推盘炉渗碳生产线初探

曹文刚

摘要:推盘炉渗碳生产线由以下设备组成:上、下料台及输送装置、预氧化炉、有爱协林专利技术的底装料升降台、油下转移淬火油槽、推盘炉、清洗机、回火炉。生产线采用条码系统用于输入装料信息,采用上位机用于料盘跟踪,全线可由MP370和上位机实现自动控制。

关键词:推盘炉;渗碳生产线;热处理;安全设计

中图分类号:TP278文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0007-02

推盘炉是一种应用很广泛的炉型。零件装在料盘及料具上,料盘一个接一个排列在炉底轨道上,被推料机构按一定的生产节拍向前推进。爱协林推盘式炉自动生产线是一种适用于大批量、连续生产自动化程度很高的热处理设备。根据生产量可设计成单排炉、双排炉、或三排炉。

一、推盘炉渗碳生产线

推盘炉渗碳生产线一般由以下设备组成:装料台、前清洗机、预氧化炉、底装料机构、推盘炉、淬火油槽、后清洗机、回火炉、风冷台、卸料台。生产的工步过程如下:人工在装料台上装料,装好的料被自动转移前清洗机进行清洗,清洗完成后,工件被转移到预氧化炉进行预氧化处理,预氧化完成后,工件被转移到底装料机构,经底装料机构进入到推盘炉,工件在环形炉内经过加热、强渗、扩散、降温后,被转移到淬火槽进行淬火,淬火完成后,进入后清洗机进行清洗,清洗后,进入回火炉回火,回火后,进入风冷台进行冷却,工件冷却后,进入卸料台卸料,整个过程除装、卸料外,均由计算机自动进行控制。

1.推盘渗碳炉。推盘炉由以下几部分组成:炉壳、工件转移及定位装置、供气系统、加热元件、控温装置、碳势控制装置、高温风扇、中间隔门、炉底轨道及炉衬等。

推盘炉内可分成如下几个区:加热区、强渗区、扩散区、降温区。通过合理的布置加热元件、温度及碳势控制装置、高温风扇等部件在炉内的位置,来保证炉内温度及碳势的均匀性。炉内温度、碳势可分区控制,碳势可控制在±0.05%Cp以内,炉温均匀性≤±5℃。

炉底及推料定位装置采用特殊的设计,以保证冷态及热态膨胀后都能够实现准确的定位。工件经有爱协林公司专利技术的底装料机构(中国专利号01204256.0)进入炉内,可大量节省炉内的保护气氛和热量外溢,从而达到节约能源、保护环境的目的。

2.供气系统。炉内气氛可由吸热式气氛+富化气或滴注式气氛+富化气组成。供气采用安全锁定,加热系统故障时,自动断开可燃气体供应并报警,同时打开氮气吹扫。

3.碳势测量控制系统。爱协林特有的碳势测量控制系统,由氧探头、EUROTHERM碳控仪表、上位机组成。

4.淬火油槽。工件完成加热渗碳出炉后,被快速转移到油槽的淬火升降台,升降台下降到油内淬火,工件在油下淬火时,油下导流门关闭,使工件淬火处形成一个封闭的淬火油循环回路,可有效地控制淬火温度,并能打破附着在工件表面的油蒸汽膜,提高工件淬火质量,降低非马氏体组织含量,改善硬度均匀性。淬火完成后,油下导流门打开,工件从油下转移到出料升降台,出料升降台上升,出料。

工件从炉内到淬火,再到出料,均在密闭的空间内完成,使热工件避免接触空气,在保证淬火质量的同时,可大量节省炉内的保护气氛和热量外溢,从而达到节约能源、保护环境的目的。油温可设定并自动控制。装有无级变速油搅拌器,可根据淬火工艺要求改变油搅拌速度。

5.预氧化炉。对工件进行预氧化处理,进入预氧化炉的工件必须干净、无油。预氧化炉使用温度350°～450°,工件经预氧化能在其表面形成氧化铁薄膜,对提高渗层均匀性和提高渗层深度都有很好的作用。

6.清洗机。对工件进行清洗及烘干,包括碱水浸洗喷淋、清水喷淋、烘干室。

7.回火炉。对淬火后的工件进行回火处理。

8.系统控制。整个系统采用PLC程序自动控制,并纳入整套生产线的计算机控制系统中。

生产线采用条码系统用于输入装料信息如:工件种类、装料数量、操作者情况等,采用上位机用于料盘跟踪可实时显示炉内料位信息,自动控制出炉顺序。

控制系统可实现如下功能:(1)输入、储存、显示工件数据,工艺数据;(2)储存、显示工艺曲线的设定值和实际值;(3)储存、显示故障信息;(4)储存、显示热处理数据;(5)可在实验室输入检测结果;(6)打印热处理数据,包括:装料编号、工件数据、工艺数据、生产过程,开始/结束时间等。

二、安全设计

推盘炉及淬火槽中通有保护气氛,这种气氛易爆、易燃,安全设计在炉子设计中应充分考虑。

不安全因素爆炸,爆炸由三个条件构成:一为密闭空间,环形炉具备此条件;二为着火源,工件、机构震动摩擦碰撞可能产生火花;三为一定混合比。可燃性气体与空气达到一定混合比时发生爆炸。如氢气在空气中含量4%～75%、一氧化碳在空气中含量12.5%～74%。以上三个条件同时具备才可能发生爆炸。

为了减少可燃性气体与空气混合,炉门设计为密封结构,另外,底装料机构、淬火油槽工件油下转移结构,也都能达到此目的。

废气排放口的烧嘴必须保持点燃,熄灭后将有故障显示,否则逸出的气体有爆炸危险。废气排放点火器离子电极探测不到火焰时,则相应供气管道上的电磁阀关闭防止可燃气体从管路中喷出引起爆炸。如果气体燃烧器损坏,必须能自动充入氮气进行吹扫。设计时须保证点火供气在断电情况下可以使用,除主供气管路外设计单独支路,断电时可手动打开并能点燃。

炉压保持200～300Pa,目的即是渗碳要求也能防止空气渗入。多余保护气由废气排放口排出并点燃。但在一些故障情况下形成负压,空气可能从废气排放口、连接处、炉门等处进入炉内与可燃性气体混合。采用压力检测装置如压力开关,当压力接近大气压时,采用高压氮气快速通入炉内,以维持正压,这种方式最安全。当炉内压力高时停止供气并排气。

设计时其它安全考虑:为保证安全,在断电时工作进程能进行下去,可增加紧急控制电源。炉体机构部件须可监控,易于维修清理和足够的操作空间,动作安全可靠并与各种安全装置相互协调。对各种可能出现危险,例如运动部件割伤、夹住、可能触电、着火地方等加安全防护和警示标志。

工艺保证:在向炉内充入可燃气体的过程中,为了避免因超过爆炸极限可能造成的危险,必须满足以下条件:(1)注入可燃气体前,向炉内充入氮气,充入量至少是炉子容积的5倍;(2)废气燃烧器必须被点燃;(3)在向炉内充入可燃气体前,环形炉必须高于安全温度750℃;(4)必须保证炉内压力为正压。当压力降到操作压力以下值时,必须马上停止供气,用氮气进行置换。

三、结语

爱协林热处理系统(北京)有限公司在国内已经生产了数十条推盘炉渗碳生产线,这些设备广泛用于机械制造、汽车、轴承、航空航天、铁道、船舶、兵器等行业,至今已为企业创造了巨大的经济效益。