1、,井式渗碳炉的工作原理,设备采用气体渗碳，载气为氮气+甲醇，氮气与甲醇的混合比为1.1:1(单位为m3/h：L/h)。以满足CO、N2、H2的配比20%：40%：40%（2：4：4）。渗碳富化气一般采用异丙醇、丙烷、丙酮、RX气，碳势自动控制，采用两套控制系统：氧探头+红外分析系统，形成O2、O2+CO、CO2、CO2+CO四种控制方式。采用定碳进行准确校正炉内碳势。,井式渗碳炉的工作原理,作为富化气的原料（丙烷、丙酮、异丙醇）和调节碳势的空气，均采用PID调节控制，供入炉内进行汽化、裂解，富化气和空气电磁阀全部采用比例控制器，比例控制器的使用提高了设备的碳控精度和碳势的稳定性,井式炉的安全操2、作,渗碳工艺编制：根据工件的材质，渗层深度、渗碳温度、气氛种类由计算机模拟生成渗碳工艺传送给碳控仪表；也可以采用成熟的工艺在计算机或在碳控仪表中直接编写工艺程序，装载运行。设备所带碳控仪表是集温度控制、碳势控制、渗碳工艺控制、过程程序控制的一体化可变控制系统。上位机管理系统具有远距离控制、模拟渗碳工艺程序、管理和贮存全部工艺过程的功能。,井式渗碳炉的工作原理,炉体结构：渗碳炉由炉壳、底座、导风筒、炉衬、加热元件、炉盖、炉盖压紧结构、循环风机、炉盖提升及平移机构、快冷供风系统、供气系统、冷却水管路、温度测量、碳势测量、废气排放燃烧系统、气体分析取气结构、取样装置等组成。导风筒的作用主要是提高炉内3、的热交换能力。循环风机的作用主要是提高炉内气氛和温度的均匀性。,井式渗碳炉的工作原理,炉体结构示意图,井式渗碳炉的工作原理,废气排放,炉衬,导风筒,快冷装置,循环风扇,快冷装置,炉底座,导风筒盖,气氛循环示意图,井式渗碳炉的工作原理,由于使用保护气体在热处理过程中设备存在火灾、爆炸、令人窒息 及中毒的危险!爆炸的三要素：1.可燃气体与空气混合比达到爆炸极限。2.有限的（密闭的）空间。3.低于设备的安全温度（井式渗碳炉的安全温度是750）。高于安全极限温度气体会自行点燃产生燃烧，所以气体渗碳炉原则上仅在炉温高于750才可向炉内供给可燃保护气！在生产操作过程中，由于高温作业原则上所有炉子都有可能发4、生燃烧危险！,井式炉的安全操作,爆炸性气氛可能产生于：（1）炉温低于750 时（2）当炉膛冷却下来时，炉内气体体积减少，有可能使空气渗入炉内（3）在升降炉盖时，空气进入炉内（4）炉内气氛由保护气氛改变为空气时,或由空气改变为保护气氛时。如起炉开始供气时。（5）当可燃性混合气体达到一定比例，此时温度又低于750时就极可能发生爆炸事故。而当温度高于750时,可燃性气体会在形成一定比例混合气之前先与氧气发生燃烧反应产生不可燃气体,而不会形成爆炸性混合物。（6）如果排出的保护气体未被点燃，有剧烈的爆炸、中毒、窒息的危险。,井式炉的安全操作,井式渗碳炉爆炸防止措施正确的换气时间操作炉体的密封性好正确的供5、气操作炉盖废气排放口点火装置必须正常工作，保证排出的废气能够及时点燃。如果出现废气点火故障，则必须手持火把到废气排放口处点燃废气，手持火把点燃废气时必须在废气排放口下方保持1米以上的距离，以防人员烧伤。,井式炉的安全操作,设备操作中的危险和安全预防措施 为尽量减少危险情况的发生，大多数热处理过程中要使用保护气体，不同的热处理过程需要不同的炉子气氛，当选择炉内气氛时，经济性和安全性应同时考虑在内，应首选采用危险性小的炉内气氛。保护气体：所谓保护气体是指能在炉膛内建立起来的相应保护气氛，它能防止工件在炉内发生非要求的反应，并提供炉内较稳定的气体压力。保护气体，有时是指单一的纯气体，有时是指多种气体6、的混合物，而且涵盖添加到炉内后能够改变炉内保护气体组份的富化气及其它气体。,井式炉的安全操作,热处理过程中常用的保护气体是单一组份的气体，或多种气体的混合物。这些气体基本上是由氢气（H2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等组成。井式渗碳炉的保护气是以氮气+甲醇+富化气（异丙醇、丙烷、丙酮、RX气）通入炉内形成的。保护气体中不含氧，当吸入一定量的保护气体，将使人呼吸困难，严重时有窒息的危险。保护气体的某些成分是有毒的，如CO等。设备在操作期间应注意适当的通排风。炉子渗漏的保护气体可引起操作人员眩晕和呕吐。,井式炉的安全操作,操作供应保护气体炉子的工作规则：操作人员应在炉旁，作7、为操作保护气体的一种安全措施；当炉温低于750时，注意渗碳气体供应的切断，应十分注意所有的接口（连接接口、测量装置通道、供气管法兰和套管）的密封性。如发现管道泄露应立即检修！为安全起见，在炉子开动时操作人员要坚守设备旁。排气管处的点火烧嘴必须正常工作，以保证排出的气体能够点燃。在任何情况下，如果点火烧嘴故障，则必须手持火把到废气排放口处点燃逸出的保护气体。如果排出的保护气体未被点燃，在室内积聚会有剧烈的爆炸危险！在炉内形成的保护气体与进入的空气氧混合存在严重的爆炸危险！在供电、供气或保护气体故障情况下，控制安全温度和炉内气氛是不能保证的，必须避免炉子产生非控制的状态。,井式炉的安全操作,超出设8、备适应范围和用途及违反操作规程，都将产生设备损坏、爆炸、着火的危险！断电和加热故障：气体渗碳炉在运转的全部时间内都应对炉温和加热故障进行监视，炉温下降至安全温度之前应尽可能排除断电事故。炉温降低到小于750度时，渗碳气体停止供应。出现断电时，渗碳气体停止供应，氮气以大流量充入。必须保证足够量的安全氮气（安全充入量5倍炉内容量）！气体供应故障：工艺过程中炉内充有保护气体，当炉内压力降低时，氮气会以大流量自动充入炉内；当炉内压力超高时，渗碳气体会自动停止供应。,井式炉的安全操作,置换气用量：设炉膛容积为VO（m3），置换气用量Q（m3/min），换气时间t(min)，被置换气体的残存量V（m3）。9、单位时间内，有下面这样的关系：减少的被置换气体残存量=置换气体所带出的被置换气体残存量-dv/dt=QV/VO 经变换积分：V/VO=e-Qt/V0式中，Qt为置换气体用量(m3)，设VO=1m3，计算结果如下表：置换气体用量与残存气量的关系,井式炉的安全操作,不同保护气换气用量：如用H2气来置换或吹洗炉膛的空气。H2气的爆炸范围是4.175%，则残存空气为25%，就不会发生爆炸。这时，查上表，H2用量为炉膛容积的1.39倍。继续通入H2，还不能通电升温，因为炉膛内空气还很多。如果通电升温，则炉膛内很快都可以达到着火温度，这时整个炉膛就会同时燃烧（达到着火温度，着火浓度范围就不存在了。可燃物少10、，空气多，可燃物燃尽为止；空气少，可燃物多，则把空气燃尽为止）。这种燃烧，称为爆燃。爆燃有时具有破坏力，也是必须禁止的。Aichelin的安全指南指出：置换后，炉气含氧量1%，置换就可结束，（相当于空气量5%），炉子不会爆炸，是安全的了。上述用H2气置换炉膛的空气，H2用量为炉膛容积的3倍时，炉膛空气含量为5%，这时就可通电升温了。此项目多用炉为氮甲醇气氛，一般用氮气置换。,井式炉的安全操作,Aichelin的安全指南指出：当炉内可燃组分（CO+H2+1%CH4）含量5%时，换气完成，不会形成爆炸混合物。根据这个原则，以N2置换炉膛内残存吸热式气氛（CO+H2=70%），据上表，通入N2气为炉11、膛容积的2.7倍时，炉膛内残存吸热式气氛体积含量为6.7%，这时，CO+H2=0.7x6.7%=4.7%5%，这就表明，用2.7倍炉膛容积的N2冲洗充满吸热式气氛的炉膛，可以使炉膛气氛无爆炸性。可以判断出来，置换气体的用量，与被置换气体可燃物含量的多少有关。可燃物少，置换气用量少；可燃物多，置换气用量就多。置换气体的用量应是炉膛容积的5倍，这个5倍之值不是绝对的，很些情况，都可小于5倍。以上只是理论计算，为了保证安全，要求置换气体为5倍炉膛容积。,井式炉的安全操作,当自动充氮安全装置发生故障或安全氮气气量不足时，应手动应急供氮或待炉内气体排放燃烧尽后，方可开启炉盖。开启炉盖时必须将炉盖四周的压12、紧手轮全部打开，否则将会对设备造成无法补救的严重损坏！如图1图2所示。,井式炉的安全操作,图1,图2,在操作设备时危险总是存在的，尤其当安全装置失灵或得不到报警提示信号时。但其发生的次数应尽可能最少，因此，有关有关设备管理和操作人员必须根据设备结构特点对热处理工艺及炉内气氛种类、设备的维护调整等统盘协调考虑。下列危险情况应立即采取预防措施：电源中断；炉子加热故障和随之温度下降；炉内温度控制故障和发生超温或低于安全温度；炉压控制故障和发生超压或欠压；气体供应故障；保护气外泄露；冷却水供应或排放故障；废气燃烧故障；,井式炉的安全操作,设备的安全运行不仅取决于使用适当的技术安全设备，还取决于操作人员13、的判断、操作和处理意外情况的正确性。因此，只有正确的使用设备的安全装置和严格的按照操作规程操作，设备的安全运行才能得到保证，未经培训人员严禁操作设备！为保障人身和设备安全，设备上安装有许多安全防护装置为降低危险设备上装有许多安全装置一般情况下安全装置时禁止使用的下面列出一些安全防护装置主开关可断开全套设备的电力供应；,井式炉的安全操作,急停按钮可停止炉盖升降、平移的机械动作炉内压力监视控制装置；,井式炉的安全操作,压力检测分为超压和欠压,炉盖保压装置,井式炉的安全操作,通过保压阀的调整使设备在正常工作时能够稳定在一定的压力范围内,炉口高压氮气防护装置；炉盖压紧检测,井式炉的安全操作,炉口高压氮14、气的使用能够有效降低在开关炉过程中热辐射的危害,炉盖密封限位的应用为防止从炉盖周围发生气体泄漏多了一道保障,炉盖升降导向定位结构（图1、2）炉盖升降越位装置（图3）,井式炉的安全操作,图3,图1,图2,废气排放口自动点火及报警装置,井式炉的安全操作,当设备工作温度达到750以上时，点火系统会自动启动，以保证炉内所排出的废气能够及时点燃，当点火系统出现故障时，检测系统将发出警报，此时需立即人工点燃废气,冷却水水分配系统井式渗碳炉冷却水是保障设备正常运行的必要条件高温下停水断水将给设备造成损坏设备使用过程中严禁停水！,井式炉的安全操作,水分配器带有压力检测、压力显示、流量监测，可根据设备需求调节水15、量大小,地坑气体泄漏报警装置;,井式炉的安全操作,因井式炉结构特点大部分炉体安装在封闭的地坑里，为预防炉体发生泄漏，在炉体旁安装了危险气体检测装置,超温监视控制装置；安全氮气充入控制装置；炉温低于安全温度联锁控制装置；气体欠压控制；控制仪表备用电源装置,井式炉的安全操作,设备控制柜上安装有工况图，在工况图上能及时观察到设备的运行状态及当前的报警信息,除工况板外设备所带的碳控仪表里也对设备的运行请况做出了显示双项显示提高了设备的安全系数,井式炉的安全操作,正常使用过程中设备处于高温状态下，应尽量避免高温对人体造成伤害，在一些特殊工序中应佩戴防护用具，如：抽取炉内试棒、对炉内碳势进行侧量、高温下开16、关炉盖、高温下维修设备等。,井式炉的安全操作,注意快冷时风冷管道的高温烫伤,注意废气排放管的高温烫伤,开启炉盖注意事项炉盖开启前必须将压紧手轮松脱！为防止开启炉盖时罐内瞬间释放压力所造成的危险，可在开启炉盖前先打开取样口释放罐内压力，炉盖关闭后必须马上关闭取样口。,井式炉的安全操作,设备送电前的检查准备设备送电前应先检查供水、供气压力，在送电后应检查设备供电电压是否平衡，送电升温时应检查加热区各项电流表电流是否均衡。,井式炉的安全操作,图1,图2,设备停炉时的注意事项炉盖在高温下开启后，必须尽快完成进出工件的操作，并将炉盖立即盖到炉子上，不允许较长时间在空气中快冷。循环风机只有在炉盖启闭的间隔17、时间内方可停止运转。循环风机在200以下方可停止运转。炉温小于840，不得通入丙烷。炉温小于750，不得通入甲醇。炉盖开启前必须将压紧手轮松脱。,井式炉的安全操作,可控气氛：在空气或燃气介质中加热金属工件，由于炉气中含有大量的O2、CO2和水蒸气，使钢铁工件氧化、脱碳，甚至烧损。采用可控气氛可实现金属的无氧化、无脱碳、无增碳加热，实现化学热处理控制（如碳势控制、氮势控制），完成诸如低碳钢冲压件的渗碳等特殊热处理工艺。1、可控气氛的种类:,井式炉的安全操作,按制备可控气氛的原料气(液)不同，可分为以原料气制备的、分离空气制备的、用有机液体制备的和瓶装高纯气体四类。2、以原料气制取可控气氛包括（118、）RX吸热式气氛：将原料气（液化石油气或天然气、丙烷）与空气按原子碳、氧比为1混合，送入装有催化剂的、由外部供热的反应罐内反应制得.,井式炉的安全操作,以丙烷为制备：10C3H8+15(O2+N2)30CO+40H2+56.4N2+Q 丙 烷：空气=1:7.2（1m3丙烷气生成12.64m3RX气）以天然气制备：2(CH4)+（O2+N2）2CO+4 H2+3.76N2天然气:空气=1：2.4（1m3天然气生成4.88m3RX气）,井式炉的安全操作,吸热式气氛主要用于气体渗碳、碳氮共渗和气体软氮化，也可用于一些 钢种的保护加热。（2）放热式气氛：在燃烧空气系数小于1的条件下，原料气（液化石油气19、）与空气进行不完全燃烧，其燃烧产物经冷却除水便制得放热式气氛。空气较少，所得气氛中还原性组分CO、H2含量较高称为浓型放热式气氛。空气较多，所得气氛中CO2含量较高，称为淡型放热式气氛。浓型放热式气氛，主要用于毛坯料和不重要零件的保护加热；淡型放热式气氛主要用于铜及铜合金（不含锌）的光亮处理。,井式炉的安全操作,（3）净化放热式气氛：是将放热式气氛经沸石分子筛净化，除去CO2和H2O而获得。广泛用于各类钢种零件的保护加热。（4）氨分解气和氨燃烧气：将氨气通入装有催化剂的反应罐内，在一定温度下分解，便制得氨分解气。将氨气与空气混合燃烧，经冷却干燥除水，便制得氨燃烧气氛。这两种气氛主要是N2和H220、，都不含碳（不会渗碳），因此特别适合低碳不锈钢、硅钢片等的光亮热处理。,井式炉的安全操作,3、分离空气制取氮基气氛包括（1）液氮气：将空气液化，利用氮、氧沸点不同（1标准大气压下的沸点N2：-195.8、O2：-183）分馏出氮气。配制适当的还原性气体成为氮基气氛。另外（2）普氮气净化（3）吸附分离空气制备氮基气氛，经净化除氧、除水，可获得高纯氮气。4、有机液体制取可控气氛滴入式气氛：用两种有机液滴入炉内渗碳，一种有机液裂解成为载体气（类似于吸热式气氛），另一种裂解为（渗碳的）富化气，以成功进行碳势控制。,井式炉的安全操作,有机滴注液主要有3类：C-H系、C-H-O系、C-H-O-N系。C-H21、系常用作制备可控气氛原料气和渗碳富化气的有甲烷、丙烷、和丁烷，以及煤油、汽油等。C-H-O系主要有甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H5OH）、丙醇（C3H7OH）、异丙醇（CH3）2CHOH、丙酮（CH3COCH3）、醋酸乙脂（CH3COOC2H5）等。C-H-O-N系作为气体碳氮共渗、气体软氮化用有机液。常用滴注液有：三乙醇胺N（C2H4OH）3、甲酰胺（HCONH2）、尿素CO（NH2）2等。,井式炉的安全操作,N2甲醇气氛：就是将特定比例的N2和甲醇，直接滴入高温炉内，甲醇在炉内充分裂解并与氮气混合，形成类似于吸热式气氛的稀释保护气氛，同时通入富化气和空气，通过控制富化气和空气的通断调节碳22、势。纯“N2甲醇”气氛能维持0.4-0.6的碳势，一般用作中碳钢光亮淬火时的保护气氛或做可控气氛渗碳时的载体气。1L甲醇 CO(33.3)和H2(66.7)混合气 1.66m 0.55m 1.11m CH3OH+2 N2 CO+2H2 2N2 1L CO H2 0.55m 1.11m 1.1m 2.76m 20 40 40 甲醇(L):氮气(m)=1:1.1,井式炉的安全操作,6、直生式气氛：高温下，将丙酮（CH3COCH3）或丙烷（C3H8）与空气按一定比例通入炉内，直接生成渗碳气氛，也称“超级渗碳”。,井式炉的安全操作,设备管理和保养设备的完好性和操作的可靠性只有通过强化管理和实施定期专门维护保养才可保证，这些措施包括设备各个部件的必要维护保养工作和修理与清理等。在设备保修期，作为实施保修的证明，必须将相应的维护保养工作记录于炉子手册中，这些记录应当包括实施人员、日期和设备计时器上的工作时数等各项内容。维护保养工作按维修计划进行，某些附加工作在操作说明中有描述。规定的维护保养和定期检查并不是绝对的，它对日常情况提供帮助和参考，而对所有结构零件的经常注意和对所有装置合理小心的处理，才是最佳操作可靠性的保证。这个原则特别适当于对温度、测量与控制装置进行调节和功能测试的时候。预防性维护保养比损坏之后的维修更经济。,井式炉的安全操作,