一种气体碳氮共渗自动化控制方法及装置的制造方法

文档序号:9612067阅读:694来源:国知局
一种气体碳氮共渗自动化控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的一种气体碳氮共渗自动化控制方法及装置,属于气体碳氮共渗技术领 域。
【背景技术】
[0002] 氮碳共渗是W渗氮为主同时渗入碳的化学热处理工艺,也称为软氮化,主要目的 是提高钢的耐磨性和抗咬合性W满足产品质量的要求。在软氮化行业,企业不断追求具有 更优的生产工艺、更高质量的氮化产品及自动化程度更加完善的生产控制方法和装置W减 少人工成本、减少人为误差W及增加工艺稳定性,增加产品质量和提高生产效率等。
[0003] 现有氮碳共渗技术主要分为液体法和气体法即盐浴软氮化和气体软氮化,因目前 液体法的盐浴氮化具有氮化过程繁琐,反应产物有毒、企业对废液处理成本高、废料环境污 染大、氮化效率低等缺点所W行业正逐步淘汰液体法盐浴氮化,气体软氮化实质上就是在 低溫条件下,W渗氮为主的低溫氮碳共渗,使碳和氮同时渗入钢表面的一种化学热处理。其 中渗氮使用氨气提供氮原子,渗碳使用C0或者乙醇等提供碳元素,渗氮过程中利用氯离子 破坏不诱钢纯化膜,它的特点是处理溫度低、不受钢种的限制及处理时间短,工件变形小, 质量稳定,能显著提高零件的耐磨性、疲劳强度、抗咬合、抗擦伤等性能。
[0004] 目前在气体软氮化方面,国内主要用于高速钢的软氮化,不诱钢气体软氮化尚未 普及,主要由于技术不成熟、氮化稳定性差W及常规气体软氮化时间久、效率低和大批量 不诱钢气体软氮化不均匀、合格率低等缺点。综合行业情况,气体软氮化在国内外主要分 有高中低Ξ层次。分别为低层次:采用人工全程手动控制,根据时间控制及经验来完成气 体氮碳共渗,造成氮化效率低、氨气消耗量大、产品质量稳定性不足,只针对高速钢的软氮 化,无法实现对不诱钢的软氮化,废品率高,操作麻烦工人培养难等缺点;中层次:国内较 普遍采用的低自动化或半自动化控制方案,W炉外传感器检测取样气达到对乙醇及氨气的 半闭环控制,缺点是控制精度低,实时信号滞后较难得出稳定氮化工艺参数和氨气消耗量 大,可实现高速钢软氮化难W实现大批量不诱钢的均匀软氮化。其中如:中国专利公开号 CN102517541A所使用的即为手动或半自动控制系统的工艺设备,该工艺设备人工控制稳定 性差,劳动强度大,手动控制效率低且氮化时间长,氮化氨气用量大。高层次:即全自动控制 软氮化,分国内和国外两种,采用国外高精检测传感器及全套控制体系的设备,缺点是成本 太高,系统繁琐,维护难、维护成本高,目前国内厂家对运一层次为刚起步阶段,技术不大成 熟,有生产出W-氧化碳为提供碳原子的邸式炉完整闭环控制软氮化,但采用进口氨氧探 头,成本高,且氨气消耗量大,氮化时间久和无法解决多层密集小零件巧日空调压缩机零件 滑片)的氮化渗层均匀性问题,所W现有气体软氮化自动化控制方法及装置还是不够完善。

【发明内容】

[0005] 本发明的发明目的是:提供一种结构简单、安全可靠、节能高效、易维护,无污染, 产品质量性能高,采用PLC控制系统针对相应零件的数量与材料的工艺参数快速确立,控 制零件的白亮层、网状层深度稳定,不诱钢批量生产均匀性稳定,氨气消耗量小耗能低,氮 化时间少效率高的一种气体碳氮共渗自动化控制方法及装置,W克服现有技术的不足。
[0006] 本发明是运样实现的:一种气体碳氮共渗自动化控制装置,包括氮化炉、PLC控制 器、加热溫控装置、氨气干燥设备和触摸屏,所述氮化炉上设置有压力传感器、氨探头、热电 偶和电炉丝,在氮化炉顶部设置有叶片,叶片和风机相连接,所述加热溫控装置与热电偶和 电炉丝相连接,所述氮化炉通过真空管道与真空累相连接,所述氮化炉通过排气管道与排 气装置相连接,所述风机、压力传感器、氨探头、加热溫控装置、排气装置W及真空累分别与 PLC控制器相连接;所述氮化炉底部分别连接有氮气管道、乙醇管道和氨气管道;所述排气 装置与液化气管相连接。
[0007] 所述氨探头与PLC控制器之间设置有氨分析仪;所述真空管道上设置有真空管道 阀口,所述排气管道上设置有排气阀口和排气电磁阀。
[0008] 所述氮气管道上设置有氮气电磁阀,所述乙醇管道上设置有乙醇电磁阀和Ξ针滴 度计,所述氨气管道上设置有常量调节阀和控制量调节阀和氨气流量计。
[0009] 所述氨气管道上设置有氨气干燥设备,在氨气干燥设备上设置有露点仪。
[0010] 所述排气装置上设置有点火装置。
[0011] 在氨气管道上设置有氨气流量计。
[0012] 在液化气管上设置有液化气电磁阀。
[0013] 一种气体碳氮共渗自动化控制装置的控制方法,该控制方法按W下步骤进行: 1) 预抽真空:打开氮化炉炉口,装进零件后关闭炉口,关闭排气阀口后,打开真空累,开 启风机W及加热溫控装置,抽真空至设定的真空度20~35pa时真空累关闭; 2) 保护气填充:氮气电磁阀打开后通入氮气至炉内达到正压,压力值为5~20厘米水 柱时打开排气电磁阀,调节排气电磁阀排气量持续通氮气至炉压为15~45厘米水柱,保持 3~8分钟后逐步增大排气阀开度降低压力至0~15厘米水柱; 3) 原料添加:启动旋转叶片的电机,氮化炉的炉溫升至120°C~250°C时,打开乙醇电 磁阀,通入除纯化膜乙醇溶液至Ξ针滴度计后进入炉内,按氮化工艺要求调节Ξ针滴度计 控制滴速,保持通氮至炉溫达250°C~400°C后关闭氮气电磁阀,停止通入氮气同时氨气干 燥设备启动,露点仪检测氨气干燥值,提供干燥氨气,常量调节阀和控制量调节阀同时打 开,调节排气电磁阀或排气阀口使炉压控制在设定值,氨分析仪监测氨分解率,当实际氨分 解率达到PLC控制器设置的氨分解率设定值时,控制量调节阀自动进入高频通断控制,流 量计监测氨气的总流量; 4) 废气处理:氮化炉的炉溫达到400°C~500°C时,打开液化气电磁阀,通入液化气至 排气装置,点火装置点火,利用液化气持续燃烧助燃废气,至炉内达到15%~45%区间设定 的氨分解率即废气燃烧稳定的氨分解率时液化气电磁阀关闭,停止助燃; 5) 保溫氮化:氮化炉继续升溫,氮化炉的炉溫达到560°C~580°C时进入氮化保溫阶 段,保溫计时开始,保溫时间180~300min,压力进入闭环控制,控制在10~28厘米水柱, 设定单段或Ξ段氨分解率,实现不诱钢滑片软氮化的总时间低于300min; 6) 降溫出炉:保溫时间结束后,常量调节阀和控制量调节阀同时关闭,乙醇电磁阀关 闭、风机关闭、加热关闭,氮气电磁阀打开使氮化炉的炉溫冷却至280°CW下,炉口开启,产 品出炉。
[0014] 所述常量调节阀和控制量调节阀总流量为2~4m3A,PLC控制器记录氨分解率 和氨流量时间曲线。
[0015] 利用本一种气体碳氮共渗自动化控制方法及装置对11化17不诱钢11化17不 诱钢为例)进行5个批次气体氮碳共渗处理,各实验批次零件数量为5040件,5次实验总共 实验零件总数为25200件,W下为五批次零件的实施例测量结果。
[0016] 由于采用了上述技术方案,本发明工作时,通过上述方法其可完成不诱钢滑片 llCrl7不诱钢滑片为例)单次装炉量大于5000件,氨气流量小于4m3A,氮化用时小于 SOOmin,产品30um处硬度大于900HV,60um处硬度大于600HV,白亮层大于5um,网状层大 于80um,合格率大于99. 5%,同国内外相比系统设备重点实现了多层密集不诱钢薄片零件 的氮化渗层均匀,气体原料消耗量低,单次装炉量大氮化效率高,氮化用时少的四大问题。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构示意图; 图2为本发明的系统控制过程框图; 附图标记说明:1-氮化炉,2-PLC控制器,3-氨探头,4-热电偶,5-叶片,6-风机, 7-加热溫控装置,8-压力传感器,9-排气装置,10-真空累,11-真空管道,12-氨分析仪, 13-排气阀口,14-排气管道,15-真空管道阀口,16-氮气管道,17-乙醇管道,18-氨气管 道,19-氮气电磁阀,20-乙醇电磁阀,21-常量调节阀,22-控制量调节阀,23-Ξ针滴度计, 24-氨气干燥设备,25-露点仪,26-液化气管,27-点火装置,28-氨气流量计,29-液化气电 磁阀,30-排气电磁阀,31-电炉丝,32-触摸屏。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明,但不作为对本发明的限 制。
[0019] 本发明的实施例:一种气体碳氮共渗自动化控制装置,包括氮化炉1、PLC控制器 2、加热溫控装置7、氨气干燥设备24和触摸屏32,所述氮化炉1上设置有压力传感器8、氨 探头3、热电偶4和电炉丝31,在氮化炉1顶部设置有叶片5,叶片5和风机6相连接,所述 加热溫控装置7与热电偶4和电炉丝31相连接,所述氮化炉1通过真空管道11与真空累 10相连接,所述氮化炉1通过排气管道14与排气装置9相连接,所述风机6、压力传感器8、 氨探头3、加热溫控装置7、排气装置9W及真空累10分别与PLC控制器2相连接;所述氮 化炉1底部分别连接有氮气管道16、乙醇管道17和氨气管道18 ;所述排气装置9与液化气 管26相连接。
[0020] 所述氨探头3与PLC控制器2之间设置有氨分析仪12 ;所述真空管道11上设置 有真空管道阀口 15,所述排气管道14上设置有排气阀口 13和排气电磁阀30。
[0021] 所述氮气管道16上设置有氮气电磁阀19,所述乙醇管道17上设置有乙醇电磁阀 20和Ξ针滴度计23,所
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