推盤(pán)爐滲碳生產(chǎn)線初探

曹文剛

摘要:推盤(pán)爐滲碳生產(chǎn)線由以下設(shè)備組成:上、下料臺(tái)及輸送裝置、預(yù)氧化爐、有愛(ài)協(xié)林專(zhuān)利技術(shù)的底裝料升降臺(tái)、油下轉(zhuǎn)移淬火油槽、推盤(pán)爐、清洗機(jī)、回火爐。生產(chǎn)線采用條碼系統(tǒng)用于輸入裝料信息,采用上位機(jī)用于料盤(pán)跟蹤,全線可由MP370和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞:推盤(pán)爐;滲碳生產(chǎn)線;熱處理;安全設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào):TP278文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0007-02

推盤(pán)爐是一種應(yīng)用很廣泛的爐型。零件裝在料盤(pán)及料具上,料盤(pán)一個(gè)接一個(gè)排列在爐底軌道上,被推料機(jī)構(gòu)按一定的生產(chǎn)節(jié)拍向前推進(jìn)。愛(ài)協(xié)林推盤(pán)式爐自動(dòng)生產(chǎn)線是一種適用于大批量、連續(xù)生產(chǎn)自動(dòng)化程度很高的熱處理設(shè)備。根據(jù)生產(chǎn)量可設(shè)計(jì)成單排爐、雙排爐、或三排爐。

一、推盤(pán)爐滲碳生產(chǎn)線

推盤(pán)爐滲碳生產(chǎn)線一般由以下設(shè)備組成:裝料臺(tái)、前清洗機(jī)、預(yù)氧化爐、底裝料機(jī)構(gòu)、推盤(pán)爐、淬火油槽、后清洗機(jī)、回火爐、風(fēng)冷臺(tái)、卸料臺(tái)。生產(chǎn)的工步過(guò)程如下:人工在裝料臺(tái)上裝料,裝好的料被自動(dòng)轉(zhuǎn)移前清洗機(jī)進(jìn)行清洗,清洗完成后,工件被轉(zhuǎn)移到預(yù)氧化爐進(jìn)行預(yù)氧化處理,預(yù)氧化完成后,工件被轉(zhuǎn)移到底裝料機(jī)構(gòu),經(jīng)底裝料機(jī)構(gòu)進(jìn)入到推盤(pán)爐,工件在環(huán)形爐內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、強(qiáng)滲、擴(kuò)散、降溫后,被轉(zhuǎn)移到淬火槽進(jìn)行淬火,淬火完成后,進(jìn)入后清洗機(jī)進(jìn)行清洗,清洗后,進(jìn)入回火爐回火,回火后,進(jìn)入風(fēng)冷臺(tái)進(jìn)行冷卻,工件冷卻后,進(jìn)入卸料臺(tái)卸料,整個(gè)過(guò)程除裝、卸料外,均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行控制。

1.推盤(pán)滲碳爐。推盤(pán)爐由以下幾部分組成:爐殼、工件轉(zhuǎn)移及定位裝置、供氣系統(tǒng)、加熱元件、控溫裝置、碳勢(shì)控制裝置、高溫風(fēng)扇、中間隔門(mén)、爐底軌道及爐襯等。

推盤(pán)爐內(nèi)可分成如下幾個(gè)區(qū):加熱區(qū)、強(qiáng)滲區(qū)、擴(kuò)散區(qū)、降溫區(qū)。通過(guò)合理的布置加熱元件、溫度及碳勢(shì)控制裝置、高溫風(fēng)扇等部件在爐內(nèi)的位置,來(lái)保證爐內(nèi)溫度及碳勢(shì)的均勻性。爐內(nèi)溫度、碳勢(shì)可分區(qū)控制,碳勢(shì)可控制在±0.05%Cp以?xún)?nèi),爐溫均勻性≤±5℃。

爐底及推料定位裝置采用特殊的設(shè)計(jì),以保證冷態(tài)及熱態(tài)膨脹后都能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的定位。工件經(jīng)有愛(ài)協(xié)林公司專(zhuān)利技術(shù)的底裝料機(jī)構(gòu)(中國(guó)專(zhuān)利號(hào)01204256.0)進(jìn)入爐內(nèi),可大量節(jié)省爐內(nèi)的保護(hù)氣氛和熱量外溢,從而達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。

2.供氣系統(tǒng)。爐內(nèi)氣氛可由吸熱式氣氛+富化氣或滴注式氣氛+富化氣組成。供氣采用安全鎖定,加熱系統(tǒng)故障時(shí),自動(dòng)斷開(kāi)可燃?xì)怏w供應(yīng)并報(bào)警,同時(shí)打開(kāi)氮?dú)獯祾摺?/p>

3.碳勢(shì)測(cè)量控制系統(tǒng)。愛(ài)協(xié)林特有的碳勢(shì)測(cè)量控制系統(tǒng),由氧探頭、EUROTHERM碳控儀表、上位機(jī)組成。

4.淬火油槽。工件完成加熱滲碳出爐后,被快速轉(zhuǎn)移到油槽的淬火升降臺(tái),升降臺(tái)下降到油內(nèi)淬火,工件在油下淬火時(shí),油下導(dǎo)流門(mén)關(guān)閉,使工件淬火處形成一個(gè)封閉的淬火油循環(huán)回路,可有效地控制淬火溫度,并能打破附著在工件表面的油蒸汽膜,提高工件淬火質(zhì)量,降低非馬氏體組織含量,改善硬度均勻性。淬火完成后,油下導(dǎo)流門(mén)打開(kāi),工件從油下轉(zhuǎn)移到出料升降臺(tái),出料升降臺(tái)上升,出料。

工件從爐內(nèi)到淬火,再到出料,均在密閉的空間內(nèi)完成,使熱工件避免接觸空氣,在保證淬火質(zhì)量的同時(shí),可大量節(jié)省爐內(nèi)的保護(hù)氣氛和熱量外溢,從而達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。油溫可設(shè)定并自動(dòng)控制。裝有無(wú)級(jí)變速油攪拌器,可根據(jù)淬火工藝要求改變油攪拌速度。

5.預(yù)氧化爐。對(duì)工件進(jìn)行預(yù)氧化處理,進(jìn)入預(yù)氧化爐的工件必須干凈、無(wú)油。預(yù)氧化爐使用溫度350°～450°,工件經(jīng)預(yù)氧化能在其表面形成氧化鐵薄膜,對(duì)提高滲層均勻性和提高滲層深度都有很好的作用。

6.清洗機(jī)。對(duì)工件進(jìn)行清洗及烘干,包括堿水浸洗噴淋、清水噴淋、烘干室。

7.回火爐。對(duì)淬火后的工件進(jìn)行回火處理。

8.系統(tǒng)控制。整個(gè)系統(tǒng)采用PLC程序自動(dòng)控制,并納入整套生產(chǎn)線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。

生產(chǎn)線采用條碼系統(tǒng)用于輸入裝料信息如:工件種類(lèi)、裝料數(shù)量、操作者情況等,采用上位機(jī)用于料盤(pán)跟蹤可實(shí)時(shí)顯示爐內(nèi)料位信息,自動(dòng)控制出爐順序。

控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能:(1)輸入、儲(chǔ)存、顯示工件數(shù)據(jù),工藝數(shù)據(jù);(2)儲(chǔ)存、顯示工藝曲線的設(shè)定值和實(shí)際值;(3)儲(chǔ)存、顯示故障信息;(4)儲(chǔ)存、顯示熱處理數(shù)據(jù);(5)可在實(shí)驗(yàn)室輸入檢測(cè)結(jié)果;(6)打印熱處理數(shù)據(jù),包括:裝料編號(hào)、工件數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過(guò)程,開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間等。

二、安全設(shè)計(jì)

推盤(pán)爐及淬火槽中通有保護(hù)氣氛,這種氣氛易爆、易燃,安全設(shè)計(jì)在爐子設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮。

不安全因素爆炸,爆炸由三個(gè)條件構(gòu)成:一為密閉空間,環(huán)形爐具備此條件;二為著火源,工件、機(jī)構(gòu)震動(dòng)摩擦碰撞可能產(chǎn)生火花;三為一定混合比。可燃性氣體與空氣達(dá)到一定混合比時(shí)發(fā)生爆炸。如氫氣在空氣中含量4%～75%、一氧化碳在空氣中含量12.5%～74%。以上三個(gè)條件同時(shí)具備才可能發(fā)生爆炸。

為了減少可燃性氣體與空氣混合,爐門(mén)設(shè)計(jì)為密封結(jié)構(gòu),另外,底裝料機(jī)構(gòu)、淬火油槽工件油下轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu),也都能達(dá)到此目的。

廢氣排放口的燒嘴必須保持點(diǎn)燃,熄滅后將有故障顯示,否則逸出的氣體有爆炸危險(xiǎn)。廢氣排放點(diǎn)火器離子電極探測(cè)不到火焰時(shí),則相應(yīng)供氣管道上的電磁閥關(guān)閉防止可燃?xì)怏w從管路中噴出引起爆炸。如果氣體燃燒器損壞,必須能自動(dòng)充入氮?dú)膺M(jìn)行吹掃。設(shè)計(jì)時(shí)須保證點(diǎn)火供氣在斷電情況下可以使用,除主供氣管路外設(shè)計(jì)單獨(dú)支路,斷電時(shí)可手動(dòng)打開(kāi)并能點(diǎn)燃。

爐壓保持200～300Pa,目的即是滲碳要求也能防止空氣滲入。多余保護(hù)氣由廢氣排放口排出并點(diǎn)燃。但在一些故障情況下形成負(fù)壓,空氣可能從廢氣排放口、連接處、爐門(mén)等處進(jìn)入爐內(nèi)與可燃性氣體混合。采用壓力檢測(cè)裝置如壓力開(kāi)關(guān),當(dāng)壓力接近大氣壓時(shí),采用高壓氮?dú)饪焖偻ㄈ霠t內(nèi),以維持正壓,這種方式最安全。當(dāng)爐內(nèi)壓力高時(shí)停止供氣并排氣。

設(shè)計(jì)時(shí)其它安全考慮:為保證安全,在斷電時(shí)工作進(jìn)程能進(jìn)行下去,可增加緊急控制電源。爐體機(jī)構(gòu)部件須可監(jiān)控,易于維修清理和足夠的操作空間,動(dòng)作安全可靠并與各種安全裝置相互協(xié)調(diào)。對(duì)各種可能出現(xiàn)危險(xiǎn),例如運(yùn)動(dòng)部件割傷、夾住、可能觸電、著火地方等加安全防護(hù)和警示標(biāo)志。

工藝保證:在向爐內(nèi)充入可燃?xì)怏w的過(guò)程中,為了避免因超過(guò)爆炸極限可能造成的危險(xiǎn),必須滿足以下條件:(1)注入可燃?xì)怏w前,向爐內(nèi)充入氮?dú)?充入量至少是爐子容積的5倍;(2)廢氣燃燒器必須被點(diǎn)燃;(3)在向爐內(nèi)充入可燃?xì)怏w前,環(huán)形爐必須高于安全溫度750℃;(4)必須保證爐內(nèi)壓力為正壓。當(dāng)壓力降到操作壓力以下值時(shí),必須馬上停止供氣,用氮?dú)膺M(jìn)行置換。

三、結(jié)語(yǔ)

愛(ài)協(xié)林熱處理系統(tǒng)(北京)有限公司在國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)了數(shù)十條推盤(pán)爐滲碳生產(chǎn)線,這些設(shè)備廣泛用于機(jī)械制造、汽車(chē)、軸承、航空航天、鐵道、船舶、兵器等行業(yè),至今已為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。