保护气体在罩式炉上的应用及注意要点

2010年第 1期(总第 145期) 应用能源技术 l5 保护气体在罩式炉上的应用及注意要点 夏玉波 。高金梅 。王建平 ，张 军 ，陈海龙 (1．哈 尔滨松江电炉厂有限责任公司，哈 尔滨 150078； 2．北方特种车辆研究院，哈尔滨 150050) 摘 要：通过对全氢罩式退火炉中所通保护气体的介绍，总结出应用保护气体的优点及使 用时的注意事项，提高了所处理工件的质量及设备使用的安全。 关键词：全氢罩式退火炉；保护气体；安全 中图分类号：TF734．61 文献标识码：B 文章编号：1009—3230(2009)01—0015—02 Application and Cautions of Protection Atmosphere in Bell—type Furnace XIA Yu—be ，GAO Jin—mei2，WANG Jian—pin ，ZHANG Jun ，CHEN Hai—long~ (1．Harbin s．)Ilgj．ml Electric Furnace Factory Co．，Ltd，Harbin，150078； 2．Harbin North Special Vehicle Academe，Harbin 150050) AbsWact：This paper introduces the full—hydrogen bell type annealing furnace protection atmosphere， summed up the advantages and application of protective gas when used Precautions．It wiU increase tl1e quali婶 of the treated materials and the equipment safety． Key words：Full——hydrogen bell type annealing furnace；Protection atmosphere；Safety O 前言 目前，国内生产的全氢罩式退火炉主要用于 工件的光亮退火，在其整个工艺过程中需要充保 护气体，保护气体是全氢罩式退火炉的关键所在， 其量和质量的控制直接关系到产品质量、能耗及 设备和人员等的安全等诸多问题。 l 设备概述 全氢罩式退火炉是一种间断式变温炉，炉温 按规定的加热制度随时间变化。本设备基本结构 如右图所示： 内置法兰与炉台法兰之间有密封圈，通过手 动压紧(或液压缸压紧)方式将内罩与炉台之间行 成一个密闭的空间，内装待处理的工件。根据不 同的工艺阶段，通过炉台上的各个进／排气阀门的 开，关来控制炉内压力和炉内保护气体的量，以达 到所要处理工件的质量和设备的安全性。 在设备工作前和工作过程中都需要充保护气 体，保护气体包括纯氢气和纯氮气。在设备正常 加热过程中充纯 ，设备做密封检查、安全吹扫 及补压等阶段充纯氮气。整个设备工作过程如图 1所示： 收稿 日期：2009—11—15 修订稿日期：2009—12—10 作者简介：夏玉波(1981～)，女，2O04年7毕业于黑龙江学 院，学士学位，哈尔滨松江电炉厂有限责任公司，助 理工程师，主要从事热处理炉设备设计工作。 图 i 2 保护气体的应用及作用 在全氢罩式退火炉整个工作中所通入的氢气 和氮气因不同的工艺阶段而 作用不同，根据图 1 可以总结出保 护气体在整个全氢罩式退火炉中 的基本应用及作用如下： (1)保护气体的使用可以简化工件表面处理 工序和提高金属的性能。 l6 应用能源技术 2010年第 1期(总第 145期) 在炉内加热过程中，易产生脱碳或增碳 等反应。氧化和脱碳会对工件表面陛质造成严重 的缺陷，要想除去氧化膜和脱碳层，需要较复杂的 工艺工序及大量的费用，对于质量要求较高的极 薄或极细的钢材可能造成尺寸不合适。充保护气 体，即可以减少或避免此上情况发生。 (2)在加热过程中充入纯氢气，可以提高金属 表面质量。 使用保护气体，可以进行工件的光亮退火。 在工件的加热过程中，通入氢气保护工件，防止工 件被氧化，在加热 到 4000C之前大量充入氢气， 带走钢材表面的挥发物，使工件表面光亮。 (3)在加热前及加热结束后冷却开始前，向炉 内充氮气用来做检漏试验。 在全氢罩式炉的使用过程中，由于整个加热 空间要求必须是密闭的，因为充入的气体为可燃 气体纯氢气，因此，在安全上的要求十分严格，不 允许出现 H2泄露的情况，因此，在设备加热前和 加热结束后冷却前，都需要向炉内充氮气做检漏 试验，以保证使用安全。加热前的密封检查基本 如下，首先氮气小流量进气阀门打开，向炉内充压 力至5500Pa，关闭阀门，保持压力，l0分钟后，若 炉内压力不低于4500Pa，即可认为合格，可以进行 下一步程序，否则需要进行人工检查漏点，直至漏 点排除。 (4)在工作过程中根据炉内压力大小，开／关 排气或进气阀门，用来释放或补充炉内压力。 全氢罩式炉在使用过程中，可能出现炉内压 力高于或低于正常工作压力，当压力高于规定上 限时，排气阀自动打开，泄压；当炉内压力低于下 限规定值时，需要及时向炉内充氮气，提高压力， 维持炉内需要压力值，保证使用安全性； (5)氮气大流量吹扫，避免因可燃气体的存在 而产生危险 在全氢罩式炉工作开始加热之前和出炉之前 都需要充人大量氮气进行吹扫。在开始加热之 前，炉内含有部分氧气，氧气含量过高容易发生爆 炸，因此，氮气进气阀门打开，氮气／氧气混合阀门 打开，要按规定向炉内大量充氮气，使氧气含量降 低到安全值，在充人氮气的瞬时流量和累计流量 及时间均达到要求时，可以通过管路上的氧分仪 做含量监测，只有达到安全标准才允许加热；在工 件出炉之前，炉内含有大量的氢气，氢气因其密度 较轻，极易堆积在某个通风不畅的角落，当在一个 狭小的范围，大量氢气聚集，一旦遇到明火，极容 易发生爆炸。对此国家工业有明文规定，氢气等 易燃气体不允许直接排放到车间内。因此，向炉 内通人大量的氮气来置换氢气是必要程序，充入 氮气时必须严格按照设备的操作操作。在保 2 证瞬时流量、累计流量及时间三个方面时进行，保 证炉内氢气的含量降低至安全值，因此才能打开 设备，完成整个工作过程。 3 保护气体使用中的注意要点 (1)保证所充入气体的纯度、氧含量及露点等 各项指标；一般全氢罩式炉中所通基本气体参数 要求如下表： 表 1 当气体纯度不足时，容易使退火炉达不到预 期的热处理效果，影响表面质量；当含氧量超标时 容易使炉内气氛在高温及有火花时产生危险。 (2)保证充入气体的量及充入时间。在设备 工作的各个阶段，应熟悉操作规程，充分了解通人 气体的种类、时间、瞬时量、累计量。 (3)使用过程中不得有泄露，氢气为易燃气 体，妥善处理。 4 结语 通过以上对全氢罩式退火炉在保护气体上的 应用的介绍，可以对设备设计、操作以及维护等提 供一定的参考，只有在懂得了气氛的真正作用和 注意事项，才能为设备的进一步改进提供帮助，为 产品的质量提供保证，为生产的安全提供保障。 参考文献 [1] 工业炉设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1996． [2] 钢铁工业炉设计参考资料[M]．北京：冶金工业出版 社 ．1979．