专利名称：一种贫氧氮化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种贫氧氮化炉，为氮化合成热工设备。
背景技术：
氮化炉是进行氮化合成的常用设备，例如用硅(Si)粉或铝(Al)粉合成氮化硅或 氮化铝就是一例。通常用于氮化合成的氮化炉主要由炉顶、炉体和炉门构成，炉顶为拱喧 型，炉膛内配有电加热装置，炉体上配有氮气通入装置和氮气排放装置，这种氮化炉的结构 特点在于 ①氮气通入装置所用的输送管道由炉子顶部或炉子侧面透过保温层间隙伸入炉
膛，造成氮气进入炉膛速度慢，时间长，氮气的供应速率滞后于氮化反应速率；或经输送管
道直接入炉腔，造成氮气输送速率快，且氮气流场不均匀，在氮化过程中会有局部氮气供量
不足或局部氮气供量过剩的问题，影响氮化产品质量，也限制了氮化炉的大型化。 ②氮气排放管一般采用单管结构，有的设置在氮化炉侧壁下部三分之二处，使底
部废气和冷凝水沉积在炉底排不干净，影响炉膛内氮气纯度，不利于产品质量提高；或通过
一个管道布置在炉膛一侧底部，能将下部冷凝水和氮化废气排除较干净，因仅有一个管道，
排除废气和冷凝水的速率均较慢，且炉内废气流场不均匀，炉内局部废气和冷凝水排除不
干净，造成炉内局部氮气纯度降低，而且不利于炉内温度控制，氮化产品质量不均匀。 ③炉门与炉体之间采用平面接触式的自然密封，密封不严，造成炉内气体向外渗
透，氮气单耗增加，而且炉外空气在废气排放时会渗入炉内，造成炉内氧含量增加，氮气含
量降低，氮化产品质量下降。 ④外壳钢结构与内衬之间采用普通隔热材料进行隔热，隔热效果较差，温度控制 较难，既影响氮化产品质量，且能耗较高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可降低能耗、提高产品氮化率使氮化产品质量均 匀、稳定且产能高、使用寿命长的贫氧氮化炉。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是炉顶位置在由右外壳、侧边外 壳、左外壳和底外壳构成的炉体框架的顶端，挨近右外壳砌筑有右工作层，挨近左外壳砌筑 有左工作层，挨近侧边外壳砌筑有侧边工作层，在右外壳与右工作层之间镶嵌有右绝热层， 在侧边外壳与侧边工作层之间镶嵌有侧边绝热层，在底外壳上筑有底部工作层，在底外壳 与底部工作层之间镶嵌有底部绝热层，位于底部工作层上的N(N > 1的整数)个电加热器 靠近侧边工作层对称分布在炉腔纵向中心线的两边。在左外壳和左工作层的预留中心孔中 安装有炉门框架，炉门框架上加工有炉门密封槽，炉门铰链在炉门框架上，炉门上的凸圈与 炉门框架上的炉门密封槽为凹凸啮合结构。第一氮气分配器和第二氮气分配器安装在炉体 框架两端的上部，在第一氮气分配器上配有数量大于等于1的第一氮气进口管，在第二氮 气分配器上配有数量大于等于1的第二氮气进口管，第一氮气进口管穿过右外壳、右绝热
3层和右工作层后靠近炉顶伸入氮化炉的内腔，第二氮气进口管穿过左外壳和左工作层后靠 近炉顶从炉门框架的上方伸入氮化炉的内腔；挨近底部工作层在氮化炉的右端装配有数量 大于等于1的第二氮气排放管，挨近底部工作层在氮化炉的左端于炉门及炉门框架的下方 配有数量大于等于1的第一氮气排放管。第一冷凝水排放管和第二冷凝水排放管穿过底部 工作层、底部绝热层和底外壳后安装在氮化炉内腔的两端。 采用如上技术方案提供一种贫氧氮化炉与现有技术相比，技术效果在于 ①氮气通过氮气分配器从炉体框架两端上部进入氮化炉内，氮气分配器上氮气进
口管为多排毛细管道，并通过氮气分配器上的减压阀和电磁阀控制氮气压力和氮气流量，
使氮气在氮化炉内流动更加均匀并能在氮化炉内所有位置流动，保证氮化炉内氮气分布均
匀，易于氮化炉内温度控制和氮化均匀性，从而提高产品质量。同时，可增加氮化炉容积，实
现单炉产量的提高。 ②在氮化炉两端下部布置有氮气排放管和冷凝水排放管，废气和冷凝水经过排放
管向炉外排放，其中氮气排放管亦为多个小管径管道，且分布在炉子两端的下部，有利于氮
化炉内废气气流的流动，促进氮化炉内局部的气流循环，同时保证冷凝水排除干净，保证了
氮化炉内氮含量分布的均匀性，从而保证了产品氮化的均匀性，进一步提高了产品质量。 ③炉门与炉门框架之间采用凹凸结构，并用耐高温橡胶垫密封，保证了氮化炉内
气体不向外渗透，降低氮气的单耗，同时，炉外空气在废气排放时不会渗入炉内，亦有利于
氮化产品质量的提高。 ④工作层用抗急冷急热的氮化硅结合的碳化硅预制块砌筑而成，这种耐火材料与 用金属材料制作的外壳之间镶嵌纳米多孔绝热材料，隔热效果好，有利于氮化炉内温度控 制和能耗降低。 ⑤工作层采用氮化硅结合的碳化硅预制块砌筑而成，高温稳定性好，可增加炉膛 高度，结合氮气进入氮气分配器和废气排放管道，可扩大炉子的炉膛容积，提高单炉产量。 ⑥所述的贫氧氮化炉具有好的密封性，提高了氮化制品的纯度，保温性好，降低能 耗，其产品氮化率较常规氮化炉提高3%以上，能耗降低40%以上，产量提高达40%左右。
图1为本实用新型所述的一种贫氧氮化炉的正向剖视结构示意图，亦为本实用新 型的摘要附图。 图2为沿图1的A-A线向剖视示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细描述。 所述的一种贫氧氮化炉包括炉顶1、第一氮气分配器2、第二氮气分配器2A、第一
氮气进口管3、第二氮气进口管3A、右外壳4、侧边外壳4A、左外壳10、右绝热层5、侧边绝热
层5A、右工作层6、侧边工作层6A、左工作层11、炉门框架7、炉门8、第一氮气排放管9、第二
氮气排放管9A、第一冷凝水排放管12、第二冷水排放管12A、炉底绝热层13、电加热器14、底
外壳15、底部工作层15A和支撑体16。如图1、2所示，炉顶1为用预制的碳化硅(SiC)块
砌筑的拱喧，这是已有技术。用型钢和钢板制作的右外壳4、侧边外壳4A、左外壳IO和底外壳15之间用焊接或螺钉连接方式构成贫氧氮化炉的炉体框体，炉顶1位置在此炉体框体的 顶端，挨近右外壳4砌筑有右工作层6，挨近左外壳10砌筑有左工作层11，挨近侧边外壳4A 砌筑有侧边工作层6A，所述右工作层6、左工作层11、侧边工作层6A和底部工作层15A的材 质为氮化硅结合的碳化硅预制块，这是市场可买产品。在右外壳4与右工作层6之间镶嵌 有右绝热层5，在侧边外壳4A与侧边工作层6A之间镶嵌有侧边绝热层5A，在左外壳10与 左工作层11之间亦可镶嵌绝热层，所述右绝热层5和侧边绝热层5A的材质可选自纳米多 孔绝热材料，市场可买产品。在底外壳15上筑有底部工作层15A，在底外壳15与底部工作 层15A之间镶嵌有底部绝热层13，底部绝热层13亦选自纳米多孔绝热材料。位于贫氧氮 化炉炉腔的底部工作层15A上的数量大于等于1的电加热器14靠近侧边工作层6A对称分 布在炉腔纵向中心线的两边，所述电加热器14可选用电阻加热器，它由三相交流电源或单 相交流电源供电。在左外壳10和左工作层11的预留中心孔中安装有炉门框架7，炉门框 架7上加工有炉门密封槽18，炉门密封槽18的整体形状可以是方形或圆形的，筑有耐火或 隔热材料的炉门8铰链在炉门框架7上，炉门8上加工有其形状和几何尺寸与炉门框7上 的炉门密封槽18相同的凸圈19，关闭炉门8时，炉门8上的凸圈19与炉门密封槽18相为 啮合，形成凹凸啮合结构，并用耐高温橡胶垫密封，保证氮化炉的密封效果。在炉体框架两 端的上部安装有第一氮气分配器2和第二氮气分配器2A，在第一氮气分配器2上配有数量 大于等于1的第一氮气进口管3，在第二氮气分配器2A上配有数量大于等于1的第二氮气 进口管3A，第一氮气进口管3穿过右外壳4、右绝热层5和右工作层6后靠近炉顶1伸入氮 化炉的内腔，第二氮气进口管3A穿过左外壳10和左工作层11后靠近炉顶1从炉门框架7 的上方伸入氮化炉的内腔，所述第一氮气进口管3的数量与第二氮气进口管3A的数量可相 等或不相等。挨近底部工作层15A在氮化炉的右端装配有数量大于等于1的第二氮气排放 管9A，所述第二氮气排放管9A穿过右外壳4、右绝热层5和右工作层6，可根据氮化炉内情 况开启或关闭第二氮气排放管9A ;挨近底部工作层15A在氮化炉的左端于炉门8和炉门框 架7的下方配有数量大于等于1的第一氮气排放管9，所述第一氮气排放管9穿过左外壳 10和左工作层11 ，可根据氮化炉内情况开启或关闭第一氮气排放管9，氮化炉内的废气可 经第一氮气排放管9和第二氮气排放管9A向炉外排放，有利于氮化炉内废气气流的流动， 促进氮化炉内局部的气流循环，其中第一氮气排放管9的数量和第二氮气排放管9A的数量 可相等或不相等。第一冷凝水排放管12和第二冷凝水排放管12A穿过底部工作层15A、底 部绝热层13和底外壳15后安装在氮化炉内腔的两端，当氮化炉内的冷凝水需向炉外排放 时，可打开第一冷凝水排放管12和第二冷凝水排放管12A上的开关将氮化炉内的冷凝水排 除干净，保证了炉内氮气气氛。待氮化的工件17放置在氮化炉内腔的底部工作层15上，通 电加热，所述工件17的数量可视炉膛大小及工件17本身的尺寸而定。同时，开启第一氮气 分配器2和第二氮气分配器2A上的开关(或阀门)，氮气进入第一氮气分配器2和第二氮 气分配器2A后从第一氮气进口管3和第二氮气进口管3A再进入氮化炉内。由于不断地加 入氮气，氮化炉内的氧气含量慢慢降低，直到以氮气为主，使炉内处于贫氧状态，达到氮化 工件17的目的。
权利要求一种贫氧氮化炉，炉顶(1)位置在由右外壳(4)、侧边外壳(4A)、左外壳(10)和底外壳(15)构成的炉体框架的顶端，其特征在于挨近右外壳(4)砌筑有右工作层(6)，挨近左外壳(10)砌筑有左工作层(11)，挨近侧边外壳(4A)砌筑有侧边工作层(6A)，在右外壳(4)与右工作层(6)之间镶嵌有右绝热层(5)，在侧边外壳(4A)与侧边工作层(6A)之间镶嵌有侧边绝热层(5A)，在底外壳(15)上筑有底部工作层(15A)，在底外壳(15)与底部工作层(15A)之间镶嵌有底部绝热层(13)，位于底部工作层(15A)上的N个电加热器(14)靠近侧边工作层(6A)对称分布在炉腔纵向中心线的两边，所述N≥1的整数；在左外壳(10)和左工作层(11)的预留中心孔中安装有炉门框架(7)，炉门框架(7)上加工有炉门密封槽(18)，炉门(8)铰链在炉门框架(7)上，炉门(8)上的凸圈(19)与炉门框架(7)上的炉门密封槽(18)为凹凸啮合结构；第一氮气分配器(2)和第二氮气分配器(2A)安装在炉体框架两端的上部，在第一氮气分配器(2)上配有数量大于等于1的第一氮气进口管(3)，在第二氮气分配器(2A)上配有数量大于等于1的第二氮气进口管(3A)，第一氮气进口管(3)穿过右外壳(4)、右绝热层(5)和右工作层(6)后靠近炉顶(1)伸入氮化炉的内腔，第二氮气进口管(3A)穿过左外壳(10)和左工作层(11)后靠近炉顶(1)从炉门框架(7)的上方伸入氮化炉的内腔；挨近底部工作层(15A)在氮化炉的右端装配有数量大于等于1的第二氮气排放管(9A)，挨近底部工作层(15A)在氮化炉的左端于炉门(8)及炉门框架(7)的下方配有数量大于等于1的第一氮气排放管(9)；第一冷凝水排放管(12)和第二冷凝水排放管(12A)穿过底部工作层15A、底部绝热层(13)和底外壳(15)后安装在氮化炉内腔的两端。
2. 根据权利要求l所述的一种贫氧氮化炉，其特征在于第一氮气进口管(3)的数量 与第二氮气进口管(3A)的数量相等。
3. 根据权利要求1或2所述的一种贫氧氮化炉，其特征在于第一氮气进口管(3)的 数量与第二氮气进口管(3A)的数量不相等。
4. 根据权利要求l所述的一种贫氧氮化炉，其特征在于第一氮气排放管(9)的数量 与第二氮气排放管(9A)的数量相等。
5. 根据权利要求1或4所述的一种贫氧氮化炉，其特征在于第一氮气排放管(9)的 数量与第二氮气排放管(9A)的数量不相等。
专利摘要本实用新型公开了一种贫氧氮化炉，炉顶位于炉体框架顶端，挨近右外壳砌筑有右工作层，挨近左外壳砌筑有左工作层，在左右外壳与左右工作层之间镶嵌有左右绝热层，底外壳上有底部绝热层和底部工作层，位于底部工作层上的多个电加热器对称分布在炉腔纵向中心线的两边。在左外壳和左工作层的预留孔中装有炉门框架，炉门铰链在炉门框架上，炉门与炉门框架为凹凸啮合结构。氮气分配器安装在炉体框架两端上部，在每个氮气分配器上配有的多个氮气进口管从氮化炉的两端伸入氮化炉内腔，靠近底部工作层在氮化炉的左右端配有带开关的氮气排放管，穿过底部工作层、底部绝热层和底外壳在炉腔的两头装有带开关的冷凝水出口管。密封性好，提高氮化制品纯度，产品氮化率较常规氮化炉提高3％，降低能耗，提高产量，有极大推广价值。
文档编号F27B5/04GK201532098SQ20092006486
公开日2010年7月21日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者吴光亮 申请人:长沙东鑫环保材料有限责任公司