一種氣體碳氮共滲自動化控制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明的一種氣體碳氮共滲自動化控制方法及裝置，屬于氣體碳氮共滲技術領 域。
【背景技術】
[0002] 氮碳共滲是W滲氮為主同時滲入碳的化學熱處理工藝，也稱為軟氮化，主要目的 是提高鋼的耐磨性和抗咬合性W滿足產品質量的要求。在軟氮化行業，企業不斷追求具有 更優的生產工藝、更高質量的氮化產品及自動化程度更加完善的生產控制方法和裝置W減 少人工成本、減少人為誤差W及增加工藝穩定性，增加產品質量和提高生產效率等。
[0003] 現有氮碳共滲技術主要分為液體法和氣體法即鹽浴軟氮化和氣體軟氮化，因目前 液體法的鹽浴氮化具有氮化過程繁瑣，反應產物有毒、企業對廢液處理成本高、廢料環境污 染大、氮化效率低等缺點所W行業正逐步淘汰液體法鹽浴氮化，氣體軟氮化實質上就是在 低溫條件下，W滲氮為主的低溫氮碳共滲，使碳和氮同時滲入鋼表面的一種化學熱處理。其 中滲氮使用氨氣提供氮原子，滲碳使用C0或者乙醇等提供碳元素，滲氮過程中利用氯離子 破壞不誘鋼純化膜，它的特點是處理溫度低、不受鋼種的限制及處理時間短，工件變形小， 質量穩定，能顯著提高零件的耐磨性、疲勞強度、抗咬合、抗擦傷等性能。
[0004] 目前在氣體軟氮化方面，國內主要用于高速鋼的軟氮化，不誘鋼氣體軟氮化尚未 普及，主要由于技術不成熟、氮化穩定性差W及常規氣體軟氮化時間久、效率低和大批量 不誘鋼氣體軟氮化不均勻、合格率低等缺點。綜合行業情況，氣體軟氮化在國內外主要分 有高中低Ξ層次。分別為低層次：采用人工全程手動控制，根據時間控制及經驗來完成氣 體氮碳共滲，造成氮化效率低、氨氣消耗量大、產品質量穩定性不足，只針對高速鋼的軟氮 化，無法實現對不誘鋼的軟氮化，廢品率高，操作麻煩工人培養難等缺點；中層次：國內較 普遍采用的低自動化或半自動化控制方案，W爐外傳感器檢測取樣氣達到對乙醇及氨氣的 半閉環控制，缺點是控制精度低，實時信號滯后較難得出穩定氮化工藝參數和氨氣消耗量 大，可實現高速鋼軟氮化難W實現大批量不誘鋼的均勻軟氮化。其中如：中國專利公開號 CN102517541A所使用的即為手動或半自動控制系統的工藝設備，該工藝設備人工控制穩定 性差，勞動強度大，手動控制效率低且氮化時間長，氮化氨氣用量大。高層次：即全自動控制 軟氮化，分國內和國外兩種，采用國外高精檢測傳感器及全套控制體系的設備，缺點是成本 太高，系統繁瑣，維護難、維護成本高，目前國內廠家對運一層次為剛起步階段，技術不大成 熟，有生產出W-氧化碳為提供碳原子的邸式爐完整閉環控制軟氮化，但采用進口氨氧探 頭，成本高，且氨氣消耗量大，氮化時間久和無法解決多層密集小零件巧日空調壓縮機零件 滑片）的氮化滲層均勻性問題，所W現有氣體軟氮化自動化控制方法及裝置還是不夠完善。
【發明內容】
[0005] 本發明的發明目的是：提供一種結構簡單、安全可靠、節能高效、易維護，無污染， 產品質量性能高，采用PLC控制系統針對相應零件的數量與材料的工藝參數快速確立，控 制零件的白亮層、網狀層深度穩定，不誘鋼批量生產均勻性穩定，氨氣消耗量小耗能低，氮 化時間少效率高的一種氣體碳氮共滲自動化控制方法及裝置，W克服現有技術的不足。
[0006] 本發明是運樣實現的：一種氣體碳氮共滲自動化控制裝置，包括氮化爐、PLC控制 器、加熱溫控裝置、氨氣干燥設備和觸摸屏，所述氮化爐上設置有壓力傳感器、氨探頭、熱電 偶和電爐絲，在氮化爐頂部設置有葉片，葉片和風機相連接，所述加熱溫控裝置與熱電偶和 電爐絲相連接，所述氮化爐通過真空管道與真空累相連接，所述氮化爐通過排氣管道與排 氣裝置相連接，所述風機、壓力傳感器、氨探頭、加熱溫控裝置、排氣裝置W及真空累分別與 PLC控制器相連接；所述氮化爐底部分別連接有氮氣管道、乙醇管道和氨氣管道；所述排氣 裝置與液化氣管相連接。
[0007] 所述氨探頭與PLC控制器之間設置有氨分析儀；所述真空管道上設置有真空管道 閥口，所述排氣管道上設置有排氣閥口和排氣電磁閥。
[0008] 所述氮氣管道上設置有氮氣電磁閥，所述乙醇管道上設置有乙醇電磁閥和Ξ針滴 度計，所述氨氣管道上設置有常量調節閥和控制量調節閥和氨氣流量計。
[0009] 所述氨氣管道上設置有氨氣干燥設備，在氨氣干燥設備上設置有露點儀。
[0010] 所述排氣裝置上設置有點火裝置。
[0011] 在氨氣管道上設置有氨氣流量計。
[0012] 在液化氣管上設置有液化氣電磁閥。
[0013] 一種氣體碳氮共滲自動化控制裝置的控制方法，該控制方法按W下步驟進行： 1) 預抽真空：打開氮化爐爐口，裝進零件后關閉爐口，關閉排氣閥口后，打開真空累，開 啟風機W及加熱溫控裝置，抽真空至設定的真空度20~35pa時真空累關閉； 2) 保護氣填充：氮氣電磁閥打開后通入氮氣至爐內達到正壓，壓力值為5~20厘米水 柱時打開排氣電磁閥，調節排氣電磁閥排氣量持續通氮氣至爐壓為15~45厘米水柱，保持 3~8分鐘后逐步增大排氣閥開度降低壓力至0~15厘米水柱； 3) 原料添加：啟動旋轉葉片的電機，氮化爐的爐溫升至120°C~250°C時，打開乙醇電 磁閥，通入除純化膜乙醇溶液至Ξ針滴度計后進入爐內，按氮化工藝要求調節Ξ針滴度計 控制滴速，保持通氮至爐溫達250°C~400°C后關閉氮氣電磁閥，停止通入氮氣同時氨氣干 燥設備啟動，露點儀檢測氨氣干燥值，提供干燥氨氣，常量調節閥和控制量調節閥同時打 開，調節排氣電磁閥或排氣閥口使爐壓控制在設定值，氨分析儀監測氨分解率，當實際氨分 解率達到PLC控制器設置的氨分解率設定值時，控制量調節閥自動進入高頻通斷控制，流 量計監測氨氣的總流量； 4) 廢氣處理：氮化爐的爐溫達到400°C~500°C時，打開液化氣電磁閥，通入液化氣至 排氣裝置，點火裝置點火，利用液化氣持續燃燒助燃廢氣，至爐內達到15%~45%區間設定 的氨分解率即廢氣燃燒穩定的氨分解率時液化氣電磁閥關閉，停止助燃； 5) 保溫氮化：氮化爐繼續升溫，氮化爐的爐溫達到560°C~580°C時進入氮化保溫階 段，保溫計時開始，保溫時間180~300min，壓力進入閉環控制，控制在10~28厘米水柱， 設定單段或Ξ段氨分解率，實現不誘鋼滑片軟氮化的總時間低于300min; 6) 降溫出爐：保溫時間結束后，常量調節閥和控制量調節閥同時關閉，乙醇電磁閥關 閉、風機關閉、加熱關閉，氮氣電磁閥打開使氮化爐的爐溫冷卻至280°CW下，爐口開啟，產 品出爐。
[0014] 所述常量調節閥和控制量調節閥總流量為2~4m3A,PLC控制器記錄氨分解率 和氨流量時間曲線。
[0015] 利用本一種氣體碳氮共滲自動化控制方法及裝置對11化17不誘鋼11化17不 誘鋼為例)進行5個批次氣體氮碳共滲處理，各實驗批次零件數量為5040件，5次實驗總共 實驗零件總數為25200件，W下為五批次零件的實施例測量結果。
[0016] 由于采用了上述技術方案，本發明工作時，通過上述方法其可完成不誘鋼滑片 llCrl7不誘鋼滑片為例）單次裝爐量大于5000件，氨氣流量小于4m3A，氮化用時小于 SOOmin，產品30um處硬度大于900HV，60um處硬度大于600HV，白亮層大于5um，網狀層大 于80um，合格率大于99. 5%，同國內外相比系統設備重點實現了多層密集不誘鋼薄片零件 的氮化滲層均勻，氣體原料消耗量低，單次裝爐量大氮化效率高，氮化用時少的四大問題。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為本發明的系統控制過程框圖； 附圖標記說明：1-氮化爐，2-PLC控制器，3-氨探頭，4-熱電偶，5-葉片，6-風機， 7-加熱溫控裝置，8-壓力傳感器，9-排氣裝置，10-真空累，11-真空管道，12-氨分析儀， 13-排氣閥口，14-排氣管道，15-真空管道閥口，16-氮氣管道，17-乙醇管道，18-氨氣管 道，19-氮氣電磁閥，20-乙醇電磁閥，21-常量調節閥，22-控制量調節閥，23-Ξ針滴度計， 24-氨氣干燥設備，25-露點儀，26-液化氣管，27-點火裝置，28-氨氣流量計，29-液化氣電 磁閥，30-排氣電磁閥，31-電爐絲，32-觸摸屏。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明的限 制。
[0019] 本發明的實施例：一種氣體碳氮共滲自動化控制裝置，包括氮化爐1、PLC控制器 2、加熱溫控裝置7、氨氣干燥設備24和觸摸屏32,所述氮化爐1上設置有壓力傳感器8、氨 探頭3、熱電偶4和電爐絲31，在氮化爐1頂部設置有葉片5,葉片5和風機6相連接，所述 加熱溫控裝置7與熱電偶4和電爐絲31相連接，所述氮化爐1通過真空管道11與真空累 10相連接，所述氮化爐1通過排氣管道14與排氣裝置9相連接，所述風機6、壓力傳感器8、 氨探頭3、加熱溫控裝置7、排氣裝置9W及真空累10分別與PLC控制器2相連接；所述氮 化爐1底部分別連接有氮氣管道16、乙醇管道17和氨氣管道18 ;所述排氣裝置9與液化氣 管26相連接。
[0020] 所述氨探頭3與PLC控制器2之間設置有氨分析儀12 ;所述真空管道11上設置 有真空管道閥口 15,所述排氣管道14上設置有排氣閥口 13和排氣電磁閥30。
[0021] 所述氮氣管道16上設置有氮氣電磁閥19,所述乙醇管道17上設置有乙醇電磁閥 20和Ξ針滴度計23,所