公司氮化炉培训

1、氮化炉的结构原理以及调试。工作原理工作温度：硬氮化工作温度一般在480C到550C之间，常用温度在490C到 530 C工作原理： NH3=N+3/2H2其中的 N 为活性氮，起到渗氮作用。 注意：活性氮的存活周期很短，如果没有被工件吸附，会很快结合生成 氮气，失去活性。氮气没有任何渗氮能力。炉内气氛组成： NH3、N2、H2氮势的定义： KN=PNH3/（PH2）1.5=1- （4/3 ）PH2/ （PH2）1.5辨析： KN 越大，气氛的渗氮能力越强？个人观点： KN 与氮势没有严格的对应关系， KN 高，渗氮能力不一定 就强。比如炉内氨气很多，裂解的氨气很少，虽然 KN 很高，但实际可用

2、的 活性氮较少，渗氮能力反而不强。在同一个 KN 下，靠纯氨气分解形成的气氛与用氨气和裂解氨气混合而 成的气氛是完全不同的。氮化炉的控制。1氮化炉炉温的控制 -主从控制。控制原理与我们的井式炉基本相当。-用罐内控制罐外。2氮势的控制。1）氢含量的检测：氢探头检测氢含量，转换为氮势见 PE 氢探头的结构图。（图 1）采用热导法，2）控制： PID 和最大允许流量双重控制。氮势低，加氨气；氮势高，加 分解氨气。如果氮势达不到设定值，按最大允许流量控制。设定最大氨气流量： 2M3/h最大裂解氨气流量： 0.51.0 M3/h氢探头的标定：用氨分解率标定氢探头。水瓶法检测： H2=3/4（ 1-a）式

3、中的 a 为氨分解率。从 PE 氢探头的结构上来看， 不能采用标气进行标定， 只能采用比较粗糙 的氨分解率进行标定。从现场使用来看，没有问题。3氨裂解炉温控。一般在850C 1000C之间。当前用 930Eo从各家使用上来看，850 C基本能保证氨气完全分解，PE方面推荐用1000C，没有必要。氮化的工艺流程以及工艺的编值（一）典型工艺过程。预氧化：很关键。对渗层均匀性和提高渗层深度都有很好的作用。预氧化温度一般在360C 400C之间，产生Fe3O4，低于360C效果比较差, 高于400C意义不大。如果预热温度超过 500E，产生Fe2O3，因为氧化膜容 易过厚和疏松，氮化后容易出现起皮现象

4、。预氧化时间一般在1.52小时。检验：硬氮化检验：表面硬度 HV1-650-700深度 HV0.3-0.25-0.35（基体-50HV）脆性HV10软氮化：表面硬度HV10氮化：普遍采用两段式氮化，简要流程如下：。1. 升温同时前期氮气置换。氮气流量保证 4倍炉膛体积，能确保氧含量在 1%以下。5倍过于保守。换气时间：实际应该控制总的换气量，实施起来比较困难，当前各厂家 都是采用时间控制，中间的问题就是工人必须随时进行巡检，监视好实 际流量。目的：置换掉炉内的氧气，确保随后通入氨气是安全的。2. 到达供气温度后开始氨气置换。保证3倍的炉膛体积，氮气残余基本在5%左右，以保证检测的氢含量与 KN

5、的正确对应关系。各厂家的供气温度不太一样；国内厂家没有氨气置换，普遍采用室温下氨气置换的方法；国外采用氮气置换或者抽真空的厂家有采用360 E的，也有采用450r 的，PE 采用 450C。3. 低温高氮势强渗。（采用低温用于防止形成粗大的氮化物）4. 降氮势，同时升温。5. 低氮势高温扩散。目的：降低表面氮含量，增加渗层深度。6. 降温，同时后期氮气置换，确保开门安全。（二）具体工艺编制特点段号段时间（min）温度设 定值C）N2通 入量(M3)氮势设 定值（KN）NH3 通入量(M3)DNH3 通入量(M3)备注1r> 100 n4001000升温换气21050051020460.5

6、1.0升温，450 C以上 停止供氮气开始 氨气置换330605050460.51.0氨气置换4根据渗 层要求 来定500510057自动 控制 通入自动控 制通入 量，不高氮势强渗510510520024不过大许 量超最允值超过最 大允许 值升温降氮势6根据渗 层要求 来定51052024低氮势扩散7> 10010018010000后期氮气置换8< 14010018025000快速降温，到温 出炉对需要后氧化的工件，氮气置换完成后，在 360380°C后氧化90120分钟, 随后快速降温。或者出炉后在低回炉里后氧化。总工艺时24小时间(0.25-0.35mm)氮化后的组

7、织(见图)图1图2氮化金相检验记录日期/Date : 2007/05/09Nitriding metallographic record炉号FurnaceNo.试样号SampleNo.零件材 质Material表面硬度Surface hard ness(HV1 )渗层深度(DN )Case depth氮化物 级别NitrideLevel图片号PictureNo.备注Remarks134642CrMo650-6750.25-0.301-21工件42CrMo560-6602708642CrMo613-6500.25-0.3012工件42CrMo580-650当前从组织上看有时会后脉状氮化物，但实际

8、检测脆性等级都是一级。从使用反馈上来看也没有什么问题。氮化后工件见图。四.氮化炉的冷调注意事项以及相关问题（一）管道以及炉体密封性的检验。氨气泄漏是非常敏感的，国内热处理的要求是小于30ppm，必须做好密封性检测，非常重要！所有管道都应该进行气密性试验。 炉体正式通入气氛以前也需要保证气密性。 炉体正式通气氛前的气密性检测标准：1）通入1.0 M3的氮气能确保炉压正常。2） 关闭所有进气管，封闭排气管，压力表指针能稳定51 0分钟以上基 本不变化。硬氮化的炉压一般控制在8001500Pa不允许低于500P&各个厂家大 体相同。密封的调整： 前门密封：所有压紧螺栓压力均匀，压到位后炉门和

9、马弗基本能压实， 压紧螺栓不能伸直，稍稍有一个小的钝角。 （见图）管道的密封：建议用密封胶密封，麻和铅油不理想。 力士乐现场采用液体生料带加少量生料带的密封方式，效果不错。 在有可能的情况下，尽量采用焊接结构。（二）质量流量计的检验。 质量流量计的结构（见图 3） 在正式供气以前，所有的质量流量计都要检查输入输出是否正确。 注意我们采用的 burker 质量流量计的接线插头质量不是很好，焊接时确保可靠。检查方法：在进气端连接上压缩空气或者氮气，根据流量计的要求调好 压力。当前我们采用的氮气和空气的质量计的标定压力： 0.25MPa实际稳定工作压力：0.20.3MPa,低于0.15MPa流量不正

10、常，在0.5MPa压力以下流量控制控制没有问题。 氨气质量流量计的标定压力： 0.15MPa实际稳定工作压力：0.12MPa0.2MPa,低于0.08MPa工作不稳定， 检验在0.4MPa以下压力下工作没有问题。1采用信号发生器，输入 420MA 触发信号，观察流量的线性关 系是否正常。注意：因为气体不一样， 氨气流量计实际流量显示可能不是很准 确，一般比较接近。2检查质量流量计输出的反馈信号 420MA 是否正常，检查 PE500 中的流量指示是否能对应。我们plc给PE500的信号是027648,其中0对应零点，27648对应 满量程。检查PE500内部的流量对应关系设定是否正确。（三）冷

11、态运行检查。1 程序运行的检验。从PE公司对表的配置过程来看，每一块表都是根据客户的要求来配置 的，不是标准的，有一定的随意性，不能保证配置没有问题，必须对仪表进 行详细检查。检查要点：换气时间的检验，确保运行安全。编辑好一个正确程序，用信号发生器模拟温度的变化，观察程序运行情 况。比如前期换气时间设为100分钟，程序是否会正确执行100分钟，运行 结束之前，即使炉温高于供气温度，也不供气；在换气时间结束之前，强制将程序从换气段跳到下一段，同时使炉温高 于供气温度，换气时间不会结束，程序也应该不会供气。程序中设定的氮气、氨气、空气流量能正确执行； 后换气时间正确执行，快速冷却能正确执行； 氮化

12、炉加热和裂解炉加热是否能正确输出。程序运行中不允许开前门，不输出允许开门信号，试开一下前门；程序结束后能输出出炉信号，允许开炉门。2.安全性和相关逻辑检查：氮化炉工作在安全温度以下，安全工作检查非常重要！1）氨气压力低。正确逻辑：氨气压力低将自动停止供气，向炉内通入安全氮气，压力 恢复后将自动恢复供气，不启动换气时间。2）氮气压力低。正确逻辑：氮气换气过程中如果出现氮气压力低，换气时间将自动清零，等压 力正常后重新计时。氮化过程中如果出现氮气压力低，首先报警提示处理，如果10分钟内不能恢复将停止供气。压力正常后重新恢复供气。不要直接将氮气 压力低的信号立刻输入 PE500仪表，如果马上停止通入

13、氨气，此时 氮气也没有，反而更危险，必须给客户留出一定反应时间。3）废气燃烧故障。正确逻辑：当出现废气燃烧故障时，PT500仪表主界面中的废气燃烧 显示将变为红色，停止通入工艺气体，通入安全氮气，废气燃烧恢复 后需要手动复位，否则一直停止供气，不启动换气时间，复位后恢复 供气。4）炉压低。实际逻辑：氮化过程中炉压低后会自动停止供气，通入安全氮气， 开始换气，炉压正常同时换气时间结束后恢复供气；氮气换气过程中如 果炉压低，等炉压恢复后，将重新启动换气时间，重新开始计时。5）空气的通入。PE500仪表能实现NO复合渗，但是用空气来做氧气的提供者，非 常危险，PE方面认为，空气的最大通入量不能大于

14、3%我们当前的处理方式除非客户又特殊要求，完全屏蔽掉NO复合渗, 通入氨气的同时禁止通入空气。当前空气只在前期预氧化和后期的后氧化允许通入。在正式升温通入气氛以前，必须反复运行程序，模拟各种条件，确保运行稳定可靠。（四）炉罐的清理。 很重要。氮化对炉罐的清洁度有比较高的要求，正式升温前需要将罐内 整体彻底擦拭干净。能加快调试的速度。五 氮化炉的热调 （一）升温烘炉以及加热控制的检查。调整控温参数，使主炉温度以及裂解炉温度，控制稳定。注意调整罐内 外允许的温度差值， 太小升温慢， 但控制稳定；太大升温快但容易造成波动。注意如果采用PE的仪表，他的PID模型不是很理想，对微分的处理有 些问题，一般

15、情况下，采用尽可能小的微分参数，或者关闭微分。（二）空渗。目的：活化马弗内耐热钢件表面，形成一定的氨裂解能力。 温度：530550C左右，反复空渗。氨气流量：大约在 12M3/h 左右，能达到 4 个上的氮势就可以。 时间：一般前后需 1530天以上才基本可以使用， 稳定需要 1个月以上 空渗的同时可以将氮势控制调出来。氧化处理的耐热钢的活化问题。（三）工艺试验。六 调试过程中出现的问题汇总。1氮化炉前门油循环的几个问题。1 1 冷却油泵突然损坏。这种情况出现是早晚的事，如果在 500多度的氮化过程中出现，因 为我们的炉门口温度非常高，油循环停止后，油温会迅速升高，时间长 后有可能气化甚至着火

16、。 同时因为炉内为可燃气体， 不敢打开前门降温， 炉口硅橡胶密封条可能被烤坏，造成炉气泄漏，也有爆炸的危险。 处理方法：采用双油泵结构，在一个油泵损坏后，另一个可以很快的工 作起来，可以考虑做成自动转换。2）做为一个辅助手段从程序上考虑如果油泵跳闸， 自动启动快速降 温。12 生产过程中突然停电。没有可靠的处理方法，方法之一可以考虑准备备用电源，确保维持 油泵运转约两个小时， 以保证将炉内可燃气体排出， 随后手动打开前门。 个人意见：上面两项实际都是采用油冷却造成的弊端， 只要是厂 家有条件，订货时一定要坚持采用水冷，没有条件也尽量创造条件，最 次还有自来水保证前门密封口的温度不会过高。力士乐

17、现场有双电源， 好一点。13 前门油温过高的问题。在使用后发现油循环冷却效果比较差，在 510 度的炉温下，油温高达 110度左右，冷却油很快老化变色。解决方法：采用带强制风冷的换热器，确保油温快速的降下来。更换后正常使用时油温约为 50 度，在风扇停止的条件下，油温约为 90 度。2前门密封的问题。当前前门密封圈使用寿命寿命在 1 个月左右，失效形式为密封圈失去弹性， 不论是采用奥地利还是德国的密封圈使用效果都不理想，德国产的虽然硬度 高，因为弹性较差，使用效果也不理想。 首先考虑降低前门油温，但从更改后的使用来看，寿命没有明显提高。 当前还没有好的方法，需要做进一步的考虑。考虑采用国产的硅

18、橡胶，但是靠自重压紧可能有一个压紧力的问题。3氮化炉前门导风板和部分管路的腐蚀问题。 （见图片） 使用约一个月后发现，前门导风板和部分管路开始腐蚀，并且越来越严 重。前导风板重新更换后， 45 天即开始明显腐蚀。原因：其中一根排气管经过化验，成份基本是 2520，估计主要原因有两个：1）2520 本身在氮化气氛下使用就有一个寿命问题，不是专门的抗氮化 钢，不是很抗氮化。国内的材料性能可能也差点。2）炉内有大量的活性氮，在罐内450C左右的低温区处，实际氮势可能 远高于工件的吸氮能力，造成过饱和渗氮，氮化物过于粗大，脆性也大，应 力也大，造成剥落。参见热电偶的腐蚀图，前导风的腐蚀图。对前导风的使

19、用环境来说，可能进口的 2520材料也不能达到使用要求。 方案：采用英康800的材料（800HAI3CO材质）；采用碳化硅？4氮化炉罐外没有辅控热电偶问题。带马弗的炉子罐内外温差在升温时会达到 100度以上，初期接近 200度，如 果不采用主从控制，罐内温度很难控制。星光凯乐没有采用主从控制，温度 波动只能达到土 5C。解决办法：将辅控热电偶移到马弗外面，采用主从控制，问题解决。5炉压控制值只能达到300Pa,达不到使用要求。从当前的调试经验上来看，各个厂家的通用控制标准为800Pa到1500Pa之间。 处理方法：现场重新制作保压阀，将压力控制在1200Pa左右。问题：偶尔保压阀下面被粉尘叮嘱

20、，关不严，炉压会比较低。总的来说可以 用。有的厂家采用压力传感器，用电动蝶阀控制。6滚轮的结构和腐蚀问题。 （见图） 我们当前的结构是一段耐热钢管，两头加堵头。 问题：堵头开焊，滚轮外壁磨损严重。 方案？焊道坡口加大？车削后保证足够的强度；滚轮外壁加厚，滚轮加长， 建议从120mm加长到150mm，增加接触面积，减少局部受力。 7排气波纹软管连接从活结改为法兰。 （见图） 问题：因为使用中震动以及温度的变化，很容易松动。8循环风扇密封轴封寿命问题。从使用 1 个多月就开始先后损坏， 4台全坏了。 1、3号炉已经更换。 有没有更好的解决方法？ 参见氢探头上的油烟污染。 （见图）。9导流板的变形问题。分析主要就是使用中炉罐会发生变形，两边的定位杆会对导流板造成挤压。10 压缩空气没有压力时下进风口气缸在自重作用下打开的问题。 （见图） 增加一个单向阀。解决很简单。11 进风口的检修门的设计问题。 （见图）检修口采用 3mm 的薄板，采用公司标准的结构。 变形后安装非常困难，维修更加不容易。包括从位置上来看， 都应该采用快卸结构， 设计应该多从使用者的角度着手。 12 环形燃烧器的设计作用问题。 （见图）1）氮化炉没有瞬间负压，不存在补压的问题。2）考虑能加强氨气的充分燃烧？或者确保氨