離子化學(xué)熱處理技術(shù)隨著我國信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,目前已經(jīng)在我國生產(chǎn)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,主要包括離子淡化、等離子體化學(xué)氣相沉淀和離子氮碳共滲等不同的處理工藝,在企業(yè)的生產(chǎn)過程中應(yīng)用具有較好的質(zhì)量,處理速度相對(duì)比較快,不會(huì)產(chǎn)生污染和技能等特點(diǎn)。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中,充分發(fā)揮離子熱處理技術(shù)的作用,需要技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫式活性屏離子熱處理爐主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.確定爐體結(jié)構(gòu)中爐殼的外形和材料
保溫式活性屏離子熱處理爐是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的一種生產(chǎn)設(shè)備,主要的組成部分是保溫式爐體、液壓升降系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。這種生產(chǎn)設(shè)備在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中,最高的工作溫度是650℃,設(shè)備中的極限真空度小于1Pa。其中,保溫式活性屏離子熱處理爐中在離子滲氮時(shí),最高溫度不足650℃。為了保證該生產(chǎn)設(shè)備在這種溫度下,仍然可以繼續(xù)長期進(jìn)行工作,在選擇爐體結(jié)構(gòu)外殼材料的時(shí)候,可應(yīng)用奧氏體不銹鋼材料。因?yàn)閵W氏體不銹鋼材料在工業(yè)生產(chǎn)過程中,相對(duì)于其他材料,具有較好的高溫強(qiáng)度、冷加工成形性、耐蝕性、可焊性和氣密性等優(yōu)點(diǎn)。一般情況下,大部分的離子熱處理爐的真空反應(yīng)室中的殼體基本都屬于鐘罩式結(jié)構(gòu),因?yàn)槿菀字圃?,而且具有較高的承壓能力。所以,在設(shè)計(jì)保溫式活性屏離子熱處理爐主體結(jié)構(gòu)的時(shí)候,爐殼外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本上都是立式鐘罩形。
2.計(jì)算爐壁的厚度和爐體尺寸
保溫式活性屏離子熱處理爐的主體結(jié)構(gòu)中,采用的是保溫式反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。其中,反應(yīng)室內(nèi)的工件的加熱主要是利用活性屏進(jìn)行輔助加熱的,而反應(yīng)室外壁的保溫材料主要是利用保溫材料進(jìn)行覆蓋實(shí)現(xiàn)的。另外,僅僅應(yīng)用局部水冷的方法在爐體結(jié)構(gòu)中的冷卻部位進(jìn)行冷卻,例如爐體結(jié)構(gòu)中的電極和密封膠圈等冷卻部位進(jìn)行冷卻。在對(duì)爐體結(jié)構(gòu)中的反應(yīng)室進(jìn)行了一定的保溫處理之后,不僅可以節(jié)水和節(jié)電,還可以有效的提高爐體結(jié)構(gòu)中反應(yīng)室中工件溫度的均勻性,對(duì)反應(yīng)室中的使用空間進(jìn)行了有效的擴(kuò)大。為了保證生產(chǎn)工件在經(jīng)過一定的處理之后,在進(jìn)行冷卻的時(shí)候加快冷卻速度,設(shè)計(jì)人員可在保溫式活性屏離子熱處理爐的反應(yīng)室和保溫層之間的風(fēng)冷通道。例如,對(duì)爐壁厚度進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候,如果爐體結(jié)構(gòu)是圓筒形殼體,在計(jì)算厚度的時(shí)候,可利用圖解法和計(jì)算法。選擇比較簡單常用的圖解法,對(duì)爐壁的厚度進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)思路主要是:
(1)假設(shè)圓筒計(jì)算壁厚度值為S0,圓筒內(nèi)徑為DB,圓筒外徑為DH,圓筒的計(jì)算長度是L,需要決定比值L/DH和DH/S0。根據(jù)實(shí)際測(cè)量出的圓筒形或者球形鋼制外壓容器壁厚,計(jì)算出L/DH的比值,將此點(diǎn)按照水平方向進(jìn)行移動(dòng),相交DH/S0于一點(diǎn)。讓這點(diǎn)沿垂直方向移動(dòng),相交于在爐體結(jié)構(gòu)中所選的溫度線于一點(diǎn),將這點(diǎn)沿水平方向向右移動(dòng),可以計(jì)算出系數(shù)B。
(2)按照一定的計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)對(duì)許用外壓力的計(jì)算,公式為[P]=BS0/DH。對(duì)爐體結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)的壓力P和計(jì)算出的[P]值進(jìn)行對(duì)比,如果[P]<P,則需要增加爐體結(jié)構(gòu)中的壁厚,重復(fù)進(jìn)行上述步驟,直至[P]≧P,保證[P]值最接近p時(shí)停止計(jì)算。
爐體結(jié)構(gòu)中保溫層的設(shè)計(jì)
為了保證保溫式活性屏離子熱處理爐功能的充分發(fā)揮,在設(shè)計(jì)爐體結(jié)構(gòu)的時(shí)候,要選擇合適的保溫材料。首先,爐體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的保溫材料,應(yīng)該滿足一項(xiàng)前提條件,就是符合工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)物理和化學(xué)性能等工藝要求。在選擇的時(shí)候,應(yīng)該保證選用的材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)、較小的密度、容易施工和較低的價(jià)格。例如,某生產(chǎn)工業(yè)保溫式活性屏離子熱處理爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,選用的保溫層材料是巖棉板,主要的原料是精選的玄武巖,利用高溫熔化加工制成的人造無機(jī)纖維,這種保溫層具有較低的材質(zhì),較好的吸聲性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能、較小的導(dǎo)熱系數(shù)和不燃等特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫層的設(shè)計(jì)之后,技術(shù)人員還需要對(duì)保溫層的厚度進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。一般情況下,計(jì)算爐體結(jié)構(gòu)中保溫層厚度的時(shí)候,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為3種。第一:按照允許的表面熱損失值進(jìn)行確定;第二:利用經(jīng)濟(jì)厚度法進(jìn)行計(jì)算確定;第三:按照保溫層的表面溫度進(jìn)行計(jì)算。
爐體結(jié)構(gòu)中冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
保溫式活性屏離子熱處理爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是十分重要的工作內(nèi)容。因?yàn)?,例如爐體中的一些密封部位,比如爐體中的觀察窗、底盤和電極等基本上是利用橡膠圈進(jìn)行密封的。一般情況下,普通橡膠圈的工作溫度在100℃之下,需要應(yīng)用局部水冷措施進(jìn)行冷卻。為了提高該生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)工作效率,在離子熱處理后的工件進(jìn)行冷卻的時(shí)候,應(yīng)用爐外風(fēng)冷,可在爐體中的保溫層和爐壁之間設(shè)置風(fēng)道。如需對(duì)工件進(jìn)行冷卻,秩序打開軸流風(fēng)扇,讓風(fēng)道中進(jìn)入流動(dòng)空氣,帶走爐壁中產(chǎn)生的熱量,從而快速冷卻工件。
根據(jù)保溫式活性屏離子熱處理爐目前在我國工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,不斷的對(duì)爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以充分發(fā)揮爐體的重要作用,才能促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。