公司氮化爐培訓

1、氮化爐的結構原理以及調試。工作原理工作溫度：硬氮化工作溫度一般在480C到550C之間，常用溫度在490C到 530 C工作原理： NH3=N+3/2H2其中的 N 為活性氮，起到滲氮作用。 注意：活性氮的存活周期很短，如果沒有被工件吸附，會很快結合生成 氮氣，失去活性。氮氣沒有任何滲氮能力。爐內氣氛組成： NH3、N2、H2氮勢的定義： KN=PNH3/（PH2）1.5=1- （4/3 ）PH2/ （PH2）1.5辨析： KN 越大，氣氛的滲氮能力越強？個人觀點： KN 與氮勢沒有嚴格的對應關系， KN 高，滲氮能力不一定 就強。比如爐內氨氣很多，裂解的氨氣很少，雖然 KN 很高，但實際可用

2、的 活性氮較少，滲氮能力反而不強。在同一個 KN 下，靠純氨氣分解形成的氣氛與用氨氣和裂解氨氣混合而 成的氣氛是完全不同的。氮化爐的控制。1氮化爐爐溫的控制 -主從控制。控制原理與我們的井式爐基本相當。-用罐內控制罐外。2氮勢的控制。1）氫含量的檢測：氫探頭檢測氫含量，轉換為氮勢見 PE 氫探頭的結構圖。（圖 1）采用熱導法，2）控制： PID 和最大允許流量雙重控制。氮勢低，加氨氣；氮勢高，加 分解氨氣。如果氮勢達不到設定值，按最大允許流量控制。設定最大氨氣流量： 2M3/h最大裂解氨氣流量： 0.51.0 M3/h氫探頭的標定：用氨分解率標定氫探頭。水瓶法檢測： H2=3/4（ 1-a）式

3、中的 a 為氨分解率。從 PE 氫探頭的結構上來看， 不能采用標氣進行標定， 只能采用比較粗糙 的氨分解率進行標定。從現(xiàn)場使用來看，沒有問題。3氨裂解爐溫控。一般在850C 1000C之間。當前用 930Eo從各家使用上來看，850 C基本能保證氨氣完全分解，PE方面推薦用1000C，沒有必要。氮化的工藝流程以及工藝的編值（一）典型工藝過程。預氧化：很關鍵。對滲層均勻性和提高滲層深度都有很好的作用。預氧化溫度一般在360C 400C之間，產生Fe3O4，低于360C效果比較差, 高于400C意義不大。如果預熱溫度超過 500E，產生Fe2O3，因為氧化膜容 易過厚和疏松，氮化后容易出現(xiàn)起皮現(xiàn)象

4、。預氧化時間一般在1.52小時。檢驗：硬氮化檢驗：表面硬度 HV1-650-700深度 HV0.3-0.25-0.35（基體-50HV）脆性HV10軟氮化：表面硬度HV10氮化：普遍采用兩段式氮化，簡要流程如下：。1. 升溫同時前期氮氣置換。氮氣流量保證 4倍爐膛體積，能確保氧含量在 1%以下。5倍過于保守。換氣時間：實際應該控制總的換氣量，實施起來比較困難，當前各廠家 都是采用時間控制，中間的問題就是工人必須隨時進行巡檢，監(jiān)視好實 際流量。目的：置換掉爐內的氧氣，確保隨后通入氨氣是安全的。2. 到達供氣溫度后開始氨氣置換。保證3倍的爐膛體積，氮氣殘余基本在5%左右，以保證檢測的氫含量與 KN

5、的正確對應關系。各廠家的供氣溫度不太一樣；國內廠家沒有氨氣置換，普遍采用室溫下氨氣置換的方法；國外采用氮氣置換或者抽真空的廠家有采用360 E的，也有采用450r 的，PE 采用 450C。3. 低溫高氮勢強滲。（采用低溫用于防止形成粗大的氮化物）4. 降氮勢，同時升溫。5. 低氮勢高溫擴散。目的：降低表面氮含量，增加滲層深度。6. 降溫，同時后期氮氣置換，確保開門安全。（二）具體工藝編制特點段號段時間（min）溫度設 定值C）N2通 入量(M3)氮勢設 定值（KN）NH3 通入量(M3)DNH3 通入量(M3)備注1r> 100 n4001000升溫換氣21050051020460.5

6、1.0升溫，450 C以上 停止供氮氣開始 氨氣置換330605050460.51.0氨氣置換4根據(jù)滲 層要求 來定500510057自動 控制 通入自動控 制通入 量，不高氮勢強滲510510520024不過大許 量超最允值超過最 大允許 值升溫降氮勢6根據(jù)滲 層要求 來定51052024低氮勢擴散7> 10010018010000后期氮氣置換8< 14010018025000快速降溫，到溫 出爐對需要后氧化的工件，氮氣置換完成后，在 360380°C后氧化90120分鐘, 隨后快速降溫?；蛘叱鰻t后在低回爐里后氧化?？偣に嚂r24小時間(0.25-0.35mm)氮化后的組

7、織(見圖)圖1圖2氮化金相檢驗記錄日期/Date : 2007/05/09Nitriding metallographic record爐號FurnaceNo.試樣號SampleNo.零件材 質Material表面硬度Surface hard ness(HV1 )滲層深度(DN )Case depth氮化物 級別NitrideLevel圖片號PictureNo.備注Remarks134642CrMo650-6750.25-0.301-21工件42CrMo560-6602708642CrMo613-6500.25-0.3012工件42CrMo580-650當前從組織上看有時會后脈狀氮化物，但實際

8、檢測脆性等級都是一級。從使用反饋上來看也沒有什么問題。氮化后工件見圖。四.氮化爐的冷調注意事項以及相關問題（一）管道以及爐體密封性的檢驗。氨氣泄漏是非常敏感的，國內熱處理的要求是小于30ppm，必須做好密封性檢測，非常重要！所有管道都應該進行氣密性試驗。 爐體正式通入氣氛以前也需要保證氣密性。 爐體正式通氣氛前的氣密性檢測標準：1）通入1.0 M3的氮氣能確保爐壓正常。2） 關閉所有進氣管，封閉排氣管，壓力表指針能穩(wěn)定51 0分鐘以上基 本不變化。硬氮化的爐壓一般控制在8001500Pa不允許低于500P&各個廠家大 體相同。密封的調整： 前門密封：所有壓緊螺栓壓力均勻，壓到位后爐門和

9、馬弗基本能壓實， 壓緊螺栓不能伸直，稍稍有一個小的鈍角。 （見圖）管道的密封：建議用密封膠密封，麻和鉛油不理想。 力士樂現(xiàn)場采用液體生料帶加少量生料帶的密封方式，效果不錯。 在有可能的情況下，盡量采用焊接結構。（二）質量流量計的檢驗。 質量流量計的結構（見圖 3） 在正式供氣以前，所有的質量流量計都要檢查輸入輸出是否正確。 注意我們采用的 burker 質量流量計的接線插頭質量不是很好，焊接時確保可靠。檢查方法：在進氣端連接上壓縮空氣或者氮氣，根據(jù)流量計的要求調好 壓力。當前我們采用的氮氣和空氣的質量計的標定壓力： 0.25MPa實際穩(wěn)定工作壓力：0.20.3MPa,低于0.15MPa流量不正

10、常，在0.5MPa壓力以下流量控制控制沒有問題。 氨氣質量流量計的標定壓力： 0.15MPa實際穩(wěn)定工作壓力：0.12MPa0.2MPa,低于0.08MPa工作不穩(wěn)定， 檢驗在0.4MPa以下壓力下工作沒有問題。1采用信號發(fā)生器，輸入 420MA 觸發(fā)信號，觀察流量的線性關 系是否正常。注意：因為氣體不一樣， 氨氣流量計實際流量顯示可能不是很準 確，一般比較接近。2檢查質量流量計輸出的反饋信號 420MA 是否正常，檢查 PE500 中的流量指示是否能對應。我們plc給PE500的信號是027648,其中0對應零點，27648對應 滿量程。檢查PE500內部的流量對應關系設定是否正確。（三）冷

11、態(tài)運行檢查。1 程序運行的檢驗。從PE公司對表的配置過程來看，每一塊表都是根據(jù)客戶的要求來配置 的，不是標準的，有一定的隨意性，不能保證配置沒有問題，必須對儀表進 行詳細檢查。檢查要點：換氣時間的檢驗，確保運行安全。編輯好一個正確程序，用信號發(fā)生器模擬溫度的變化，觀察程序運行情 況。比如前期換氣時間設為100分鐘，程序是否會正確執(zhí)行100分鐘，運行 結束之前，即使爐溫高于供氣溫度，也不供氣；在換氣時間結束之前，強制將程序從換氣段跳到下一段，同時使爐溫高 于供氣溫度，換氣時間不會結束，程序也應該不會供氣。程序中設定的氮氣、氨氣、空氣流量能正確執(zhí)行； 后換氣時間正確執(zhí)行，快速冷卻能正確執(zhí)行； 氮化

12、爐加熱和裂解爐加熱是否能正確輸出。程序運行中不允許開前門，不輸出允許開門信號，試開一下前門；程序結束后能輸出出爐信號，允許開爐門。2.安全性和相關邏輯檢查：氮化爐工作在安全溫度以下，安全工作檢查非常重要！1）氨氣壓力低。正確邏輯：氨氣壓力低將自動停止供氣，向爐內通入安全氮氣，壓力 恢復后將自動恢復供氣，不啟動換氣時間。2）氮氣壓力低。正確邏輯：氮氣換氣過程中如果出現(xiàn)氮氣壓力低，換氣時間將自動清零，等壓 力正常后重新計時。氮化過程中如果出現(xiàn)氮氣壓力低，首先報警提示處理，如果10分鐘內不能恢復將停止供氣。壓力正常后重新恢復供氣。不要直接將氮氣 壓力低的信號立刻輸入 PE500儀表，如果馬上停止通入

13、氨氣，此時 氮氣也沒有，反而更危險，必須給客戶留出一定反應時間。3）廢氣燃燒故障。正確邏輯：當出現(xiàn)廢氣燃燒故障時，PT500儀表主界面中的廢氣燃燒 顯示將變?yōu)榧t色，停止通入工藝氣體，通入安全氮氣，廢氣燃燒恢復 后需要手動復位，否則一直停止供氣，不啟動換氣時間，復位后恢復 供氣。4）爐壓低。實際邏輯：氮化過程中爐壓低后會自動停止供氣，通入安全氮氣， 開始換氣，爐壓正常同時換氣時間結束后恢復供氣；氮氣換氣過程中如 果爐壓低，等爐壓恢復后，將重新啟動換氣時間，重新開始計時。5）空氣的通入。PE500儀表能實現(xiàn)NO復合滲，但是用空氣來做氧氣的提供者，非 常危險，PE方面認為，空氣的最大通入量不能大于

14、3%我們當前的處理方式除非客戶又特殊要求，完全屏蔽掉NO復合滲, 通入氨氣的同時禁止通入空氣。當前空氣只在前期預氧化和后期的后氧化允許通入。在正式升溫通入氣氛以前，必須反復運行程序，模擬各種條件，確保運行穩(wěn)定可靠。（四）爐罐的清理。 很重要。氮化對爐罐的清潔度有比較高的要求，正式升溫前需要將罐內 整體徹底擦拭干凈。能加快調試的速度。五 氮化爐的熱調 （一）升溫烘爐以及加熱控制的檢查。調整控溫參數(shù)，使主爐溫度以及裂解爐溫度，控制穩(wěn)定。注意調整罐內 外允許的溫度差值， 太小升溫慢， 但控制穩(wěn)定；太大升溫快但容易造成波動。注意如果采用PE的儀表，他的PID模型不是很理想，對微分的處理有 些問題，一般

15、情況下，采用盡可能小的微分參數(shù)，或者關閉微分。（二）空滲。目的：活化馬弗內耐熱鋼件表面，形成一定的氨裂解能力。 溫度：530550C左右，反復空滲。氨氣流量：大約在 12M3/h 左右，能達到 4 個上的氮勢就可以。 時間：一般前后需 1530天以上才基本可以使用， 穩(wěn)定需要 1個月以上 空滲的同時可以將氮勢控制調出來。氧化處理的耐熱鋼的活化問題。（三）工藝試驗。六 調試過程中出現(xiàn)的問題匯總。1氮化爐前門油循環(huán)的幾個問題。1 1 冷卻油泵突然損壞。這種情況出現(xiàn)是早晚的事，如果在 500多度的氮化過程中出現(xiàn)，因 為我們的爐門口溫度非常高，油循環(huán)停止后，油溫會迅速升高，時間長 后有可能氣化甚至著火

16、。 同時因為爐內為可燃氣體， 不敢打開前門降溫， 爐口硅橡膠密封條可能被烤壞，造成爐氣泄漏，也有爆炸的危險。 處理方法：采用雙油泵結構，在一個油泵損壞后，另一個可以很快的工 作起來，可以考慮做成自動轉換。2）做為一個輔助手段從程序上考慮如果油泵跳閘， 自動啟動快速降 溫。12 生產過程中突然停電。沒有可靠的處理方法，方法之一可以考慮準備備用電源，確保維持 油泵運轉約兩個小時， 以保證將爐內可燃氣體排出， 隨后手動打開前門。 個人意見：上面兩項實際都是采用油冷卻造成的弊端， 只要是廠 家有條件，訂貨時一定要堅持采用水冷，沒有條件也盡量創(chuàng)造條件，最 次還有自來水保證前門密封口的溫度不會過高。力士樂

17、現(xiàn)場有雙電源， 好一點。13 前門油溫過高的問題。在使用后發(fā)現(xiàn)油循環(huán)冷卻效果比較差，在 510 度的爐溫下，油溫高達 110度左右，冷卻油很快老化變色。解決方法：采用帶強制風冷的換熱器，確保油溫快速的降下來。更換后正常使用時油溫約為 50 度，在風扇停止的條件下，油溫約為 90 度。2前門密封的問題。當前前門密封圈使用壽命壽命在 1 個月左右，失效形式為密封圈失去彈性， 不論是采用奧地利還是德國的密封圈使用效果都不理想，德國產的雖然硬度 高，因為彈性較差，使用效果也不理想。 首先考慮降低前門油溫，但從更改后的使用來看，壽命沒有明顯提高。 當前還沒有好的方法，需要做進一步的考慮?？紤]采用國產的硅

18、橡膠，但是靠自重壓緊可能有一個壓緊力的問題。3氮化爐前門導風板和部分管路的腐蝕問題。 （見圖片） 使用約一個月后發(fā)現(xiàn)，前門導風板和部分管路開始腐蝕，并且越來越嚴 重。前導風板重新更換后， 45 天即開始明顯腐蝕。原因：其中一根排氣管經過化驗，成份基本是 2520，估計主要原因有兩個：1）2520 本身在氮化氣氛下使用就有一個壽命問題，不是專門的抗氮化 鋼，不是很抗氮化。國內的材料性能可能也差點。2）爐內有大量的活性氮，在罐內450C左右的低溫區(qū)處，實際氮勢可能 遠高于工件的吸氮能力，造成過飽和滲氮，氮化物過于粗大，脆性也大，應 力也大，造成剝落。參見熱電偶的腐蝕圖，前導風的腐蝕圖。對前導風的使

19、用環(huán)境來說，可能進口的 2520材料也不能達到使用要求。 方案：采用英康800的材料（800HAI3CO材質）；采用碳化硅？4氮化爐罐外沒有輔控熱電偶問題。帶馬弗的爐子罐內外溫差在升溫時會達到 100度以上，初期接近 200度，如 果不采用主從控制，罐內溫度很難控制。星光凱樂沒有采用主從控制，溫度 波動只能達到土 5C。解決辦法：將輔控熱電偶移到馬弗外面，采用主從控制，問題解決。5爐壓控制值只能達到300Pa,達不到使用要求。從當前的調試經驗上來看，各個廠家的通用控制標準為800Pa到1500Pa之間。 處理方法：現(xiàn)場重新制作保壓閥，將壓力控制在1200Pa左右。問題：偶爾保壓閥下面被粉塵叮囑

20、，關不嚴，爐壓會比較低?？偟膩碚f可以 用。有的廠家采用壓力傳感器，用電動蝶閥控制。6滾輪的結構和腐蝕問題。 （見圖） 我們當前的結構是一段耐熱鋼管，兩頭加堵頭。 問題：堵頭開焊，滾輪外壁磨損嚴重。 方案？焊道坡口加大？車削后保證足夠的強度；滾輪外壁加厚，滾輪加長， 建議從120mm加長到150mm，增加接觸面積，減少局部受力。 7排氣波紋軟管連接從活結改為法蘭。 （見圖） 問題：因為使用中震動以及溫度的變化，很容易松動。8循環(huán)風扇密封軸封壽命問題。從使用 1 個多月就開始先后損壞， 4臺全壞了。 1、3號爐已經更換。 有沒有更好的解決方法？ 參見氫探頭上的油煙污染。 （見圖）。9導流板的變形問題。分析主要就是使用中爐罐會發(fā)生變形，兩邊的定位桿會對導流板造成擠壓。10 壓縮空氣沒有壓力時下進風口氣缸在自重作用下打開的問題。 （見圖） 增加一個單向閥。解決很簡單。11 進風口的檢修門的設計問題。 （見圖）檢修口采用 3mm 的薄板，采用公司標準的結構。 變形后安裝非常困難，維修更加不容易。包括從位置上來看， 都應該采用快卸結構， 設計應該多從使用者的角度著手。 12 環(huán)形燃燒器的設計作用問題。 （見圖）1）氮化爐沒有瞬間負壓，不存在補壓的問題。2）考慮能加強氨氣的充分燃燒？或者確保氨