大型多功能天然气节能零件热处理炉采用全封闭式、模块化、全自动的设计方式,渗透工艺不必出炉,避免了空气氧化、脱碳、变形等问题,冷却时油亦不会溅出,保证产品
质量及操作安全性;另外,本发明为多功能型零件热处理炉,同时具备渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、渗硼、渗钨和硼钨共渗功能,根据不同零件选择不同工艺,即本发明可热处理不同材质的零件;再者,本发明为特大型零件热处理炉,可进行大型零件(直径1m,长度8m)的热处理;最后,本发明使用天然气为热源,取代了传统的电加热方式,节能
35%且零排放,环保,自循环且车间排放整齐、美观、便于操作。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是,采用天然气节能全自动生产线,提供一种全封闭式、模块化、全自动化、安全无污染的特大型多功能天然气节能零件热处理炉及其热处理工艺。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉,其特征在于:包括:依次横向连接的进料模块、渗透模块、冷却模块、清洗模块、回火模块和出料模块,各模块均设置有传送装置且相邻模块间设置有移
门,所述冷却模块和所述清洗模块均包括容纳层、功能层和用于下降零件至所述功能层及托起零件至所述容纳层的升降装置,所述容纳层和所述功能层长宽高均相等,所述容纳层与所述进料模块、渗透模块、回火模块和出料模块等高且
水平连接;
各模块具有以下功能:
进料模块:用于零件的存储、清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
渗透模块:为抗渗保温模块,支持对零件进行调质、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗钨、渗硼、钨硼共渗和渗金属,根据不同材质的零件选择不同渗剂及加热温度,渗透完成后传送至冷却模块;
冷却模块:用于零件的快速冷却降温,冷却介质为冷却油或空气或液氮,冷却后零件的硬度、耐
腐蚀性及
耐磨性得到提高,冷却后将零件传送至清洗模块;所述冷却模块设置有用于保证冷却介质温度恒定的内循环冷却装置和用于搅拌冷却介质使零件冷却均匀的搅拌装置;
清洗模块:用于洗去零件上的冷却介质及杂质,清洗介质为水,清洗完成后传送至回火模块;
回火模块:包括用于零件的一次加热的第一回火模块及用于零件的二次加热的第二回火模块,回火后使零件的硬度、耐磨性及耐疲劳性得到大幅度提高,完成后传送至出料模块;
出料模块:用于零件的存储、清洁、干燥和
抛光,获得成品。
[0006] 所述渗透模块设置有用于调节进气量的第一调节
阀和第二调节阀、若干加热元件、用于密封移门的密封装置、用于保证渗剂气氛
对流的吹气装置、用于控制渗剂浓度的监控装置和排气阀,所述渗透模块长度大于8m,宽度大于6m,高度大于1m。
[0007] 所述加热元件的加热源为天然气,加热元件上下两层均匀排布,所述密封装置为天然气
气动密封门,天然气作封门气,所述监控装置为氧
探头、碳控仪和氮控仪。
[0008] 所述冷却模块的功能层填充冷却介质,冷却介质为冷却油或空气或液氮,所述冷却模块设置有用于保证冷却介质温度恒定的内循环冷却装置和用于搅拌冷却介质使零件冷却均匀的搅拌装置,所述冷却模块长度大于8m,宽度大于6m,高度大于2m。
[0009] 所述清洗模块的功能层为水层,所述清洗模块长度大于8m,宽度大于6m,高度大于2m。
[0010] 所述回火模块包括用于一次加热的第一回火模块和用于二次加热的第二回火模块,所述回火模块长度大于8m,宽度大于13m,高度大于1m。
[0011] 所述进料模块上下均设置有均匀排布的若干天然气加
热管和用于除锈
去污的清洁装置,所述进料模块长度大于8m,宽度大于5.5m,高度大于1m。
[0012] 所述出料模块上下均设置有均匀排布的若干天然气加热管和用于使零件表面光洁的抛光装置,所述出料模块长度大于8m,宽度大于5.5m,高度大于1m。
[0013] 所述零件热处理炉还包括控制系统,所述控制系统为天然气全自动控制安全系统,所述控制系统包括计算机、PLC和应用PID进行调节控制的监控仪表,所述监控仪表显示有炉内碳热温度、压
力和火色并支持199种工艺参数的设置。
[0014] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗碳热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:41)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
42)渗碳:该步骤包括升温、强排、强渗、扩散、降温和等温步骤;升温4h达900~940℃后保温,排气50~70min后进行强渗,强渗速度为0.30~0.34mm/h,强渗时间为7.5~8.75h,渗碳剂为丙烷和甲烷,渗透模块内确保碳气氛对流并使用氧探头和碳控仪有效控制碳浓度,强渗完成后扩散2.8~3.3h,扩散完成后降温至860~900℃,保温至少1h,获得渗碳层厚度达
2.4~2.8mm的零件,保温完成后送至冷却模块;
43)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,该渗碳热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗碳速度,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0015] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗氮热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:51)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
52)渗氮:该步骤包括升温,强排,渗氮和扩散步骤;升温3h达580~650℃后保温,排气
50~70min后进行渗氮,渗氮速度为0.01mm/h,渗氮时间为60h,渗氮剂为
氨气,渗透模块内确保氮气氛对流并使用氧探头和氮控仪有效控制氮浓度,渗氮完成后扩散2h,扩散完成后送至冷却模块;
53)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却时采用冷却油冷却或液氮冷却,冷却至
180~230℃,该渗氮热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗氮速度,减少了渗氮时间,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0016] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的调质热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:61)加热:将零件传送至渗透模块,根据不同材质的零件选择不同加热温度,材质为中
合金钢的零件加热温度为860~900℃,材质为高
合金钢的零件加热温度为830~860℃,保温完成后进入冷却模块;
62)冷却:根据不同材质的零件选择不同冷却温度,材质为中合金钢的零件需保证冷却油
温度控制在90℃以内,材质为
高合金钢的零件需保证冷却油温度控制在50℃以内,冷却时间为3mm/秒,冷却完成后进入回火模块;
63)回火:根据零件的不同用途选择不同的回火次数,对
碳钢及合金钢零件进行一次回火,对模具钢零件进行二次回火;
64)出料:进入出料模块,进行喷淋和烘干工艺,以去除回火脆性区,保证调质后的零件的硬度。
[0017] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗钨热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:71)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
72)渗钨:该步骤包括升温和渗钨步骤;升温5h达1000~1100℃后保温,进行渗钨,渗钨速度为0.01mm/h,渗钨时间为10~60h,渗钨剂为钨条,将钨条平行排列在炉底,外接离子辉光装置,渗钨完成后送至冷却模块;
73)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却.
一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗硼热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:
81)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
82)渗硼:该步骤包括升温和渗硼步骤;升温5h达950~1050℃后保温,进行渗硼,渗硼速度为0.03mm/h,渗硼时间为10~30h,渗硼剂为硼砂,将硼砂均匀分布在炉底,渗硼完成后送至冷却模块;
83)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却。
[0018] 本发明提供的特大型多功能天然气节能零件热处理炉,采用全封闭式模块化设计并配备实时监控、分析的控制系统,实现了零件热处理炉的高度自动化、保证工段连续性、安全性及产品质量,渗透工艺不必出炉,避免了空气氧化、脱碳、变形等问题,油亦不会溅出,保证操作的安全性,另外,加热源为天然气,冷却模块的内循环冷却装置使
能量利用率高,该特大型多功能天然气节能零件热处理炉节能35%、环保,零排放、自循环且车间排放整齐、美观、便于操作。
附图说明
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0021]
实施例1:如图1所示,一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉,其特征在于:包括:依次横向连接的进料模块、渗透模块、冷却模块、清洗模块、回火模块和出料模块,各模块均设置有传送装置且相邻模块间设置有移门1,所述冷却模块和所述清洗模块均包括容纳层2、功能层3和用于下降零件至所述功能层3及托起零件至所述容纳层2的升降装置4,所述容纳层2和所述功能层3长宽高均相等,所述容纳层2与所述进料模块、渗透模块、回火模块和出料模块等高且水平连接;
各模块具有以下功能:
进料模块:用于零件的存储、清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
渗透模块:为抗渗保温模块,支持对零件进行调质、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗钨、渗硼、钨硼共渗和渗金属,根据不同材质的零件选择不同渗剂及加热温度,渗透完成后传送至冷却模块;
冷却模块:用于零件的快速冷却降温,冷却介质为冷却油或空气或液氮,冷却后零件的硬度、
耐腐蚀性及耐磨性得到提高,冷却后将零件传送至清洗模块;所述冷却模块设置有用于保证冷却介质温度恒定的内循环冷却装置和用于搅拌冷却介质使零件冷却均匀的搅拌装置;
清洗模块:用于洗去零件上的冷却介质及杂质,清洗介质为水,清洗完成后传送至回火模块;
回火模块:包括用于零件的一次加热的第一回火模块7及用于零件的二次加热的第二回火模块8,回火后使零件的硬度、耐磨性及耐疲劳性得到大幅度提高,完成后传送至出料模块;
出料模块:用于零件的存储、清洁、干燥和抛光,获得成品。
[0022] 所述渗透模块设置有用于调节进气量的第一调节阀5和第二调节阀6、若干加热元件、用于密封移门1的密封装置、用于保证渗剂气氛对流的吹气装置、用于控制渗剂浓度的监控装置和排气阀。
[0023] 所述加热元件的加热源为天然气,加热元件上下两层均匀排布,所述密封装置为天然气气动密封门,天然气作封门气,所述监控装置为氧探头、碳控仪和氮控仪。
[0024] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗碳热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:41)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
42)渗碳:该步骤包括升温、强排、强渗、扩散、降温和等温步骤;升温4h达900℃后保温,排气50min后进行强渗,强渗速度为0.30mm/h,强渗时间为7.5h,渗碳剂为丙烷和甲烷,渗透模块内确保碳气氛对流并使用氧探头和碳控仪有效控制碳浓度,强渗完成后扩散
2.8h,扩散完成后降温至860℃,保温至少1h,获得渗碳层厚度达2.4的零件,保温完成后送至冷却模块;
43)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,该渗碳热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗碳速度,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0025] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗氮热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:51)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
52)渗氮:该步骤包括升温,强排,渗氮和扩散步骤;升温3h达580℃后保温,排气
50min后进行渗氮,渗氮速度为0.01mm/h,渗氮时间为60h,渗氮剂为氨气,渗透模块内确保氮气氛对流并使用氧探头和氮控仪有效控制氮浓度,渗氮完成后扩散2h,扩散完成后送至冷却模块;
53)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却时采用冷却油冷却或液氮冷却,冷却至
180℃,该渗氮热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗氮速度,减少了渗氮时间,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0026] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的调质热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:61)加热:将零件传送至渗透模块,根据不同材质的零件选择不同加热温度,材质为中合金钢的零件加热温度为860℃,材质为高合金钢的零件加热温度为830℃,保温完成后进入冷却模块;
62)冷却:根据不同材质的零件选择不同冷却温度,材质为中合金钢的零件需保证冷却油温度控制在90℃以内,材质为高合金钢的零件需保证冷却油温度控制在50℃以内,冷却时间为3mm/秒,冷却完成后进入回火模块;
63)回火:根据零件的不同用途选择不同的回火次数,对碳钢及合金钢零件进行一次回火,对模具钢零件进行二次回火;
64)出料:进入出料模块,进行喷淋和烘干工艺,以去除回火脆性区,保证调质后的零件的硬度。
[0027] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗钨热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:71)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
72)渗钨:该步骤包括升温和渗钨步骤;升温5h达1000℃后保温,进行渗钨,渗钨速度为0.01mm/h,时间为10h,渗钨剂为钨条,将钨条平行排列在炉底,外接离子辉光装置,渗钨完成后送至冷却模块;
73)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却.
一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗硼热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:
81)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
82)渗硼:该步骤包括升温和渗硼步骤;升温5h达950℃后保温,进行渗硼,渗硼速度为
0.03mm/h,时间为10h,渗硼剂为硼砂,将硼砂均匀分布在炉底,渗硼完成后送至冷却模块;
83)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却。
[0028] 实施例2:如图1所示,一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉,其特征在于:包括:依次横向连接的进料模块、渗透模块、冷却模块、清洗模块、回火模块和出料模块,各模块均设置有传送装置且相邻模块间设置有移门1,所述冷却模块和所述清洗模块均包括容纳层2、功能层3和用于下降零件至所述功能层3及托起零件至所述容纳层2的升降装置4,所述容纳层2和所述功能层3长宽高均相等,所述容纳层2与所述进料模块、渗透模块、回火模块和出料模块等高且水平连接;
各模块具有以下功能:
进料模块:用于零件的存储、清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
渗透模块:为抗渗保温模块,支持对零件进行调质、渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗钨、渗硼、钨硼共渗和渗金属,根据不同材质的零件选择不同渗剂及加热温度,渗透完成后传送至冷却模块;
冷却模块:用于零件的快速冷却降温,冷却介质为冷却油或空气或液氮,冷却后零件的硬度、耐腐蚀性及耐磨性得到提高,冷却后将零件传送至清洗模块;所述冷却模块设置有用于保证冷却介质温度恒定的内循环冷却装置和用于搅拌冷却介质使零件冷却均匀的搅拌装置;
清洗模块:用于洗去零件上的冷却介质及杂质,清洗介质为水,清洗完成后传送至回火模块;
回火模块:包括用于零件的一次加热的第一回火模块7及用于零件的二次加热的第二回火模块8,回火后使零件的硬度、耐磨性及耐疲劳性得到大幅度提高,完成后传送至出料模块;
出料模块:用于零件的存储、清洁、干燥和抛光,获得成品。
[0029] 所述渗透模块设置有用于调节进气量的第一调节阀5和第二调节阀6、若干加热元件、用于密封移门1的密封装置、用于保证渗剂气氛对流的吹气装置、用于控制渗剂浓度的监控装置和排气阀。
[0030] 所述加热元件的加热源为天然气,加热元件上下两层均匀排布,所述密封装置为天然气气动密封门,天然气作封门气,所述监控装置为氧探头、碳控仪和氮控仪。
[0031] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗碳热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:41)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
42)渗碳:该步骤包括升温、强排、强渗、扩散、降温和等温步骤;升温4h达940℃后保温,排气70min后进行强渗,强渗速度为0.34mm/h,强渗时间为8.75h,渗碳剂为丙烷和甲烷,渗透模块内确保碳气氛对流并使用氧探头和碳控仪有效控制碳浓度,强渗完成后扩散
3.3h,扩散完成后降温至900℃,保温至少1h,获得渗碳层厚度达2.8mm的零件,保温完成后送至冷却模块;
43)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,该渗碳热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗碳速度,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0032] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗氮热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:51)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
52)渗氮:该步骤包括升温,强排,渗氮和扩散步骤;升温3h达650℃后保温,排气
70min后进行渗氮,渗氮速度为0.01mm/h,渗氮时间为60h,渗氮剂为氨气,渗透模块内确保氮气氛对流并使用氧探头和氮控仪有效控制氮浓度,渗氮完成后扩散2h,扩散完成后送至冷却模块;
53)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却时采用冷却油冷却或液氮冷却,冷却至
230℃,该渗氮热处理工艺在控制炉内压力及渗剂的选择上提高了渗氮速度,减少了渗氮时间,比常规井式炉渗碳的速度提高30%以上。
[0033] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的调质热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:61)加热:将零件传送至渗透模块,根据不同材质的零件选择不同加热温度,材质为中合金钢的零件加热温度为900℃,材质为高合金钢的零件加热温度为860℃,保温完成后进入冷却模块;
62)冷却:根据不同材质的零件选择不同冷却温度,材质为中合金钢的零件需保证冷却油温度控制在90℃以内,材质为高合金钢的零件需保证冷却油温度控制在50℃以内,冷却时间为3mm/秒,冷却完成后进入回火模块;
63)回火:根据零件的不同用途选择不同的回火次数,对碳钢及合金钢零件进行一次回火,对模具钢零件进行二次回火;
64)出料:进入出料模块,进行喷淋和烘干工艺,以去除回火脆性区,保证调质后的零件的硬度。
[0034] 一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗钨热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:71)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
72)渗钨:该步骤包括升温和渗钨步骤;升温5h达1100℃后保温,进行渗钨,渗钨速度为0.01mm/h,时间为60h,渗钨剂为钨条,将钨条平行排列在炉底,外接离子辉光装置,渗钨完成后送至冷却模块;
73)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却.
一种特大型多功能天然气节能零件热处理炉的渗硼热处理工艺,其特征在于:包括以下工艺步骤:
81)进料:对待处理零件进行清洁和干燥,干燥完成后传送至渗透模块;
82)渗硼:该步骤包括升温和渗硼步骤;升温5h达1050℃后保温,进行渗硼,渗硼速度为
0.03mm/h,时间为30h,渗硼剂为硼砂,将硼砂均匀分布在炉底,渗硼完成后送至冷却模块;
83)依次进行冷却、清洗、回火和出料工艺,冷却方式为空气冷却。
[0035] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。