专利名称：真空井式无罐离子渗碳多用炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及到工件表面强化专用设备，属于热处理技术领域。
背景技术：
渗碳是金属表面强化的一种重要工艺手段。据统计，化学热处理和表面处理的零件中，需经渗碳处理的约占75％。渗碳工艺的发展是经历了固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳和目前为止的等离子渗碳的发展过程，在发展的过程中，每一种工艺方法的改变，都经历了新老工艺的交叉应用的生产过程，等离子渗碳是当前世界上最先进的渗碳工艺，然而，到目前为止，我国热处理的渗碳设备仍以40年代以来至今的气体渗碳炉为主。据不完全统计，我国的井式渗碳炉就多达3万余台，这种设备其能源消耗之大、生产效率之低，已引起了人们的广泛关注。
以大连海事大学刘承仁、杨烈宇教授对等离子渗碳工艺与设备的研制已有30年的历史，先后在国内首次成功的研制出卧式离子渗碳炉、罩式离子渗碳炉，1990年3月人民交通出版社出版了杨烈宇教授所著的“离子轰击渗扩技术”，使我国采用离子渗碳技术进行产业化翻开了新的一页。其中的卧式离子渗碳炉已由国家列入重点推广项目批量生产，并在渗碳后可实现真空淬火，而罩式离子渗碳炉已按德国的标准生产出世界上最大的渗碳件，材料为20Cr2Ni4A的尼曼螺杆，尺寸为Φ279×2237mm。目前经济效益每年达到100万元。1999年3月18日，经国家专利局的审查，授予了发明专利权，其专利号为ZL95110290.7。但是，这两种离子渗碳炉，各自也存在有不足之处，卧式离子渗碳炉，由于炉体结构及淬火油量的限制，只能用于小型零件、精密件的生产，到目前为止，这种炉的最大装炉量为300Kg，而罩式离子渗碳炉，虽然其装炉量可达到3吨以上，但其渗碳后的零件需要二次淬火，经二次加热淬火工件表面必然会产生氧化脱碳问题，同时，在连续生产时，这种炉的热损失很大，大部分渗碳件精度是靠最后精加工来完成，据不完全统计，这样的渗碳件其数量占渗碳件总量的90％以上，研究表明，这些零件完全可以经真空等离子渗碳后，直接短时进行或油淬、或水淬、或等温淬火完成，而能够完成这个任务的设备，其目标就是真空井式无罐离子渗碳多用炉。
发明的内容 本发明的目的和任务就是要克服现有技术存在的，①装炉量小，不能大批量生产，②不能处理大件、特大件和细长件的批量生产问题，③受淬火介质的限制的不足，并提供一种装炉量大、无罐、可选择淬火介质、直接淬火、不用变压器及马弗罐、炉温均匀的真空井式无罐离子渗碳多用炉，特提出本发明的技术解决方案。
本发明所提出的真空井式无罐离子渗碳多用炉，主要包括高真空层[10]、由硅酸铝纤维层[16]和耐火砖层[12]构成的炉体[15]、由辐射管和电阻丝构成的加热器[14]、由盖体[27]和空气层[18]及硅酸铝纤维层[16]、水冷层[26]构成的炉盖[19]、真空获得系统[6]、离子源控制系统[2]、排气系统[4]、冷却系统[5]、供气系统[7]和供电控制系统[3]，其特征在于在炉体[19]上还设有与炉膛保持小缝隙连通的双层粗真空层[11]，在耐火砖层[12]的内侧，还设有阳极筒[13]，其耐火砖层[12]与阳极筒[13]之间的间距应大于10mm；设在加热器[14]内的电阻丝呈蛇形状，并与辐射管壁之间应保持大于10mm的间隙；在炉盖[19]上，其底部于盖体[27]的下方设有多个隔热屏[44]层结构，在盖体[27]内所设的空气层是双层空气层[18]；设在炉盖[19]上的排气管[23]在通过双层空气层[18]段处，在其此段排气管的侧壁上开有出气小孔[42]，该出气小孔与各层空气层中的空气相连通，在排气管的上端出口处，还设有堵塞[24]，当排气之后，用堵塞将其出口封闭；设在炉盖[19]上的混合进气管[21]，在通过硅酸铝纤维层[16]段设计成蛇形状或散热片状，并在混合进气管的上端安装有气体混合器[22]；在炉盖[19]上还设计有由电接点压力表[70]和安全放气阀[69]相连通而构成的安全阀[25]；在炉盖[19]观察孔[17]的上方安装有其内设计有可转动的隔热屏总成[87]的观察窗体[20]；炉体的高真空层[10]的真空嘴[30]通过手阀[31]控制与抽真空管[30]相连通。
本发明的进一步特征在于在混合进气管[21]的上端所设计的由壳体[53]、进气弯管[56]、进气直管[57]所构成的气体混合器[22]，其壳体[53]是一个具有杯状的内腔结构，其腔壁的锥形斜面与其轴线的夹角为30°～45°，并在其腔内同轴还设计有其外形与内腔均同壳体[53]内腔外形体相似的射流喷嘴[54]，壳体[53]的外侧壁上，则均布设有多个与射流喷嘴[54]的外侧面相切的进气直管[57]，而进气弯管[56]是设在气体混合器[22]的上方，并与射流喷嘴的进气口相连通，各零件的连接方式，除上、下法兰[52、51]用螺栓[59]、螺母[60]紧固，并加有密封圈[61]外，均为焊接相连，气体混合器[22]中的射流喷嘴口[58]与壳体内腔斜面下端头[55]间的距离应保持10～20mm；在炉盖[10]上所设计的安全阀[25]，是由电接点压力表[70]、安全放气阀[69]、通过三通连接块[66]、接管I[65]、接管II[67]、上螺母[68]和下螺母[64]及密封圈[61]所构成，安全放气阀[69]的结构是由在阀体[64]与阀盖[73]螺纹连接后，而构成的阀腔里，还设有用螺钉[71]与阀盖[73]连在一起的阀芯[72]，并在阀芯底部的螺钉[71]之间加有压力弹簧[74]，在阀体和阀芯的侧壁上，还分别开有多个排气孔[75]，在钢球与阀体的接触处，设有密封圈[61]，阀体下部的弯管[78]用螺钉紧固在三通连接块[66]上，其间加有密封圈[61]，接管I[65]和接管II[67]与三通连接块焊接相连，接管I[65]与下螺母[64]之间、泄压管[79]与下螺母之间，均为螺纹连接，并在下螺母与接管I之间加有密封圈[61]；在炉盖[19]上所设计的观察窗体[20]，其结构是由观察窗盖[81]、密封圈[61]、观察窗上座[83]、观察窗下座[85]和观察窗玻璃[82]所构成的观察筒，而在观察筒的观察窗上座[83]和观察窗下座[85]之间，垂直其轴线焊接有其内设有主要有中轴[90]、密封套[91]和隔热屏相垂直而构成隔热屏总成[87]的隔热箱体[84]，隔热箱体[84]的两个半弧形的侧壁，平行于隔热屏[44]板所在的平面，而垂直于中轴[90]和固定在隔热箱体一弧形侧壁上的密封套[91]，隔热箱体的侧盖[89]用螺钉[71]紧固在其箱体上，并在其间加有密封圈[61]，而观察窗上座与观察窗盖之间螺纹连接，观察窗玻璃夹在其间，用密封圈[61]连接。
本发明所提出的真空井式无罐离子渗碳多用炉的更进一步的特征在于气体混合器[22]中的射流喷嘴口[58]端与壳体内腔斜面端头[55]相距10～20mm；安全阀[25]中的钢球[77]其直径应大于阀体弯管[78]的内径，并可以在自重、压力弹簧[74]、炉膛正压力的作用下，沿阀芯内腔壁上下移动，其移动力的大小可通过压力弹簧[74]上部的螺钉来调节，钢球的安全移动力应为压力弹簧对钢球的压力，加上钢球的自身重力等于炉膛允许工作压力的2/3。
本发明所提出的炉体结构，其粗真空层[11]实际是双层粗真空层，是用钢板制成的空心板状物，它是与炉膛中的真空腔无严格密封的间隙层，当炉膛中排气抽真空时，由于粗真空层与炉膛保持有小缝隙的连通，即粗真空层通过其壁上设有输电阴极插孔、热电偶插孔、抽真空管插孔等所留下的小缝隙实现，而高真空层则是严格密封的，同时真空嘴[30]通过手阀[31]控制与抽真空管[35]相连通，所以，排气抽真空时，高真空层[10]、粗真空层[11]和炉膛，均开始排气抽真空，达到规定的真空度时，关闭手阀[31]，此时，炉膛与粗真空层就不再与抽真空管[35]相连，因此，它可保持与炉膛相适应的真空度，这样会使传热系数和压力能平稳过渡，较好的代替了用空气层作隔热层，减少热损失。在阳极筒[13]与耐火砖层[12]之间，留有大于10mm的间距，实际上又是一个“粗真空层”，其目的是使该层起热辐射作用而不是热传导作用，从而进一步减少热损失。在加热器[14]的管壁与其内电阻丝之间保持大于10mm的间隙，是为了在电阻丝通入110V～380V的交流电压时，不因辐射管壁可带有高达1200V直流的正电压而产生有压差造成放电现象。阳极筒[13]应与炉壳相接，高真空层[10]的上部、下部和侧部所设的各高真空层均是通过真空层间的连通孔[9]而连通的，粗真空层[11]只是设在侧部和上部并相连通，在炉体上部所加一层其厚达325mm的硅酸铝纤维层，是为了储存热量，减少其上部的热损失。因为其上部散热要大于下部的散热量。在炉体底部高真空层[10]是双层高真空层，并加有支承环，在其双层高真空层的上部是轻质耐火砖砌层。混合进气管[21]在硅酸铝纤维层里段设计成蛇形状或散热片状，其目的是使所通入的氨气等渗剂，在炉盖的硅酸铝纤维层中逐步得到加热，同时也是用渗剂来冷却炉盖的过程，是一举两得的有效措施，进到炉膛中的气体经多层隔热屏[44]后，会更均匀的分散。
本发明的主要优点是①可大批量生产大件、细长杆件产品，②可采用多种淬火介质，以满足不同钢种的不同要求，③无需用变压器，也无需用马弗罐，因此可使成本下降，效率提高4倍以上，④可节省电力40％，⑤无污染。
下面是对附图的说明。
本实用新型共设17幅附图，即
图1是真空井式无罐离子渗碳多用炉整套设备结构示意图，图2是真空井式无罐离子渗碳多用炉正视剖面结构示意图，图3是图2的俯视结构示意图，图4是图2的动态正视剖面结构示意图，图5是图4的俯视结构示意图，图6是真空井式无罐离子渗碳多用炉的炉盖正视剖面结构示意图，图7是图6的俯视结构示意图，图8是本发明所提出的气体混合器正视剖面结构示意图，图9是本发明所提出的具有4个渗剂入口的气体混合器的正视剖面结构示意图，图10是图9的俯视结构示意图，图11是本发明所提出的安全阀正视剖面结构示意图，图12是本发明所提出的观察窗体正视剖面结构示意图，图13是图12的侧视结构示意图，图14是图12的观察窗体其隔热屏转动一个角度后，处于观察时正视剖面结构示意图，图15是图14的侧视结构示意图，图16是本发明提出的隔热屏总成的正视剖面结构示意图，图17斯图16的俯视结构示意图。
具体说明如下图1是真空井式无罐离子渗碳多用炉整套设备示意图。
图中显示，真空井式无罐离子渗碳多用炉，其整套设备是由真空井式无罐离子渗碳多用炉体[1]、真空获得系统[6]、供气系统[7]、离子源控制系统[2]、供电控制系统[3]、排气系统[4]、冷却系统[5]所构成。
图2是真空井式无罐离子渗碳多用炉正视剖面结构示意图。
图中显示，其炉体[15]主要是由炉盖[19]、炉底[38]、阴极盘[33]、输电阴极[34]、炉盖升降机构[28]和炉膛内的加热器[14]所构成，炉侧壁上还有输电阳极[32]，炉盖[19]是由设在炉盖底部其盖体[27]下方的多个隔热屏[44]板、硅酸铝纤维层[16]、双层空气层[18]和水冷层[26]构成，并在炉盖上还设有混合进气管[21]、排气管[23]、观察孔[17]、安全阀[25]结构，炉盖可通过升降机构[28]的升、降或绕轴转动。设在炉底上的阴极盘[33]是堆放工件的地方，在它的下方设有输电阴极[34]，并通过导电板[36]与阴极盘相接，炉底是由支承架支持的双层高真空层[10]，其上面是耐火砖层[12]以承受重量。炉体[15]的侧壁，最外层是高真空层[10]，向其炉膛内分别是双层粗真空层[11]、硅酸铝纤维层[16]、耐火砖层[12]、阳极筒[13]和由12个管状辐射管构成的整个炉膛内的加热器[14]。在混合进气管[21]的上方加有气体混合器[22]，在硅酸铝纤维层段设有散热片[43]结构，在排气管[23]的上方加有堵塞[24]，在观察孔[17]的上方加有观察窗体[20]，真空嘴[30]与抽真空管[35]通过手阀[31]控制相连，并在抽真空管[35]的进气端加有排气帽[37]，符号[9]是连接孔。
图3是图2的俯视结构示意图。
图中符号[48]为热电偶，其他符号同图2。
图4是图2的动态正视剖面结构示意图。
图中显示，当通过按钮打开升降开关，设在炉体[15]上的炉盖升降机构[28]，将炉盖提升到炉体上方，再转动一个角度，将工件装入或取出或炉体维修工序，工序完成之后，通过按钮将炉体转回原处，再降下来、封闭，检查各系统均合格后，便可开始新的工作程序。
图中符号均同图1。
图5是图4的俯视结构示意图。
图中符号[48]为热电偶，其他符号均同图4.
图6是真空井式无罐离子渗碳多用炉的炉盖正视剖面结构示意图。
图中显示，在盖体[27]的底部固定有7层隔热屏[44]板，在盖体的里面是由加厚的硅酸铝纤维层[16]和双层空气层[18]，在炉盖[19]的最上部是水冷层[26]，同时还看出，通过炉盖设在盖体里面的观察孔[17]，其上端头装有观察窗体[20]，混合进气管[21]上端装有气体混合器[22]，在排气管[23]的上端头加有堵塞[24]，设有安全放气阀[69]和电接点压力表[70]的安全阀[25]，安装在泄压管[79]的上端，排气管[23]在经过双层空气层[18]段，其管壁上开设有出气小孔[42]，在混合进气管[21]经过硅酸铝纤维层段，在其管壁上加有散热片[43]的结构。
图7是图6的俯视结构示意图。
图中显示，炉盖[19]上的冷却层是由排水管[45]和进水管[46]完成，炉盖上还设有三个吊座[47]，以供吊起炉盖时采用。
其他符号均同图6.
图8是本发明所设计的气体混合器的正视剖面结构示意图。
图中显示，在混合进气管上端所设计安装的由壳体[53]、进气弯管[56]、进气直管[57]所构成的气体混合器，其壳体[53]是一个具有杯状内腔结构，其内安装有外形与内腔均同壳体内腔相似的射流喷嘴[54]，壳体的上开口处与射流喷嘴的外底部焊在一起，壳体的侧壁上则设有多个与射流喷嘴的外侧面相切的进气直管[57]焊在一起，而壳体的下部开口处，则与上法兰[52]焊在一起，下法兰[51]则与混合进气管的上端头焊在一起，并通过螺栓[59]、螺母[60]紧固在一起，两法兰之间加有密封圈[61]。
图中还显示，壳体[53]内腔斜面下端头[55]与射流喷嘴口[58]的间距保持10mm的距离，壳体内腔的锥形斜面与其轴线的夹角为30°。
图中的粗实线箭头表示为氨气入口方向，细实线箭头为其他渗剂的入口方向，虚点划线箭头表示混合气向混合气进气管[21]的流动方向。
图9是本发明所提出的具有4个渗剂入口的气体混合器的正视剖面结构示意图。
图中显示，与图8不同的是，渗剂的入口增加了两个，这样，在多元共渗中，可将各种渗剂同时在氨气带动下混合进入炉膛，如，上面的进气弯管[56]通入氨气，其他三个进气直管[57]则可分别通入氢、丙烷烯、氮气等。图中各渗剂管入口均与射流喷嘴[54]的外表面同方向相切，并相间120°，壳体内腔的锥形斜面与其轴线的夹角为45°，图中符号均同图8。
图10是图9的俯视结构示意图。
图中符号均同图9。
图11是本发明所提出的安全阀正视剖面结构示意图。
图中显示，本发明所提出的安全阀是由电接点压力表[70]、上螺母[68]、下螺母[64]及密封圈[61]和在接管I[65]与接管II[67]之间还加有三通连接块[66]，并通过螺钉[71]与安全放气阀[69]连接在一起所构成，安全放气阀[69]是由阀体[76]和与其螺纹连接的阀盖[73]，所构成的空腔内，通过螺钉[71]与阀盖[73]固定连接的阀芯[72]，阀芯[72]腔内，在螺钉[71]端头与钢球[77]之间，安装有压力弹簧[74]，在阀体[76]和阀芯[72]的侧壁上，分别开有多个排气孔[75]，阀体[76]的底部呈弯管[78]状结构，其底部通过螺钉[71]与三通连接块[66]相连通，并在三通连接块[66]与阀体[76]底部之间加有密封圈[61]，在阀体[76]空腔的底部与钢球[77]相接触的管口处，设有密封圈[61]，钢球[77]直径应大于阀体弯管[78]内径，并可在自身重力和压力弹簧[74]及炉膛正压力的作用下，在阀芯腔内上下移动，其移动力的大小可以通过压力弹簧[74]上部的螺钉[71]来调节。
本发明所提供的安全阀，是电接点压力表[70]与安全放气阀[69]通过三通连接块[66]、上、下螺母[68、64]和接管I、II[65、67]而构成，其下端通过下螺母[64]和泄压管[79]螺纹连接，并在其间加有密封圈[61]，当炉内气压有变化，如增大到超过允许值时，电接点压力表[70]就可按指针定位的值开始起动设在炉体进气管道中的电磁进气阀关闭，由于不供气使压力就不再增加，与此同时，安全放气阀[69]的钢球[77]，也因炉膛压力增大而超过了钢球[77]的重量加上压力弹簧[74]的压力，使钢球在其阀芯[72]内上移，从而因其离开了密封圈[61]而泄掉炉内的气压，而阀体[76]与阀芯[72]中的气体就由排气孔[75]中排出，泄压后，又恢复原状。在有些情况下，如电接点压力表或电磁进气阀出现故障或意外停电时，此时，本发明提供的安全阀中所设计的安全放气阀[69]仍就会照常工作，因此它又起到了安全防范保证生产和人身安全的特殊作用，图中虚线是表示泄压管[69]。
图12是本发明所提出的观察窗体的正视剖面结构示意图。
图中显示，观察窗体主要是由观察窗盖[81]、观察窗玻璃[82]、观察窗上座[83]和观察窗下座[85]所构成的观察筒结构中，在观察窗上座[83]和观察窗下座[85]之间，垂直其轴线焊接有其内设有主要由中轴[90]、密封套[91]和隔热屏[44]相垂直而构成隔热屏总成[87]的隔热箱体[84]，隔热箱体的侧盖[89]用螺钉[71]和垫片[88]与箱体紧固在一起，并加有密封圈[61]。隔热屏[44]在图中的位置正好处于观察筒中，这说明，它不是处在观察阶段。
图13是图12的侧视结构示意图。
图中显示，隔热箱体[84]是一个隔热屏转动方向的一侧为半弧形的箱体，其他符号均同图12。
图14是隔热屏已处离开隔热屏观察筒时的正视剖面结构示意图。
图中显示，当逆时针转动手柄[86]时，隔热屏[44]就因为转动而离开了观察筒，偏到具有弧形侧边的一侧，此图表明，目前正处于观察阶段的位置，其他符号均同图12。
图15是图14的侧视结构示意图。
图中显示，手柄以逆时针转动60°，因此隔热屏也逆时针向左转动了60°，从观察筒中离开，不影响观察。观察完毕，再顺时针转动复原。
图16是本发明所提出的隔热屏总成的正视剖面结构示意图。
图中显示，三张隔热屏[44]板，通过螺栓[59]、螺母[60]、垫片[88]和夹在隔热屏[44]板中间挡块[99]紧固在一起，并紧固在屏杆[98]的一个端头上，而屏杆的另一个端头，则通过焊接固定在带有方孔的方套[94]上，垂直焊接在隔热箱体侧壁上的密封套[91]，其中轴[90]沿其密封套的轴线装在其内，并加有垫片[88]和密封圈[61]，然后，通过套在中轴外面的压紧螺母[96]将其压紧，中轴[90]上的方头端，将与方套[94]中的方孔相配合连接，并用开口销[93]锁紧，中轴的另一端是开口端，向其内的空间加入真空油后，再用推油螺杆[97]将润滑油压紧，并通过中轴上的多个孔向垫片[88]与密封圈[61]加油润滑。中轴[90]的轴线与密封套[91]是同一轴线，都是垂直于隔热屏[44]所在的平面，因此，通过手柄[86]转动时，中轴[90]就带动隔热屏[44]在隔热箱体中转动。
图17是图16的俯视结构示意图。
图中符号均同图16。
发明的
具体实施例方式实施例1大连重型机器厂渗碳的尼曼螺杆为世界上最大的渗碳件，材料为20Cr2Ni4A，尺寸为Φ279×2237mm。工艺要求为渗碳后含碳量为0.75～0.90％，表面硬度为HRC58～62，渗层大于4mm。
由于工件体积大，渗层深，要求一次淬火，卧式炉及罩式炉无法达到要求，为此采用了本实用新型所设计的炉膛尺寸为Φ1600×4000mm的真空井式无罐离子渗碳多用炉体设备为其渗碳，炉体包括由高真空层、粗真空层、硅酸铝纤维层和耐火砖层构成的炉体、由辐射管和电阻丝构成的加热器、由盖体、硅酸铝纤维层、空气层、水冷层和七层隔热屏构成的炉盖、真空获得系统、离子源控制系统、排气系统、冷却系统和供电控制系统。在耐火砖层的内侧设有阳极筒，其与耐火砖层的距离为15mm，加热器辐射管内的电阻丝呈蛇形状，并应与辐射管壁保持12mm的间隙。具体工作步骤如下1、对设备进行安全检查由电接点压力表与安全放气阀构成的安全阀是否正常，观察窗体中的隔热屏是否可转动，阴极及阳极之间的电阻是否大于4MΩ，炉体各进水管及出水管流水是否畅通，各阀门开关是否按照操作规程应在其相应的位置。2、工件的准备工作用金属清洗剂对工件进行除油清洗。3、装炉首先利用升降装置把炉盖升起，将清洗好的工件用吊车吊起挂在炉内的料筐上，盖上炉盖，首先，打开与抽真空管连通的真空嘴，之后，打开旋片泵开关对炉内进行抽真空，当仪器压力指示为1000Pa时打开罗茨泵继续抽真空直到炉内压力为7Pa为止，关闭手阀[31]。抽真空的同时开始升温，打开排气管的堵塞[24]使双层空气层和硅酸铝纤维层[16]中的热膨胀气体通过出气小孔[42]放出气体，之后关闭排气管[23]。当炉内温度达到955±10℃并且均温后，打开丙酮及氨气的流量计开关，按氨气流量1.0M2/h、丙酮流量0.6M2/h的混合比例混合，进行强渗，通过调节碟阀的角度使炉内的压力始终控制在800Pa的范围内，辉光电压为700V，辉光电流为55A，强渗时间为4小时。强渗结束后，调节流量计使氨气流量为1.0M2/h、丙酮流量为0.16M2/h，按此比例混合进行扩散，调节碟阀的角度使炉内的压力始终控制在700Pa的范围内，辉光电压为700V，辉光电流为55A，扩散时间为16小时。扩散结束后，关闭流量计停止供气，并关闭加热电源降温，当炉温降到860℃保温半小时，并在整个工作过程中不定时地通过观察窗体观察炉膛各种信息及情况。测量炉体表面上部温度为36℃，中部温度为31℃，下部温度为21℃。4、出炉保温结束后，向炉内通入高纯氮气保护气体，使炉内压力与大气压力平衡后升起炉盖对工件进行淬火。5、质量检查对工件的随炉试样进行检查，渗层均匀，渗碳层表面晶粒度8级，碳化物呈颗粒状均匀分布，有效渗层为4.25mm，表面硬度为HRC62，达到其工艺要求。与已有技术比较情况如下①时间比较，已有技术渗碳140小时达到4mm深的渗层，本实用新型技术设备渗碳25小时达到4.25mm的渗层，时间上缩短115小时；
②渗碳温度比较，渗碳温度可高于已有技术20℃；③其他比较，耗电量下降40％，无变压器及马弗罐，炉壁温度为36℃，比国家标准规定的75℃，降低了39℃。
实施例2为韩国水山重工业株式会社的丝杠进行渗碳，材料为2Cr13，装炉量为1吨，工艺要求为渗碳后表面硬度为Hv990，渗层为2mm。
由于工件装炉量大、要求一次淬火，卧式炉及罩式炉无法达到要求，为此采用了本实用新型所设计的炉膛尺寸为Φ2120×3125mm的真空井式无罐离子渗碳多用炉体设备为其渗碳，炉体包括由高真空层、双层粗真空层、硅酸铝纤维层和耐火砖层构成的炉体、由辐射管和电阻丝构成的加热器、由盖体、厚达325mm的硅酸铝纤维层、双层空气层、水冷层和七层隔热屏构成的炉盖、真空获得系统、离子源控制系统、排气系统、冷却系统和供电控制系统。在耐火砖层的内侧设有阳极筒，其与耐火砖层的距离为12mm，加热器辐射管内的电阻丝呈蛇形状，并与辐射管壁保持10mm的间隙，并且炉盖的混合进气管采用四个进气管的气体混合器，并在通过硅酸铝纤维层段呈蛇行状结构。具体工作步骤如下1、对设备进行安全检查炉盖的排气管应在排完气后用堵塞将其封闭，由电接点压力表与安全放气阀构成的安全阀是否正常，观察窗体中的隔热屏是否可转动，阴极及阳极之间的电阻是否大于4MΩ，炉体各进水管及出水管流水是否畅通，各阀门开关是否按照操作规程应在其相应的位置。2、工件的准备工作用金属清洗剂对工件进行除油清洗。3、装炉首先利用升降装置把炉盖升起，将清洗好的工件用吊车吊起挂在炉内的料筐上，盖上炉盖。首先，打开与抽真空管连通的真空嘴的手阀，之后，打开旋片泵开关对炉内进行抽真空，当仪器压力指示为1000Pa时打开罗茨泵继续抽真空直到炉内压力为7Pa为止，关闭手阀[31]。抽真空的同时开始升温，出气小孔[42]放气后关闭排气管[23]，当炉内温度达到940±10℃并且均温后，打开氢气、丙烷烯及液化气的流量计开关，按1∶1的比例在气体混合器内混合，进行强渗，通过调节碟阀的角度使炉内的压力始终控制在800Pa的范围内，辉光电压为800V，辉光电流为60A，强渗时间为2小时。强渗结束后，进行扩散，调节碟阀的角度使炉内的压力始终控制在800Pa的范围内，辉光电压为800V，辉光电流为60A，扩散时间为4小时。扩散结束后，关闭流量计停止供气，并关闭加热电源降温，当炉温降到860℃保温半小时，并在整个工作过程中不定时地通过观察窗体观察炉膛各种信息及情况。4、出炉保温结束后，向炉内通入高纯氩气保护气体，使炉内压力与大气压力平衡后升起炉盖对工件进行淬火。5、质量检查对工件的随炉试样进行检查，渗层均匀，渗碳层表面晶粒度8级，碳化物呈颗粒状均匀分布，有效渗层为2.0mm，表面硬度为Hv997，达到其工艺要求。
权利要求
1.真空井式无罐离子渗碳多用炉，主要包括高真空层[10]、由硅酸铝纤维层[16]和耐火砖层[12]构成的炉体[15]、由辐射管和电阻丝构成的加热器[14]、由盖体[27]、空气层[18]及硅酸铝纤维层[16]和水冷层[26]构成的炉盖[19]、真空获得系统[6]、离子源控制系统[2]、排气系统[4]、冷却系统[5]、供气系统[7]和供电控制系统[3]，其特征在于a)、在炉体[15]上还设有与炉膛保持小缝隙连通的双层粗真空层[11]，在耐火砖层[12]的内侧还设有阳极筒[13]，其耐火砖层[12]与阳极筒[13]之间的距离应大于10mm；b)、设在加热器[14]内的电阻丝呈蛇形状，并与辐射管壁之间应保持大于10mm的间隙；c)、在炉盖[19]上，其底部于盖体[27]的下方设有多个隔热屏[44]层结构，在盖体[27]内所设的空气层是双层空气层[18]；d)、设在炉盖[19]上的排气管[23]，在通过双层空气层[18]段，应在此段排气管的侧壁上开有出气小孔[42]，使其与各层空气层和硅酸铝纤维层[16]中的空气相连通，在排气管[23]上端的出口处加有堵塞[24]，排气后用堵塞将其封闭；e)、设在炉盖[19]上的混合进气管[21]，在通过硅酸铝纤维层[16]段处，设计成蛇形状或散热片状，并在混合进气管的上端安装有气体混合器[22]；f)、在炉盖[19]上设有由电接点压力表[70]和安全放气阀[69]相连通而构成的安全阀[25]；g)、在炉盖[19]观察孔的上方安装有其内设计有可转动的隔热屏总成[87]的观察窗体[20]；h)、炉体[19]高真空层[10]的真空嘴[30]通过手阀[31]控制与抽真空管[35]相连通。
2.根据权利要求1所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，在混合进气管[21]的上端，由壳体[53]、进气弯管[56]、进气直管[57]所构成的气体混合器[22]，其特征在于壳体[53]是一个具有杯状的内腔结构，其腔壁的锥形斜面与其轴线的夹角为30°～45°，并在其腔内同轴还设计有其外形与内腔均同壳体[53]内腔外形体相似的射流喷嘴[54]，壳体[53]的外侧壁上，则均布设有多个与射流喷嘴[54]的外侧面相切的进气直管[57]，而进气弯管[56]是设在气体混合器[22]的上方，并与射流喷嘴的进气口相连通，各零件的连接方式，除上、下法兰[52、51]用螺栓[59]、螺母[60]紧固，并加有密封圈[61]外，均为焊接相连。
3.根据权利要求1或2所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，其特征在于气体混合器[22]中的射流喷嘴口[58]端与壳体内腔斜面下端头[55]应保持相距10～20mm。
4.根据权利要求1所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，在炉盖[19]上所设计的安全阀，是由电接点压力表[70]、接管I[65]、接管II[67]、上螺母[68]、下螺母[64]和密封圈[61]所构成，其特征在于在接管I[65]与接管II[67]之间还加有三通连接块[66]，并通过螺钉与安全放气阀[69]连接在一起。
5.根据权利要求1或4所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，其特征在于安全放气阀[69]是由阀体[76]、阀盖[73]、阀芯[72]、压力弹簧[74]、钢球[77]和密封圈[61]所构成，其中，阀体[76]与阀盖[73]为螺纹连接，阀芯[72]是设在阀盖[73]与阀体[76]之间的腔内，并通过螺钉[71]与阀盖[73]相紧固在一起，压力弹簧[74]设在阀芯[72]腔内的螺钉[71]与钢球之间，在阀体[76]与阀芯[72]的侧壁上还分别开有多个排气孔[75]，阀体[76]下部的呈弯管状结构，其底部通过螺钉[71]与三通连接块[66]相连接，并在连接处加有密封圈[61]，在阀体空腔的底部与钢球相接触的管口处，也设有密封圈[61]，钢球[77]的直径应大于阀体弯管的内径，并可以在自身重力和压力弹簧[74]、炉膛正压力的作用下，沿阀芯内腔壁上下移动，其移动力的大小可通过压力弹簧上部的螺钉[71]来调节。
6.根据权利要求1所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，在观察孔[17]上端所设计的观察窗体[20]，包括由观察窗上座[83]、观察窗下座[85]、观察窗玻璃[82]、观察窗盖[81]所构成的观察筒，其特征在于在观察筒的观察窗上座[83]和观察窗下座[85]之间，垂直其轴线焊接有其内主要是由中轴[90]、密封套[91]和隔热屏[44]相垂直而构成隔热屏总成[87]的隔热箱体[84]，隔热箱体的两个半弧形的侧壁，平行于隔热屏[44]板所在的平面，而垂直于中轴[90]和固定在隔热箱体一弧形侧壁上的密封套[91]，隔热箱体的侧盖[89]用螺钉[71]紧固在其箱体上，并在其间加有密封圈[61]，而观察窗上座与观察窗盖之间螺纹连接，观察窗玻璃夹在其间，并用密封圈[61]密封。
7.根据权利要求1或6所述的真空井式无罐离子渗碳多用炉，其特征在于在炉盖[19]上所设计观察窗体[20]，隔热屏总成[87]主要由中轴[90]、密封套[91]和隔热屏[44]相垂直而构成，其结构是隔热屏[44]通过螺栓、螺母、挡块和垫圈将其各片间隔开，并固定在屏杆[98]的一端，屏杆的另一端垂直焊接在其中间带有方孔的方套[94]上，该方套上的方孔与装在密封套[91]里的中轴[90]的方头端相配合连接，并用开口销[93]锁紧，在中轴与密封套之间加有垫圈[88]和密封圈[61]，并通过压紧螺母[96]压紧，中轴的空腔里加有真空脂润滑油，用推油螺杆[97]压紧封闭，手柄[86]焊接在中轴开口端的下方，密封套[91]垂直焊接在隔热屏箱体[84]带有观察窗玻璃的一侧壁上，其轴线垂直于隔热屏[44]板所在的平面，而平行于观察筒的轴线。
全文摘要
热处理领域中真空井式无罐离子渗碳多用炉，包括炉体[15]、炉盖[19]、加热器[14]和真空、离子源控制、排气、冷却、供气和供电控制系统，特征炉体上设有粗真空层[11]，炉膛内设有阳极筒[13]，炉盖底部设有隔热屏[44]，双层空气层与排气管上出气小孔[42]相通，在混合进气管上端装有气体混合器[22]，安全阀上设有安全放气阀[69]，观察孔上设有观察窗体[20]。优点装炉量大，批量生产大件、长件，可用多种介质，无变压器和马弗罐，成本低，效率高4倍，节电40％，无污染。
文档编号C23C8/06GK1394982SQ02124558
公开日2003年2月5日 申请日期2002年6月20日 优先权日2002年6月20日
发明者刘承仁, 由卫玲, 王帅, 刘学水 申请人:烟台海德机床厂, 刘承仁