[发明专利]井式气体渗碳炉及工装工艺的改进

说明书

技术领域

本发明涉及一种井式气体渗碳炉的改进，包括对在井式渗碳炉中使用的渗碳工装的改进和工艺的改进。

背景技术

传统的井式气体渗碳炉是上世纪六七十年代使用的主要渗碳设备，目前虽然有许多如连续渗碳炉、多用炉、真空渗碳炉等新设备，但井式渗碳炉在工厂还是被大量应用。它包括控温装置、带有加热元件的炉体，在炉体内设置有炉罐，炉罐上部有炉盖，炉盖上面安装有电机，电机与位于炉盖下面的风扇相连，工作时炉盖盖在炉罐上并密封，风扇在炉罐内旋转起到搅拌炉内气氛强制炉内气氛循环的作用。传统的井式气体渗碳炉的风扇下面设置有吊挂在炉盖下面的挡风板，炉内气氛的均匀循环由挡风板来保证，风扇吹出的气流沿挡风板流向四周炉罐内壁处，使气流在炉罐和料筐壁之间向下流动到炉罐底部，而风扇中心区域形成负压区，使到达炉罐底部的气流沿炉罐中心返回，这样可以防止气流直接吹到料筐及料筐内的工件上，造成炉内气氛有循环不到的地方，或者直接从料筐上方返回循环。

渗碳时，需要渗碳的工件是摆放在料筐内，工作过程中风扇旋转时风扇中心区域会形成负压区，渗碳气流会在炉罐和料筐壁之间向下流入底座的下部，然后从底座底部的透气孔、料筐底部的间隙向上流入料筐，与工件充分接触，然后再被吸入风扇负压区，重新进行新一轮循环。循环过程中炉内不应留有任何渗碳气氛流通不到的死角。

渗碳时不断向炉罐内滴入的煤油、丙酮、甲醇等渗剂，渗剂在高温下分解后随风扇搅拌的循环气流在炉内循环，循环气流不断将活性渗碳气氛带给工件并吸附在工件表面被工件所吸收，同时将停滞在工件表面上非活性气体层带走，以实现工件的渗碳过程。

炉内气流在风扇作用下强制循环，由于风扇和安装在炉盖下面的挡风板之间距离受设备的限制而十分狭小，气流在循环过程受阻，部分受阻气流沿挡风板边缘直接从进入料筐上方，在料筐和挡风板之间循环，另外还有一些受阻气流从料筐内部向下重新返回进入料筐，这部分气流和强制循环气流方向相反，会消弱强制循环的气流，其气流运动方向可参见附图2。这样料筐内四周部位与中间部位的气流循环速度不一致，使得炉内出现了气氛不均匀现象。

在井式渗碳炉中渗碳的过程一般分为排气阶段、强渗阶段和扩散阶段。在排气阶段，由于气流循环不均匀，在料筐内部四周部位强制气流相对较弱，这里的氧化性气氛不能被迅速排除出炉罐外，造成该部位工件表面产生氧化现象，氧化皮的存在会影响工件的渗碳速度，甚至使该部位的工件出现没有渗碳层的现象。很多工件部分表面渗碳后不再加工，氧化皮的存在会影响产品质量。

在渗碳阶段，由于气流循环不均匀，不同部位的工件所接触的渗碳气氛的浓度和碳势的不同，直接导致渗速不同，结果是同一渗碳炉生产出的工件的渗碳层、表面碳浓度有差异，甚至同一工件的不同部位渗碳层也不一致。为了保证渗碳速度缓慢部位工件渗碳层合格，必须要延长渗碳时间，而其它活性碳原子浓度高的区域的工件会产生粗大的碳化物组织甚至渗碳层深度超差。

围绕渗碳周期时间长，生产效率低下这一现象，人们长时间以来进行了广泛的研究，提出了许多提高渗碳速度的方法如：提高炉内碳势、提高渗碳温度、渗剂中增加催渗剂、增大炉内压力等方法。这些对于传统的井式渗碳炉来说，由于炉内气氛不均匀，这些提高工件的渗碳速度的方法所取得的效果并不十分明显。

由于炉内气氛的不均匀，活性气氛高的部位活性碳原子不能完全被工件吸收，碳浓度高部位的活性碳原子会部分形成炭黑覆盖在工件表面，严重阻碍工件对活性碳原子的吸收，从而影响渗碳速度，造成渗碳周期时间延长，生产效率低，造成电能浪费；还有部分活性碳原子随废气排除炉外，造成渗剂浪费。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种对传统井式渗碳炉的改进方案及对井式渗碳炉所使用的工装的改进方案，并结合此改进而提供一种合适的渗碳工艺，从而提高传统井式渗碳炉的渗碳速度，节约渗碳时间，改善产品质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种井式渗碳炉，包括在炉体内设置的炉罐、炉罐上部的炉盖、安装在炉盖下面的与电机相连的风扇、安装在炉盖上面的排气管、风扇下面的挡风板，挡风板与炉盖为分离设置，挡风板独立设置在盛放工件的料筐的上面，并将原有炉盖上吊装的挡风板拆除；排气管上面安装有压力调节阀及测定炉内压力的压力计，压力计可以是U型水柱压力计。通过调节压力阀来增大或者减小炉内压力，U型压力计实现压力显示。