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1、,井式滲碳爐的工作原理,設備采用氣體滲碳，載氣為氮氣+甲醇，氮氣與甲醇的混合比為1.1:1(單位為m3/h：L/h)。以滿足CO、N2、H2的配比20%：40%：40%（2：4：4）。滲碳富化氣一般采用異丙醇、丙烷、丙酮、RX氣，碳勢自動控制，采用兩套控制系統(tǒng)：氧探頭+紅外分析系統(tǒng)，形成O2、O2+CO、CO2、CO2+CO四種控制方式。采用定碳進行準確校正爐內(nèi)碳勢。,井式滲碳爐的工作原理,作為富化氣的原料（丙烷、丙酮、異丙醇）和調(diào)節(jié)碳勢的空氣，均采用PID調(diào)節(jié)控制，供入爐內(nèi)進行汽化、裂解，富化氣和空氣電磁閥全部采用比例控制器，比例控制器的使用提高了設備的碳控精度和碳勢的穩(wěn)定性,井式爐的安全操2、作,滲碳工藝編制：根據(jù)工件的材質，滲層深度、滲碳溫度、氣氛種類由計算機模擬生成滲碳工藝傳送給碳控儀表；也可以采用成熟的工藝在計算機或在碳控儀表中直接編寫工藝程序，裝載運行。設備所帶碳控儀表是集溫度控制、碳勢控制、滲碳工藝控制、過程程序控制的一體化可變控制系統(tǒng)。上位機管理系統(tǒng)具有遠距離控制、模擬滲碳工藝程序、管理和貯存全部工藝過程的功能。,井式滲碳爐的工作原理,爐體結構：滲碳爐由爐殼、底座、導風筒、爐襯、加熱元件、爐蓋、爐蓋壓緊結構、循環(huán)風機、爐蓋提升及平移機構、快冷供風系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、冷卻水管路、溫度測量、碳勢測量、廢氣排放燃燒系統(tǒng)、氣體分析取氣結構、取樣裝置等組成。導風筒的作用主要是提高爐內(nèi)3、的熱交換能力。循環(huán)風機的作用主要是提高爐內(nèi)氣氛和溫度的均勻性。,井式滲碳爐的工作原理,爐體結構示意圖,井式滲碳爐的工作原理,廢氣排放,爐襯,導風筒,快冷裝置,循環(huán)風扇,快冷裝置,爐底座,導風筒蓋,氣氛循環(huán)示意圖,井式滲碳爐的工作原理,由于使用保護氣體在熱處理過程中設備存在火災、爆炸、令人窒息 及中毒的危險!爆炸的三要素：1.可燃氣體與空氣混合比達到爆炸極限。2.有限的（密閉的）空間。3.低于設備的安全溫度（井式滲碳爐的安全溫度是750）。高于安全極限溫度氣體會自行點燃產(chǎn)生燃燒，所以氣體滲碳爐原則上僅在爐溫高于750才可向爐內(nèi)供給可燃保護氣！在生產(chǎn)操作過程中，由于高溫作業(yè)原則上所有爐子都有可能發(fā)4、生燃燒危險！,井式爐的安全操作,爆炸性氣氛可能產(chǎn)生于：（1）爐溫低于750 時（2）當爐膛冷卻下來時，爐內(nèi)氣體體積減少，有可能使空氣滲入爐內(nèi)（3）在升降爐蓋時，空氣進入爐內(nèi)（4）爐內(nèi)氣氛由保護氣氛改變?yōu)榭諝鈺r,或由空氣改變?yōu)楸Ｗo氣氛時。如起爐開始供氣時。（5）當可燃性混合氣體達到一定比例，此時溫度又低于750時就極可能發(fā)生爆炸事故。而當溫度高于750時,可燃性氣體會在形成一定比例混合氣之前先與氧氣發(fā)生燃燒反應產(chǎn)生不可燃氣體,而不會形成爆炸性混合物。（6）如果排出的保護氣體未被點燃，有劇烈的爆炸、中毒、窒息的危險。,井式爐的安全操作,井式滲碳爐爆炸防止措施正確的換氣時間操作爐體的密封性好正確的供5、氣操作爐蓋廢氣排放口點火裝置必須正常工作，保證排出的廢氣能夠及時點燃。如果出現(xiàn)廢氣點火故障，則必須手持火把到廢氣排放口處點燃廢氣，手持火把點燃廢氣時必須在廢氣排放口下方保持1米以上的距離，以防人員燒傷。,井式爐的安全操作,設備操作中的危險和安全預防措施 為盡量減少危險情況的發(fā)生，大多數(shù)熱處理過程中要使用保護氣體，不同的熱處理過程需要不同的爐子氣氛，當選擇爐內(nèi)氣氛時，經(jīng)濟性和安全性應同時考慮在內(nèi)，應首選采用危險性小的爐內(nèi)氣氛。保護氣體：所謂保護氣體是指能在爐膛內(nèi)建立起來的相應保護氣氛，它能防止工件在爐內(nèi)發(fā)生非要求的反應，并提供爐內(nèi)較穩(wěn)定的氣體壓力。保護氣體，有時是指單一的純氣體，有時是指多種氣體6、的混合物，而且涵蓋添加到爐內(nèi)后能夠改變爐內(nèi)保護氣體組份的富化氣及其它氣體。,井式爐的安全操作,熱處理過程中常用的保護氣體是單一組份的氣體，或多種氣體的混合物。這些氣體基本上是由氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）等組成。井式滲碳爐的保護氣是以氮氣+甲醇+富化氣（異丙醇、丙烷、丙酮、RX氣）通入爐內(nèi)形成的。保護氣體中不含氧，當吸入一定量的保護氣體，將使人呼吸困難，嚴重時有窒息的危險。保護氣體的某些成分是有毒的，如CO等。設備在操作期間應注意適當?shù)耐ㄅ棚L。爐子滲漏的保護氣體可引起操作人員眩暈和嘔吐。,井式爐的安全操作,操作供應保護氣體爐子的工作規(guī)則：操作人員應在爐旁，作7、為操作保護氣體的一種安全措施；當爐溫低于750時，注意滲碳氣體供應的切斷，應十分注意所有的接口（連接接口、測量裝置通道、供氣管法蘭和套管）的密封性。如發(fā)現(xiàn)管道泄露應立即檢修！為安全起見，在爐子開動時操作人員要堅守設備旁。排氣管處的點火燒嘴必須正常工作，以保證排出的氣體能夠點燃。在任何情況下，如果點火燒嘴故障，則必須手持火把到廢氣排放口處點燃逸出的保護氣體。如果排出的保護氣體未被點燃，在室內(nèi)積聚會有劇烈的爆炸危險！在爐內(nèi)形成的保護氣體與進入的空氣氧混合存在嚴重的爆炸危險！在供電、供氣或保護氣體故障情況下，控制安全溫度和爐內(nèi)氣氛是不能保證的，必須避免爐子產(chǎn)生非控制的狀態(tài)。,井式爐的安全操作,超出設8、備適應范圍和用途及違反操作規(guī)程，都將產(chǎn)生設備損壞、爆炸、著火的危險！斷電和加熱故障：氣體滲碳爐在運轉的全部時間內(nèi)都應對爐溫和加熱故障進行監(jiān)視，爐溫下降至安全溫度之前應盡可能排除斷電事故。爐溫降低到小于750度時，滲碳氣體停止供應。出現(xiàn)斷電時，滲碳氣體停止供應，氮氣以大流量充入。必須保證足夠量的安全氮氣（安全充入量5倍爐內(nèi)容量）！氣體供應故障：工藝過程中爐內(nèi)充有保護氣體，當爐內(nèi)壓力降低時，氮氣會以大流量自動充入爐內(nèi)；當爐內(nèi)壓力超高時，滲碳氣體會自動停止供應。,井式爐的安全操作,置換氣用量：設爐膛容積為VO（m3），置換氣用量Q（m3/min），換氣時間t(min)，被置換氣體的殘存量V（m3）。9、單位時間內(nèi)，有下面這樣的關系：減少的被置換氣體殘存量=置換氣體所帶出的被置換氣體殘存量-dv/dt=QV/VO 經(jīng)變換積分：V/VO=e-Qt/V0式中，Qt為置換氣體用量(m3)，設VO=1m3，計算結果如下表：置換氣體用量與殘存氣量的關系,井式爐的安全操作,不同保護氣換氣用量：如用H2氣來置換或吹洗爐膛的空氣。H2氣的爆炸范圍是4.175%，則殘存空氣為25%，就不會發(fā)生爆炸。這時，查上表，H2用量為爐膛容積的1.39倍。繼續(xù)通入H2，還不能通電升溫，因為爐膛內(nèi)空氣還很多。如果通電升溫，則爐膛內(nèi)很快都可以達到著火溫度，這時整個爐膛就會同時燃燒（達到著火溫度，著火濃度范圍就不存在了?？扇嘉锷?0、，空氣多，可燃物燃盡為止；空氣少，可燃物多，則把空氣燃盡為止）。這種燃燒，稱為爆燃。爆燃有時具有破壞力，也是必須禁止的。Aichelin的安全指南指出：置換后，爐氣含氧量1%，置換就可結束，（相當于空氣量5%），爐子不會爆炸，是安全的了。上述用H2氣置換爐膛的空氣，H2用量為爐膛容積的3倍時，爐膛空氣含量為5%，這時就可通電升溫了。此項目多用爐為氮甲醇氣氛，一般用氮氣置換。,井式爐的安全操作,Aichelin的安全指南指出：當爐內(nèi)可燃組分（CO+H2+1%CH4）含量5%時，換氣完成，不會形成爆炸混合物。根據(jù)這個原則，以N2置換爐膛內(nèi)殘存吸熱式氣氛（CO+H2=70%），據(jù)上表，通入N2氣為爐11、膛容積的2.7倍時，爐膛內(nèi)殘存吸熱式氣氛體積含量為6.7%，這時，CO+H2=0.7x6.7%=4.7%5%，這就表明，用2.7倍爐膛容積的N2沖洗充滿吸熱式氣氛的爐膛，可以使爐膛氣氛無爆炸性?？梢耘袛喑鰜?，置換氣體的用量，與被置換氣體可燃物含量的多少有關。可燃物少，置換氣用量少；可燃物多，置換氣用量就多。置換氣體的用量應是爐膛容積的5倍，這個5倍之值不是絕對的，很些情況，都可小于5倍。以上只是理論計算，為了保證安全，要求置換氣體為5倍爐膛容積。,井式爐的安全操作,當自動充氮安全裝置發(fā)生故障或安全氮氣氣量不足時，應手動應急供氮或待爐內(nèi)氣體排放燃燒盡后，方可開啟爐蓋。開啟爐蓋時必須將爐蓋四周的壓12、緊手輪全部打開，否則將會對設備造成無法補救的嚴重損壞！如圖1圖2所示。,井式爐的安全操作,圖1,圖2,在操作設備時危險總是存在的，尤其當安全裝置失靈或得不到報警提示信號時。但其發(fā)生的次數(shù)應盡可能最少，因此，有關有關設備管理和操作人員必須根據(jù)設備結構特點對熱處理工藝及爐內(nèi)氣氛種類、設備的維護調(diào)整等統(tǒng)盤協(xié)調(diào)考慮。下列危險情況應立即采取預防措施：電源中斷；爐子加熱故障和隨之溫度下降；爐內(nèi)溫度控制故障和發(fā)生超溫或低于安全溫度；爐壓控制故障和發(fā)生超壓或欠壓；氣體供應故障；保護氣外泄露；冷卻水供應或排放故障；廢氣燃燒故障；,井式爐的安全操作,設備的安全運行不僅取決于使用適當?shù)募夹g安全設備，還取決于操作人員13、的判斷、操作和處理意外情況的正確性。因此，只有正確的使用設備的安全裝置和嚴格的按照操作規(guī)程操作，設備的安全運行才能得到保證，未經(jīng)培訓人員嚴禁操作設備！為保障人身和設備安全，設備上安裝有許多安全防護裝置為降低危險設備上裝有許多安全裝置一般情況下安全裝置時禁止使用的下面列出一些安全防護裝置主開關可斷開全套設備的電力供應；,井式爐的安全操作,急停按鈕可停止爐蓋升降、平移的機械動作爐內(nèi)壓力監(jiān)視控制裝置；,井式爐的安全操作,壓力檢測分為超壓和欠壓,爐蓋保壓裝置,井式爐的安全操作,通過保壓閥的調(diào)整使設備在正常工作時能夠穩(wěn)定在一定的壓力范圍內(nèi),爐口高壓氮氣防護裝置；爐蓋壓緊檢測,井式爐的安全操作,爐口高壓氮14、氣的使用能夠有效降低在開關爐過程中熱輻射的危害,爐蓋密封限位的應用為防止從爐蓋周圍發(fā)生氣體泄漏多了一道保障,爐蓋升降導向定位結構（圖1、2）爐蓋升降越位裝置（圖3）,井式爐的安全操作,圖3,圖1,圖2,廢氣排放口自動點火及報警裝置,井式爐的安全操作,當設備工作溫度達到750以上時，點火系統(tǒng)會自動啟動，以保證爐內(nèi)所排出的廢氣能夠及時點燃，當點火系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，檢測系統(tǒng)將發(fā)出警報，此時需立即人工點燃廢氣,冷卻水水分配系統(tǒng)井式滲碳爐冷卻水是保障設備正常運行的必要條件高溫下停水斷水將給設備造成損壞設備使用過程中嚴禁停水！,井式爐的安全操作,水分配器帶有壓力檢測、壓力顯示、流量監(jiān)測，可根據(jù)設備需求調(diào)節(jié)水15、量大小,地坑氣體泄漏報警裝置;,井式爐的安全操作,因井式爐結構特點大部分爐體安裝在封閉的地坑里，為預防爐體發(fā)生泄漏，在爐體旁安裝了危險氣體檢測裝置,超溫監(jiān)視控制裝置；安全氮氣充入控制裝置；爐溫低于安全溫度聯(lián)鎖控制裝置；氣體欠壓控制；控制儀表備用電源裝置,井式爐的安全操作,設備控制柜上安裝有工況圖，在工況圖上能及時觀察到設備的運行狀態(tài)及當前的報警信息,除工況板外設備所帶的碳控儀表里也對設備的運行請況做出了顯示雙項顯示提高了設備的安全系數(shù),井式爐的安全操作,正常使用過程中設備處于高溫狀態(tài)下，應盡量避免高溫對人體造成傷害，在一些特殊工序中應佩戴防護用具，如：抽取爐內(nèi)試棒、對爐內(nèi)碳勢進行側量、高溫下開16、關爐蓋、高溫下維修設備等。,井式爐的安全操作,注意快冷時風冷管道的高溫燙傷,注意廢氣排放管的高溫燙傷,開啟爐蓋注意事項爐蓋開啟前必須將壓緊手輪松脫！為防止開啟爐蓋時罐內(nèi)瞬間釋放壓力所造成的危險，可在開啟爐蓋前先打開取樣口釋放罐內(nèi)壓力，爐蓋關閉后必須馬上關閉取樣口。,井式爐的安全操作,設備送電前的檢查準備設備送電前應先檢查供水、供氣壓力，在送電后應檢查設備供電電壓是否平衡，送電升溫時應檢查加熱區(qū)各項電流表電流是否均衡。,井式爐的安全操作,圖1,圖2,設備停爐時的注意事項爐蓋在高溫下開啟后，必須盡快完成進出工件的操作，并將爐蓋立即蓋到爐子上，不允許較長時間在空氣中快冷。循環(huán)風機只有在爐蓋啟閉的間隔17、時間內(nèi)方可停止運轉。循環(huán)風機在200以下方可停止運轉。爐溫小于840，不得通入丙烷。爐溫小于750，不得通入甲醇。爐蓋開啟前必須將壓緊手輪松脫。,井式爐的安全操作,可控氣氛：在空氣或燃氣介質中加熱金屬工件，由于爐氣中含有大量的O2、CO2和水蒸氣，使鋼鐵工件氧化、脫碳，甚至燒損。采用可控氣氛可實現(xiàn)金屬的無氧化、無脫碳、無增碳加熱，實現(xiàn)化學熱處理控制（如碳勢控制、氮勢控制），完成諸如低碳鋼沖壓件的滲碳等特殊熱處理工藝。1、可控氣氛的種類:,井式爐的安全操作,按制備可控氣氛的原料氣(液)不同，可分為以原料氣制備的、分離空氣制備的、用有機液體制備的和瓶裝高純氣體四類。2、以原料氣制取可控氣氛包括（118、）RX吸熱式氣氛：將原料氣（液化石油氣或天然氣、丙烷）與空氣按原子碳、氧比為1混合，送入裝有催化劑的、由外部供熱的反應罐內(nèi)反應制得.,井式爐的安全操作,以丙烷為制備：10C3H8+15(O2+N2)30CO+40H2+56.4N2+Q 丙 烷：空氣=1:7.2（1m3丙烷氣生成12.64m3RX氣）以天然氣制備：2(CH4)+（O2+N2）2CO+4 H2+3.76N2天然氣:空氣=1：2.4（1m3天然氣生成4.88m3RX氣）,井式爐的安全操作,吸熱式氣氛主要用于氣體滲碳、碳氮共滲和氣體軟氮化，也可用于一些 鋼種的保護加熱。（2）放熱式氣氛：在燃燒空氣系數(shù)小于1的條件下，原料氣（液化石油氣19、）與空氣進行不完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物經(jīng)冷卻除水便制得放熱式氣氛。空氣較少，所得氣氛中還原性組分CO、H2含量較高稱為濃型放熱式氣氛?？諝廨^多，所得氣氛中CO2含量較高，稱為淡型放熱式氣氛。濃型放熱式氣氛，主要用于毛坯料和不重要零件的保護加熱；淡型放熱式氣氛主要用于銅及銅合金（不含鋅）的光亮處理。,井式爐的安全操作,（3）凈化放熱式氣氛：是將放熱式氣氛經(jīng)沸石分子篩凈化，除去CO2和H2O而獲得。廣泛用于各類鋼種零件的保護加熱。（4）氨分解氣和氨燃燒氣：將氨氣通入裝有催化劑的反應罐內(nèi)，在一定溫度下分解，便制得氨分解氣。將氨氣與空氣混合燃燒，經(jīng)冷卻干燥除水，便制得氨燃燒氣氛。這兩種氣氛主要是N2和H220、，都不含碳（不會滲碳），因此特別適合低碳不銹鋼、硅鋼片等的光亮熱處理。,井式爐的安全操作,3、分離空氣制取氮基氣氛包括（1）液氮氣：將空氣液化，利用氮、氧沸點不同（1標準大氣壓下的沸點N2：-195.8、O2：-183）分餾出氮氣。配制適當?shù)倪€原性氣體成為氮基氣氛。另外（2）普氮氣凈化（3）吸附分離空氣制備氮基氣氛，經(jīng)凈化除氧、除水，可獲得高純氮氣。4、有機液體制取可控氣氛滴入式氣氛：用兩種有機液滴入爐內(nèi)滲碳，一種有機液裂解成為載體氣（類似于吸熱式氣氛），另一種裂解為（滲碳的）富化氣，以成功進行碳勢控制。,井式爐的安全操作,有機滴注液主要有3類：C-H系、C-H-O系、C-H-O-N系。C-H21、系常用作制備可控氣氛原料氣和滲碳富化氣的有甲烷、丙烷、和丁烷，以及煤油、汽油等。C-H-O系主要有甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H5OH）、丙醇（C3H7OH）、異丙醇（CH3）2CHOH、丙酮（CH3COCH3）、醋酸乙脂（CH3COOC2H5）等。C-H-O-N系作為氣體碳氮共滲、氣體軟氮化用有機液。常用滴注液有：三乙醇胺N（C2H4OH）3、甲酰胺（HCONH2）、尿素CO（NH2）2等。,井式爐的安全操作,N2甲醇氣氛：就是將特定比例的N2和甲醇，直接滴入高溫爐內(nèi)，甲醇在爐內(nèi)充分裂解并與氮氣混合，形成類似于吸熱式氣氛的稀釋保護氣氛，同時通入富化氣和空氣，通過控制富化氣和空氣的通斷調(diào)節(jié)碳22、勢。純“N2甲醇”氣氛能維持0.4-0.6的碳勢，一般用作中碳鋼光亮淬火時的保護氣氛或做可控氣氛滲碳時的載體氣。1L甲醇 CO(33.3)和H2(66.7)混合氣 1.66m 0.55m 1.11m CH3OH+2 N2 CO+2H2 2N2 1L CO H2 0.55m 1.11m 1.1m 2.76m 20 40 40 甲醇(L):氮氣(m)=1:1.1,井式爐的安全操作,6、直生式氣氛：高溫下，將丙酮（CH3COCH3）或丙烷（C3H8）與空氣按一定比例通入爐內(nèi)，直接生成滲碳氣氛，也稱“超級滲碳”。,井式爐的安全操作,設備管理和保養(yǎng)設備的完好性和操作的可靠性只有通過強化管理和實施定期專門維護保養(yǎng)才可保證，這些措施包括設備各個部件的必要維護保養(yǎng)工作和修理與清理等。在設備保修期，作為實施保修的證明，必須將相應的維護保養(yǎng)工作記錄于爐子手冊中，這些記錄應當包括實施人員、日期和設備計時器上的工作時數(shù)等各項內(nèi)容。維護保養(yǎng)工作按維修計劃進行，某些附加工作在操作說明中有描述。規(guī)定的維護保養(yǎng)和定期檢查并不是絕對的，它對日常情況提供幫助和參考，而對所有結構零件的經(jīng)常注意和對所有裝置合理小心的處理，才是最佳操作可靠性的保證。這個原則特別適當于對溫度、測量與控制裝置進行調(diào)節(jié)和功能測試的時候。預防性維護保養(yǎng)比損壞之后的維修更經(jīng)濟。,井式爐的安全操作,