极性可变的节能辉光离子炉的制作方法

专利名称:极性可变的节能辉光离子炉的制作方法
本实用新型涉及一种改进的辉光离子炉，是在热处理技术领域：
中用途广泛，具有效大经济效益和技术价值的设备。
辉光离子炉在国外发达国家于六十年代中期推广应用，前期主要用于渗氮，近期朝多功能方向发展。我国从六十年代中期开始研制辉光离子渗氮炉，七十年代中期推广应用于生产，七十年代后期，有了辉光离子多元共渗炉，近年来，不少单位对现有辉光离子炉加以改造用于辉光离子渗碳工艺试验，並有不少单位在研制辉光离子渗碳炉。
至今为止，国内外的辉光离子炉，均采用夹层水冷式冷壁结构，其目的是缩短工艺完成后工件的降温时间，保持炉壁的耐压强度，保护真空密封结构，加速工件散热以增大输入功率而加强离子轰击。在能源紧缺的当代，以能耗来换取工件自然降温时间是不经济的，实践亦已证明，输入功率的大小对工艺过程並无多大的影响，增大输入功率而又加速工件散热不仅徒然耗能，还会因电压提高而影响辉光放电的稳定性。
现有辉光离子炉的观察窗挡板的运动是由传动轴直接带动，围绕传动轴作旋转圆周运动，其运动轨迹占据了很大一部份真空室有效容积。
现有辉光离子炉，未设辅助加热器的炉，零件温度极不均匀，温差大至上百度。设置了辅助加热器的炉，其加热器均系电阻加热器，结构复杂，易出故障，並需配备专用的辅助电源，造价增大了三分之一，辅助加热器又占据了很大的一部份真空室有效容积。
现有辉光离子炉未设置防触电装置，××省机械科学研究所曾发生了一件操作人员被料盘上的高压电当场击毙的事故。
本实用新型的目的是提供一种结构合理，节能、高效、零件温度均匀，能准确测量与自动控制温度，保证产品质量，使用性能稳定，可实现多种化学热处理和光亮退火，微氧化淬火等热处理工艺过程的专用和多用的辉光离子炉。
本实用新型的解决方案是
1.在炉体真空室内设置了一个筒状辅助电极，这个辅助电极和料盘的极性可变，在电源系统中设置了一套辅助电极和料盘的极性变换装置，当辅助电极和料盘均作为阴极工作时，辅助电极电路和料盘电路成为並联电路，互不干扰，可分别控制，因而可以实现对炉温分上下两段测量与自动控制。
2.将炉顶和炉腰的夹层水冷式结构改为空气自然冷却的单层真空壁，在真空室内的顶部和底部设置了饼状保温结构，腰部设置了筒状保温结构，保温结构的厚度以能使炉壁温度下降到60℃为原则，保温结构的内壳层成为热壁，保温材料选用耐火纤维制品，中低温炉用硅酸铝纤维制品，高温炉用高铝耐火纤维制品，保温结构的内壁用耐热钢薄板制作，对于真空密封橡胶件所在部位，采用局部冷却的方式设置围绕密封橡胶件所在部位的局部冷却水路。
3.在炉体的底盘和炉腰法兰处及电源系统极性变换装置的盒形件活动门和门框上，设置了开炉及开门时能自动断电的装置。
4.设置了安装在底盘上的弹性万向输电装置和万向料盘支座。
5.对穿过炉体真空壁的轴类零件与轴套之间的间隙密封，将轴向密封形式转变为平面法兰密封，这种转变通过在轴穿出端专门设计了一个用于平面法兰密封的二台面，此二台面和轴套外端面在同一平面内(对于轴与轴套需绝缘的场合，绝缘套外端面也在这个平面内)，以一块环形真空橡胶板对间隙实行平面法兰密封。
6.对观察窗挡板的开闭运动，由原来的以传动轴直接带动挡板绕传动轴作旋转圆周运动改变为通过一端装有手轮的传动轴，装在传动轴另一端的齿轮、和齿轮啮合的齿条、固定装在齿条上的挡板，以转动手轮，使挡板沿真空壁移动。
其优点在于1.节能，和现有同类设备比较，预计可节电百分之四十以上。
2.高效，在开炉的初始阶段，以辅助电极作阴极，料盘作阳极，用辅助电极作热源加热工件，温度能短时内上升到500℃，使工件上的油污、水份挥发干净，继而以辅助电极作阳极，料盘工件作阴极施加高压对工作进行打弧清理，由于工件本身已无油污、水份，加之在阳极的近距离包围之中，因而打弧过程极短，很快进入辉光放电阶段，此时又将辅助电极作阴极，工件在自身和辅助电极的双重加热下，升温快而均匀，迅速进入保温阶段，从开炉到保温，以渗氮为例，整个过程的时间将缩短四小时。
3.由于分下上两段分别控温，加之辅助电极大幅度的增加了辉光放电的表面积，在保温阶段可以用较低的电压和较小的电流密度得到足够的功率，因而有效的改善了工件温度的均匀性，保证了产品质量4.使用电压的降低以及输电装置、托盘支座、密封形式的改革，提高了设备工作的稳定性，为不同另件混合装炉提供了可能性。
5.观察窗挡板开闭运动的改革，节约了真空室有效空间，辅助电极所占空间，只有电阻辅助加热器的三分之一，节约下来的空间作为设置保温结构用，足足有余，真空室有效空间的利用率高，辅助电极不需另配电源，和用电阻辅助加热器的渗碳炉比较，装炉量相同的设备，本实用新型的外型更小，造价也更低。
附图描述了本实用新型的一个实施例，这台设备的最高输出电压800伏，最大允许电流25安，最高工作温度1000℃，工作室有效容积直径350毫米，高500毫米，为多用炉。
图1是炉体结构纵向剖视简图。
图2是弹性万向输电装置结构纵向剖视图。
图3是万向料盘支座结构纵向剖视图。
图4是电源系统极性变换装置图。
图5是极性变换插座、插头结构纵向剖视图。
图1所示的炉体，包括供气测温组合件〔1〕；炉顶封头〔2〕密封橡胶件所在部位局部冷却水路〔3〕，顶部保温饼〔4〕，炉腰〔5〕，炉腰保温筒〔6〕，辅助电极〔7〕，观察窗〔8〕和开闭机构〔9〕，料盘〔10〕，万向料盘支座〔11〕，底盘〔12〕底部保温饼〔13〕，抽气、测真空、测温组合件〔14〕，底座〔15〕，自动断电装置〔16〕和图上未标出的输电吊挂装置，弹性万向输电装置等部件构成。炉顶封头与炉腰用螺栓连接，组成一个钟罩，筒状辅助电极用三根公知的输电吊挂装置安装在封头上。筒状辅助电极用耐热钢板制作，钢板厚度选用3－5毫米规格的，厚度4毫米的为好，筒的上端有环形盖板，盖板中孔直径100－200毫米，盖板上有加强筋，且有均匀分布的孔，孔的直径为10－20毫米，孔的总面积以占盖板面积的10－50％为好，孔的作用是便于气体离子及其他带电粒子通过，筒上也有加强筋，在和观察窗平行的圆柱面上，也有直径10－20毫米均匀分布的孔，孔的总面积为这段圆柱面面积的30－70％，孔的作用是便于观察，以及在辅助电极和料盘均作阴极使用时便于电子从孔中通过直接到达阳极。保温结构的厚度选择，甚为重要，薄了达不到要求，厚了浪费真空室空间，应经过慎密的传热计算，根据计算结果增加30％以上的附加量，以后根据实际效果于以修正，使得在环境温度20℃时设备在工作温度下保持4小时，外壁温度在55－60℃之间为最适宜，本实施例保温结构厚度选用100毫米，自动断电装置为干式舌簧管继电器，装在底盘边沿，其配套件永久磁钢装在炉腰法兰边沿。
图2描述的弹性万向输电装置，有触块〔17〕，半形支承头〔18〕，弹性支承环〔19〕，水冷输电套〔20〕，间隙调整螺母〔21〕，绝缘套〔22〕，真空密封橡胶板〔26〕，绝缘垫〔27〕，金属垫〔28〕，接线板〔29〕，螺母〔30〕，密封圈〔31〕，供水组合件〔32〕等另部件组成，穿过底盘钢套〔24〕安装在底盘上，图中〔23〕是底盘支承板，〔25〕是底盘夹板。触块有高度为直径五分之四的球缺腔，半球形支承头焊接在弹性支承环上，其几何尺寸与触块球缺腔配合，弹性支承环用耐热钢扁材制作下端焊接在水冷输电套上，水冷输电套穿出端专门设计了一个转变密封形式的密封二台面，此二台面和底盘钢套外端面，绝缘套外端面在同一平面内，以一块环形真空橡胶板对间隙实行平面发兰密封，这是一种新型的密封形式，效果优于各种轴向密封形式，且结构简单，可以用于所有穿过炉壁的轴与轴套之间的间隙密封，本实施例的观察窗挡板传动轴，也是采用这种密封形式。
图3描述的万向料盘支座，由定位钢球〔33〕，支承块〔34〕，支承钢球〔35〕，上支承座〔36〕，绝缘垫〔37〕，间隙调整螺母〔38〕，下支承座螺母〔39〕，下支承座螺柱〔40〕等另件组成，支承块和上支承座有几何尺寸相同的高度为半径五分之四的球缺腔，支承钢球的几何尺寸与球缺腔配合。螺母和螺柱组成的下支承座高度可调，螺柱加工成空心，可加强保温，减少传热损失，定位钢球对于大型炉，可以省略。
图4所示的电源系统极性变换装置，〔41〕是电源柜，〔42〕是盒形件门框，〔43〕是盒形件活动门，〔44〕是料盘电源线，〔45〕是辅助电极电源线，〔46〕是防松弹簧定位板，〔47〕是防松弹簧，〔48〕是插座，〔49〕是辅助电极阴极插头，〔50〕是料盘电极阴极插头，〔51〕是阳极插头，〔52〕是自动断电装置(干式舌簧管继电器)，插头和插座是刚性的，截面不受限制，接合面是截顶圆锥面，插头外部有绝缘护套，插座安装在绝缘手柄内，插头固定安装，插座活动。图5描述了插头、插座接合状态的具体结构，〔53〕和〔59〕是电源线，〔54〕是插座绝缘手柄，〔55〕是插座，〔56〕是插头，〔57〕是插头绝缘护套，〔58〕是固定在盒形件内的胶木板，〔60〕是垫片，〔61〕是螺母，整套极性变换装置装在盒形件内，盒形件附装在电源柜上。插座连接电线套装了一个处在压缩状态的防松弹簧，弹簧的一端压在插座的绝缘手柄上，另一端压在装在盒形件内的防松弹簧定位板上，连接电线在定位板的孔中通过，可以在孔中上下自由移动。
权利要求
1.极性可变的节能辉光离子炉由炉体，供电系统，供气系统，抽气系统等部份组成，其特征是炉体内有一个筒状辅助电极，炉体内上端部和下端部及炉腰部均有保温结构，炉顶及炉腰真空壁均为空气自然冷却的单层壁，炉体内有安装在底盘上的弹性万向输电装置和万向料盘支座，电源系统有辅助电极、料盘的极性变换装置以及在操作人员有可能触电时的自动断电装置，穿过炉体真空壁的轴类零件与轴套之间的密封，均是平面法兰密封。
2.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是筒状辅助电板上端有环形盖板，盖板上有加强筋，並有均匀分布的直径10－20毫米的孔，孔的总面积为盖板面积的10－50％，筒上也有加强筋，在和观察窗平行的圆柱面上，均匀分布着直径10－20毫米的孔，孔的总面积为这段圆柱面面积的30－70％，制造筒状辅助电极的材料是厚度3－5毫米的耐热钢板。
3.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是炉体内上端部的保温结构为饼状，炉腰部的保温结构为筒状，其保温材料为硅酸铝耐火纤维制品或高铝耐火纤维制品，保温结构的内壁材料为耐热钢薄板。
4.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是弹性万向输电装置的万向触块有球缺腔，弹性结构是由耐热钢扁钢制成的椭圆形支承环，支承环上端为几何尺寸与触块球缺腔相配合的半球形支承头，下端为水冷输电套。
5.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是万向料盘支座的支承块和上支承座上有几何尺寸相同的球缺腔，支承块和上支承座之间有一个几何尺寸与支承块及上支承座的球缺腔相配合的支承钢球，下支承座由螺母和螺柱组成，上下支承座之间有熔铸云母制成的绝缘垫。
6.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是电源系统的极性变换装置组装在一个盒形件内，盒形件附装在电源开关柜内。
7.按权利要求
1或6所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是极性变换装置是三组刚性插头和插座，插头和插座的接合面是截顶圆锥面，插座安装在绝缘手柄内，插头外面有绝缘护套，插头固定安装，插座活动。
8.按权利要求
1或6所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是插座连接电线套装了一个处在压缩状态的防松弹簧，防松弹簧的一端压在插座绝缘手柄上，另一端压在固定在盒形件上的带孔弹簧定位板上，连接电线在定位板的孔中通过，可以上下自由活动。
9.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是电源系统的自动断电装置是安装在炉腰发兰和底盘上以及极性变换装置盒形件活动门和门框上的干式舌簧管继电器。
10.按权利要求
1所述的极性可变的节能辉光离子炉，其特征是穿过炉体真空壁的轴类件与轴套之间的密封，是在轴穿出端设计了一个专用于平面法兰密封的二台面，此二台面和轴套的端面在同一平面内，(对于轴与轴套需绝缘的场合，绝缘套外端面也在这个平面内)以一块环形真空橡胶板对间隙实行平面法兰密封。
专利摘要
本实用新型是在总结现有公知的辉光离子炉实际使用效果以后提出的一种改进设计，有可以通过极性变换控制的能起辅助加热和保温均温作用的辅助电极，废弃了传统的夹层水冷式冷壁结构，采用单层热壁结构，设置了保温层和密封橡胶件部位的局部冷却水路。是一种结构合理，节能，零件温度均匀，易于准确测温，保证产品质量，使用性能稳定，保证人身安全，能够实现渗氮、氮碳共渗、碳氮共渗、渗碳、光亮退火等多种热处理工艺过程的辉光离子炉。
文档编号C21D1/34GK86201704SQ86201704
公开日1987年3月25日 申请日期1986年3月25日
发明者邵渭渔 申请人:邵渭渔