高精密電熱氮化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精密電熱氮化爐，包括爐體及爐內(nèi)砌體，爐門、爐蓋，爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)，送風(fēng)及排煙系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)；爐體為內(nèi)、外雙層框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外框架的之間間隙設(shè)置；爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系統(tǒng)包括開設(shè)在砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的氮氣輸送通道，均布開設(shè)在砌體側(cè)墻內(nèi)表面與氮氣輸送通道相通的氮氣出口，水平固定在砌體側(cè)墻上部的高速射流引射噴管，電加熱系統(tǒng)由硅碳棒電加熱元件和安裝在殼體側(cè)壁上具有中空水冷通道的電極組成；送風(fēng)及排煙系統(tǒng)包括砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的送風(fēng)通道和排煙通道。本發(fā)明優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，大大提高了爐內(nèi)氮氣的均勻性和溫度的均勻性，爐內(nèi)氮化反應(yīng)控制精度高。
【專利說明】高精密電熱氮化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)氮化爐，尤其是涉及高精密電熱氮化爐。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化硅結(jié)合碳化硅制品生產(chǎn)必須在高溫真空氮化氣氛爐內(nèi)燒成完成，高溫、高真 空、高純度的氮化環(huán)境、高精度精細化控制方式直接決定著產(chǎn)品質(zhì)量的性能和生產(chǎn)成本。目 前，國、內(nèi)外普遍采用的氮化燒成爐容積均在4?8立方米，存在生產(chǎn)效率低，單位產(chǎn)品電耗 高的不足。由于密封措施不理想，真空度達不到，使得氮氣的純度就難以保證，產(chǎn)品氮化率 低。同時，由于氮化硅制品的燒成過程中制品對環(huán)境條件比較敏感，特別是氮氣濃度、溫度、 壓力影響最大。氮化反應(yīng)是放熱的過程，溫度高會促進氮化反應(yīng)加劇，但過快的氮化反應(yīng) 釋放熱量也會導(dǎo)致制品燒壞，因此需要有效的控制手段，確保制品反應(yīng)過程平緩而穩(wěn)定的 進行。在生產(chǎn)過程中除了完成裝爐-加熱-密封程序，還應(yīng)根據(jù)氮化反應(yīng)速率反復(fù)的抽真 空-充氮氣進行氣體置換操作，目前生產(chǎn)方式均為人工憑經(jīng)驗進行控制操作，存在爐內(nèi)環(huán) 境控制精度低，質(zhì)量波動大等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種高精密電熱氮化爐。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案： 本發(fā)明所述的高精密電熱氮化爐,包括爐體及爐內(nèi)砌體，爐門、爐蓋，爐內(nèi)氮氣輸送及 均溫系統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)，送風(fēng)及排煙系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)；所述爐體為內(nèi)、外雙層框架結(jié)構(gòu)， 所述外層框架由型鋼組成的上開口殼體結(jié)構(gòu)，所述上開口殼體的側(cè)壁上開設(shè)有爐車進出 口，所述爐蓋、爐門分別與所述殼體的上開口和爐車進出口密封滑動配合，在殼體的側(cè)壁上 設(shè)置有與其內(nèi)腔相連通的抽真空管道；所述內(nèi)層框架為由鋼結(jié)構(gòu)支架和固定在其上的砌體 所組成的窯體，對應(yīng)于所述爐車進出口位置的窯體側(cè)壁開設(shè)有爐車通道口；所述內(nèi)、外框架 的之間間隙設(shè)置；所述爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系統(tǒng)包括：開設(shè)在所述砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的氮氣 輸送通道，均布開設(shè)在砌體側(cè)墻內(nèi)表面與所述氮氣輸送通道相通的氮氣出口，水平固定在 砌體側(cè)墻上部的多個高速射流引射噴管，所述多個高速射流引射噴管進氣口和氮氣輸送通 道均通過管道與外部氮氣源連通；所述電加熱系統(tǒng)由垂直向下安裝在砌體頂壁上的硅鑰棒 或硅碳棒電加熱元件，和以楔形密封方式安裝在所述殼體側(cè)壁上具有中空水冷通道的電極 組成；所述送風(fēng)及排煙系統(tǒng)包括砌筑在所述砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的送風(fēng)通道和排煙通道，所述 送風(fēng)通道、排煙通道分別通過管道密封延伸出爐體之外，送風(fēng)通道的出風(fēng)口、排煙通道的抽 煙口分別開設(shè)在砌體側(cè)墻內(nèi)表面的上部和下部。
[0005] 所述爐門、爐蓋與所述外層框架的上開口、爐車進出口之間的密封分別采用雙重 唇形密封結(jié)構(gòu)；所述送風(fēng)通道砌筑在所述砌體側(cè)墻上部夾層內(nèi)，所述排煙通道砌筑在所述 砌體側(cè)墻下部夾層內(nèi)。
[0006] 本發(fā)明優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，大大提高了爐內(nèi)氮氣的均勻性和溫度的均勻性， 爐內(nèi)氮化反應(yīng)控制精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖2是圖1的I-Ι向剖視圖。
【具體實施方式】
[0009] 如圖1、2所示，本發(fā)明所述的高精密電熱氮化爐，包括爐體及爐內(nèi)砌體1，爐 門2、爐蓋3,爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)，送風(fēng)及排煙系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng) (DistributedControlSystem，分散控制系統(tǒng)或集散控制系統(tǒng)）；所述爐體為內(nèi)、外雙層框架 結(jié)構(gòu)，所述外層框架由型鋼組成的上開口殼體4結(jié)構(gòu)，所述上開口殼體4的側(cè)壁上開設(shè)有爐 車進出口 5,所述爐蓋3、爐門2與所述殼體4的上開口、爐車進出口 5分別采用雙重唇形密 封方式滑動配合，在殼體4的側(cè)壁上設(shè)置有與其內(nèi)腔相連通的抽真空管道16 ;所述內(nèi)層框 架為由鋼結(jié)構(gòu)支架6和固定在其上的砌體1所組成的窯體，對應(yīng)于所述爐車進出口 5位置 的窯體側(cè)壁開設(shè)有爐車通道口 7 ;所述內(nèi)、外框架的之間間隙設(shè)置；所述爐內(nèi)氮氣輸送及均 溫系統(tǒng)包括：開設(shè)在所述砌體1側(cè)墻夾層內(nèi)的氮氣輸送通道8,均布開設(shè)在砌體1側(cè)墻內(nèi)表 面與所述氮氣輸送通道8相通的氮氣出口，水平固定在砌體1側(cè)墻上部的多個高速射流引 射噴管9,所述多個高速射流引射噴管9進氣口和氮氣輸送通道8的輸送管道17均與外部 氮氣源連通；所述電加熱系統(tǒng)由垂直向下安裝在砌體1頂壁上的娃鑰棒或娃碳棒電加熱兀 件10,和以楔形密封方式安裝在所述殼體4側(cè)壁上具有中空水冷通道的電極11組成；所述 送風(fēng)及排煙系統(tǒng)包括砌筑在所述砌體1側(cè)墻上部夾層內(nèi)的送風(fēng)通道12和下部夾層內(nèi)的排 煙通道13,所述送風(fēng)通道12的出風(fēng)口、排煙通道13的抽煙口分別開設(shè)在砌體1側(cè)墻內(nèi)表面 的上部和下部；送風(fēng)通道12、排煙通道13分別通過送風(fēng)管道14、排煙管道15密封延伸出爐 體之外，延伸出爐體之外的送風(fēng)管道14通過由所述DCS控制系統(tǒng)控制的電控閥與鼓風(fēng)機的 鼓風(fēng)口連通，延伸出爐體之外的排煙管道15通過由所述DCS控制系統(tǒng)控制的電控閥與抽風(fēng) 機的抽風(fēng)口連通。
[0010] 本發(fā)明工作原理簡述如下： 1、爐體采用內(nèi)、外雙層框架結(jié)構(gòu)，外層框架由型鋼組成，因此提高了爐體承受爐腔內(nèi)壓 力的能力；內(nèi)、外雙層框架之間間隙設(shè)置，確保砌體1不受窯體鋼結(jié)構(gòu)變形的影響，同時有 利于砌體1內(nèi)的水分排出及降低爐體殼體4溫度的作用。
[0011] 2、爐門2和爐蓋3需要經(jīng)常進行開、閉操作，爐門2、爐蓋3除了要滿足自身較高的 強度外，還要保證密封才能實現(xiàn)爐內(nèi)的高壓高真空的環(huán)境要求；爐門2、爐蓋3與殼體4的 上開口、爐車進出口 5采用雙重唇形滑動密封結(jié)構(gòu)，保證了爐門2、爐蓋3即使在輕微變形情 況下也可達到正負壓密封。
[0012] 3、爐內(nèi)制品反應(yīng)的均勻性和一致性，需要靠氮氣的均勻性和溫度的均勻性保證。 向爐內(nèi)送的氮氣，首先經(jīng)過爐內(nèi)砌體1夾層內(nèi)的氮氣輸送通道8進行預(yù)熱到高溫，然后通過 均勻分布于砌體1側(cè)墻表面的氮氣出口送至制品周圍，避免低溫氮氣涌入影響局部溫度低 及氣氛的不均勻，造成反應(yīng)過程的不一致。采用高速射流引射噴管9以氮氣為擾動介質(zhì)，高 速噴射的氮氣氣流將安裝在砌體1側(cè)墻上的電加熱元件10發(fā)熱體附近的熱量帶到遠離發(fā) 熱體的地方如制品的底部，多個高速射流引射噴管9組成窯內(nèi)氣流循環(huán)環(huán)路，帶動爐腔內(nèi) 氣氛和溫度的均勻。
[0013] 4、氮化爐采用硅鑰棒和硅碳棒進行加熱，功率非常大，通入爐內(nèi)的電流最大數(shù)千 安，因此采用具有中空水冷通道的電極11，電極11以楔形密封方式安裝在所述殼體4側(cè)壁 上，密封性能可靠。
[0014] 5、送風(fēng)排煙的過程是將爐外的風(fēng)置換爐內(nèi)的煙氣，由于爐外的風(fēng)溫度較低，通入 爐內(nèi)會造成局部溫度過低不利于雜質(zhì)排除，因此將來自送風(fēng)管道14的風(fēng)首先進入砌筑在 砌體1側(cè)墻上部夾層內(nèi)的送風(fēng)通道12內(nèi)預(yù)熱，將進入窯體內(nèi)的冷空氣對制品的影響降至最 低。排煙通道13砌筑在砌體1側(cè)墻下部夾層內(nèi)，多個抽煙口均布開設(shè)在砌體1側(cè)墻內(nèi)表面 的下部，所述DCS控制系統(tǒng)通過對抽力的分析計算，調(diào)整各個抽煙口的大小均衡窯內(nèi)的抽 力，確保遠離抽煙口的地方煙氣能夠抽出。
[0015] 6、DCS控制系統(tǒng)對窯爐燒成進行過程控制，集中操作，分散控制，分級管理，配置靈 活，控制精度高。通過組態(tài)軟件設(shè)計，實現(xiàn)友好人機交互界面，對于重要的數(shù)據(jù)如三線不平 衡度、反應(yīng)速率等進行運算，為操作和判斷提供可靠的參考依據(jù)。同時搭建能源管理系統(tǒng)， 對窯爐燒成全過程的能耗進行監(jiān)視，為工藝的優(yōu)化提供參考。
[0016] 7、煙氣通過高溫抽風(fēng)機引出后，進入一次換熱系統(tǒng)加熱空氣，換熱后的潔凈熱空 氣用于制品坯體的干燥。換熱后的煙氣通過二次換熱系統(tǒng)加熱水，加熱后的水用于工人洗 浴，實現(xiàn)余熱的高效利用。
【權(quán)利要求】
1. 一種高精密電熱氮化爐，包括爐體及爐內(nèi)砌體，爐門、爐蓋，爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系 統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)，送風(fēng)及排煙系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)；其特征在于：所述爐體為內(nèi)、外雙層框架 結(jié)構(gòu)，所述外層框架由型鋼組成的上開口殼體結(jié)構(gòu)，所述上開口殼體的側(cè)壁上開設(shè)有爐車 進出口，所述爐蓋、爐門分別與所述殼體的上開口和爐車進出口密封滑動配合，在殼體的側(cè) 壁上設(shè)置有與其內(nèi)腔相連通的抽真空管道；所述內(nèi)層框架為由鋼結(jié)構(gòu)支架和固定在其上的 砌體所組成的窯體，對應(yīng)于所述爐車進出口位置的窯體側(cè)壁開設(shè)有爐車通道口；所述內(nèi)、夕卜 框架的之間間隙設(shè)置；所述爐內(nèi)氮氣輸送及均溫系統(tǒng)包括：開設(shè)在所述砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的 氮氣輸送通道，均布開設(shè)在砌體側(cè)墻內(nèi)表面與所述氮氣輸送通道相通的氮氣出口，水平固 定在砌體側(cè)墻上部的多個高速射流引射噴管，所述多個高速射流引射噴管進氣口和氮氣輸 送通道均通過管道與外部氮氣源連通；所述電加熱系統(tǒng)由垂直向下安裝在砌體頂壁上的硅 鑰棒或硅碳棒電加熱元件，和以楔形密封方式安裝在所述殼體側(cè)壁上具有中空水冷通道的 電極組成；所述送風(fēng)及排煙系統(tǒng)包括砌筑在所述砌體側(cè)墻夾層內(nèi)的送風(fēng)通道和排煙通道， 所述送風(fēng)通道、排煙通道分別通過管道密封延伸出爐體之外，送風(fēng)通道的出風(fēng)口、排煙通道 的抽煙口分別開設(shè)在砌體側(cè)墻內(nèi)表面的上部和下部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精密電熱氮化爐，其特征在于：所述爐門、爐蓋與所述外層 框架的上開口、爐車進出口之間的密封分別采用雙重唇形密封結(jié)構(gòu)；所述送風(fēng)通道砌筑在 所述砌體側(cè)墻上部夾層內(nèi)，所述排煙通道砌筑在所述砌體側(cè)墻下部夾層內(nèi)。
【文檔編號】F27B9/26GK104110960SQ201410335547
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】趙新力, 韓祎, 張漢玲, 王亞輝, 席增偉, 王洪猛, 化銀峰, 邢書濤, 郭傳林 申請人:機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司