1 前言
我厂继1996年引进天津丰东产Unicase多用炉生产线生产后，又于本年底从日本引进了中外炉工业株式会社产的多用炉生产线，此生产线由FL.HFC-SHE-M1(S)多用炉2台；AW-SEDS-M1(S)清洗机1台；TF-SEH(S)回火炉1台；装卸料台2台；TC-SM-S1(S)装料车1台等组成，其平面布置如图1所示。
图1 平面布置图
2 FL.HFC-SEH-M1(S)多用炉
本设备主要用途为渗碳淬火、光亮淬火、碳氮共渗，最高炉温为950 ℃。工作温度930 ℃时装炉重量为570 kg(毛重)。由前、后室组成，如图2所示。
图2 多用炉剖面图
2.1 设备的特长
本设备是电热式多用炉，炉内炉衬使用特殊的陶瓷纤维。
(1)炉形采用圆形
以前我们用的电加热箱式炉几乎都是方形的结构。此多用炉采用的为圆形结构，与方形的相比具有以下优点：
①圆形炉的温度分布较好，辐射热量向中央集中，有利于工件的加热，提高能量的利用率。
②圆形炉的气氛流动性较好，这样有利于提高炉内气氛的均匀性，从而提高渗碳件硬化层深度的均匀性，这对摩托车的渗碳件由于其件小，渗层浅是十分有利的。
③由于其截面是圆形的，圆形炉的炉壁表面积与相同体积的方形炉相比要小，这样散发的热量少，有利于提高热能的利用率，节约能源。其示意图如图3所示。
图3 炉形截面简图
(2)隔热材料大量采用陶瓷纤维(图4)
图4 铆钉周围隔热材料示意图
陶瓷纤维具有耐热度高、密度小、导热系数低、热容量小，化学稳定性和抗热震性好等优点，有耐热和保温两种特性，对减少炉衬蓄热和散热起重要作用。和砌砖炉相比，升温时间短，升温速度快；炉壁蓄热少；维修方便。
陶瓷纤维板由焊接安装在炉壳上的耐热钢铆钉来支承，炉内侧的陶瓷纤维板分割成适当的大小，以安装铆钉和特殊形状的垫圈和螺母来固定住，为了减少铆钉因热传导而造成的热损失，在铆钉头部(炉内侧)以陶瓷纤维粘土覆盖。
如果是砌砖结构，一旦发生脱落，需要全部修理。采用此结构，由于是板块结构，可进行部分修理。
④采用此结构，渗碳及淬火时的升降温速度快，并且减少能量损失。
(3)炉内的陶瓷纤维板采用特殊的涂层
采有该涂层处理，可以使炉内保护气氛基本稳定在理论值上；缩短炉内气氛稳定化时间(图5)；有助于提高富化气的分解速度，减少炉内炭黑的形成。
图5 炉内气氛稳定化时间比较
(4)电加热辐射管
电加热辐射管的结构如图6所示。将此管排列在炉内有效尺寸内，可将炉温分布控制在±5 ℃以内。由于该管是从炉子的上部垂直安装的，故管的变形几乎没有。此管更换方便，可以在炉外进行，人不必到炉内修理、更换，这样可以在炉温较高时进行，故可提高生产率。
图6 电加热辐射管结构
(5)淬火油槽
①油槽上设有密封式的前室，空气不会流入炉内，炉内气氛稳定。
②在升降机内设有2层导轨，工件淬火时可以使用上层轨道将要处理的工件送入炉内，不会有操作时间的损失，充分提高炉子的利用率。
③淬火的搅拌器通过变换器进行控制，能够根据不同的材料自动转换转速和运转时间，能够根据工件的不同形式选择最佳淬火工艺。
④采用螺旋冷却器进行淬火油的冷却
采用此结构与多管式的冷却器相比，可以加快淬火油的流速，且具有自我清洗作用，从而减少维修；结构紧凑，占空间少；由于油和水之间的密封没有使用填料，不会发生由于填料的劣化而造成油和水的混入。
⑤由于真空淬火，无氧化燃烧，不污染大气，大大降低油耗，工件表面干净。
(6)滚轮轨道和风扇
①滚轮轨道为耐热钢热轧而成，与铸造相比，强度高，缺陷少；搬送工件方便；和料盘接触的部位少，易于气氛循环，提高渗碳层的均匀性。
②采用大容量的风扇，提高气氛的循环量，有利于提高渗碳的均匀性。
(7)温度控制
温度调节是连续比例PID控制，可得到良好的控制。
(8)循环的动作
本炉采用搬运器式的机构，只要在炉前的搬运机构下便可自动进行清洗、渗碳淬火等。
2.2 结构
(1)渗碳室
炉壳是由钢板和型钢焊接而成，对炉进行气密。炉壁、炉顶采用特殊陶瓷纤维，炉底为砖砌。加热室炉门采用钢板焊接结构，并经退火处理，不易产生变形。炉内轨道为两条耐热钢制的滚轮轨道。炉内风扇叶轮和轴整体铸造。加热元件材料为Cr20Ni80，电加热辐射管材料为0Cr25Ni20。炉的顶部设有放定碳片的孔。为除去炭黑设有烧炭黑装置。
(2)气氛供应装置
炉内气氛是从炉顶部向炉内直接通入一定量的甲醇，在炉内进行甲醇的热分解，使炉内气氛的组成为：CO：33.3%，H2：66.7%，炉内碳浓度的调节，通过添加丙酮自行进行控制。主要设备有甲醇、丙酮、氨气供应装置。
(3)前室
前室外壳是钢板的焊接构造，气密性很好，能实现真空淬火。真空泵排气量为180 m3/h，真空度为0.7 Pa，转速为390 r/min，电机功率为3.7 kW。
(4)淬火油槽
在前室的下方设有淬火油槽，油使用温度为60～80 ℃，最高100 ℃，容量约为5 000 L，槽内设有两层滚轮轨道的淬火升降机，为对淬火油进行搅拌，设有搅拌机。槽内设有管式加热器，为恒温设有冷却装置。为保证油槽内油的数量，设有油面管理装置，有异常进行报警。
(5)电气控制仪表
炉温用PID控制，由温度记录仪进行记录温度、碳浓度值，程序控制器可事先储存每个处理零件的热处理曲线及气氛曲线，设有温度过高报警器，热电偶为K型。
炉内气氛碳浓度比设定值低的话，通过程序控制器的信号使丙酮控制阀“开”，从而向炉内通入丙酮，丙酮控制阀通过时间比例PID方式控制。
炉内碳浓度的控制是通过测定炉内的氧气分压(用氧探头)，及炉内温度并在演算后进行正确的控制。氧探头有自动与手动清洁功能。
温度控制精度：±1.92 ℃，碳浓度控制精度±0.05% C。
(6)安全保护装置
停电及甲醇供应停止时，将氮气自动通入前室，确保设备安全，以防爆炸。当发生异常情况时，显示灯及蜂鸣器发出报警的同时还进行自动处理，以确保安全和保护设备。
3 清洗机
本清洗机由粗清洗装置和完工清洗装置构成。清洗方式为：粗清洗为碱液浸泡与喷淋；完工清洗为温水喷淋。两清洗装置上都设有油水分离装置，将清洗下来的油从清洗液中分离除去。
3.1 设备能力
(1)粗清洗装置：碱液的浸泡加喷淋清洗。装置内有效尺寸：1 220 mm×600 mm×600 mm。
槽容量为浸泡槽约为2 000 L，油水分离槽约280 L。浸泡槽常用温度为65～80 ℃。
(2)完工清洗装置：清洗方法为温水喷淋。槽容量为：喷淋槽约2 000 L、油水分离槽约280 L。水温65～80 ℃，有效尺寸：1 220 mm×600 mm×600 mm。
3.2 结构
(1)粗清洗装置由钢板和型钢焊接而成，装置内设有升降机，进行浸泡清洗(上、下摇动)，浸泡后进行喷淋清洗的喷淋装置，为提高去油能力及油水分离性设有液体循环装置、加热装置、油水分离槽。还设有液面管理及自动供水用的液面开关。
(2)完工清洗装置也是钢板和型钢的焊接结构。由喷淋装置、液体循环装置、加热装置、油水分离槽、液面管理装置、将附着于工件上的水分除去的鼓风装置等组成。
3.3 电气仪表
对粗清洗与完工清洗的温度进行开-关控制的温控装置，热电偶为K型。粗洗与完工清洗可循环控制，可手动自动。发生异常情况下，在所有的显示灯及蜂鸣器都通知操作人员的同时，还进行自动处理，以确保安全和保护设备。
4 回火炉
炉型与多用炉一样亦为圆形，炉壳亦为钢板与型钢的焊接结构，最高使用温度650 ℃，炉内有效尺寸：1 200 mm×600 mm×600 mm，侧壁、炉顶为陶瓷纤维。炉内设有两条滚轮轨道，顶部有搅拌风扇，在炉的左右侧壁的圆周上设有加热器。
温度的控制精度：±2.5 ℃。热电偶为K型，在发生异常情况时，具有报警与自动处理功能。
5 搬运装置
搬运装置由移动小车，装料台、卸料台构成。操作人员可搭乘在移动小车上，在各装置间行驶，向各装置内装入和取出处理的零件。操作人员在移动小车控制柜上设定前往的位置后，小车便会快速驶向指定装置，然后在到达装置前会自动切换成慢速并停止在装置所定的位置。行驶速度快速约300 mm/s，慢速约60 mm/s ，储料台可储存3个料盘。
移动小车行驶时，通过电子喇叭和回转式警报灯的显示告知其处于行驶中，小车设有缓冲器，检测到有障碍物的时候，移动小车便停止在那个位置。
6 箱式多用炉生产线生产管理系统
本系统跟踪管理搬送进设备内的处理零件，使在热处理设备内的处理零件情况了如指掌，既可显示多用炉的运转状态，又可变更炉内温度及气氛的设定值，还可模拟处理零件的碳浓度分析。处理过零件的生产数据以日报月报的形式总结并制表。
如果装置发生异常，将记忆发生时刻、回归时刻及报警内容，并可任意确认一天的异常发生情况。当多用炉发生异常时，将显示与异常有关的原因、调查项目及处理方法。通过将生产数据拷贝到磁盘中可作为质量管理数据长期保存。
本系统由个人电脑、彩色显示器、键盘、打印机及各种机器间通信连接单位等构成。
7 多用炉的热处理质量
炉子有效尺寸空间碳浓度公差在±0.05%以内。
一次装料中，在表面深度0.1～0.2 mm处，碳浓度公差在±0.05%以内(剥层分析法)。一次装料中有效渗碳深度在±0.1 mm以内，表面硬度公差应在3 HRC以内，金相显微组织无粗大网状碳化物和脱碳现象。 |
