可控气氛大型井式渗碳炉---讨论

金阳 · 发表于 2009-7-11 23:23:50

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《可控气氛大型井式渗碳炉讨论》随着“风电行业”和“风电变速箱”的火热，“可控气氛大型井式渗碳炉”也越来越吸引大家眼球了，坛子里越来越多的朋友讨论“可控气氛大型井式渗碳炉”的问题，诸如“有马弗”、“无马弗”的优缺点，给厂家打分等等
我最早接触“可控气氛大型井式渗碳炉”是在93年左右，当时工厂要求引进一台2000X5000的井式渗碳炉，作为技术员，开始了我的调研之路，通过查资料知道国内具有先进“井式渗碳炉”的工厂有：太原重型机械厂一台“奥地利爱协林”的井式渗碳炉，洛阳矿山机械厂一台奥地利爱协林的井式渗碳炉，一台控制系统引进设备主体自制的井式渗碳炉，沈阳矿山机械厂一台“德固萨”井式渗碳炉，南高齿一台“德固萨”井式渗碳炉，戚墅堰一台美国索菲斯“井式渗碳炉”。当时我们去了洛矿、沈矿和太重。由于但是89年中美关系僵持，所以美国索菲斯不在考虑之中。定位在“爱协林”或“德固萨”之间。当时的调研，设备并没有给我留下多么深刻的印象，倒是当时有两位高工给我留下一生都不能磨灭的记忆。
一位是洛矿的孙高工，给我的印象是“全才多能”，洛阳引进设备他是以翻译的名额出国的，回国后也是以翻译的身份参与安装调试的，但当时只有他真正掌握了那台炉子
，当时和他探讨技术问题，发现无论是热处理工艺方面，还是设备控制方面，包括设备结构方面那都是十分在行，在每一方面都是绝对专家啊级人物。只说他的两个事例：
1、在当时绝大多数渗碳炉还数煤油滴数的时候，他自己将只用氧探头控制碳势的进口炉子改为氧探头加CO双元控制。2、自己主持改造制作了一台2000X7000的渗碳炉体，只进口了控制系统，获得成功。

另一位是太重的李高工，当时已是满头白发，给我的印象是“诲人不倦”，李高工对我们这些外单位的技术人员，知无不谈，毫无保留，对设备的使用经验，深层渗碳的工
艺要点，外国人谈判时注意的技术要点，包括将来使用设备时可能存在的安全注意事项，不但是我们提出的问题都解答，只要是他认为我们在引进过程中我们应注意的内容
都毫不保留的再三嘱咐。

十几年过去了，两位前辈不知还记不记得当年有几个年轻的小伙子向你们请教问题的景象，但是我永远感谢你们当年的无私的教诲。如果论坛中的朋友见到我这个帖子又有
幸认识这两位高工的话，请将我真诚的敬意和感谢转达给他们

金阳 · 发表于 2009-7-11 23:25:28

情不自禁，跑题了，现在说说我们当年的选择，不出大家意外，是奥地利AICHELIN，索菲斯因政治原因不能选，“德固萨”在当时式微了准备卖掉，当然只能选奥地利AICHELIN了。但当时，我们没有采取整套设备原装进口，而是奥地利AICHELIN提供全套图纸，马弗、道风筒、导风罩、风机、控制柜、配器架进口，炉壳、炉盖由国内公司制作，当时制作炉壳的是“唐山四方公司”，那也花了70万美元。所以“旁观者”先生说“北京AICHELIN井式炉技术是江西电炉厂的”我不同意，只能说对了一部分，奥地利确实没有给北京提供井式炉技术，但北京爱协林第一次拿到南高齿井式炉订单后，是到我当时那个公司COPY的奥地利AICHELIN图纸，作参考，由原江西电炉厂的工程师改动后设计出的南高齿第一台北京爱协林国内井式渗碳炉。
讲一下，当时“爱协林”和“德固萨”井式炉的特点，两家基本结构一样，就一起讲吧。

1、无底马弗，油密封，马弗与导风筒隔一段扎出两道波纹。
2、导风筒挂在马弗上。
3、炉盖下沉入马弗内，法兰水冷密封。风机装在炉盖上。
4、加热采用电阻丝，电阻丝螺旋缠绕在瓷管上，瓷管两端放在高铝挂丝砖上。
5、炉衬砖结构或全纤维结构，高铝挂丝砖由耐热钢挂钩挂在炉体上。
6、配有鼓风机和抽风机，可以向马弗管与炉衬中间鼓冷风，实现快冷工艺。
7、配有氧探头及CO分析仪，有碳控仪，没有PLC。
8、上位机软件已经能够模拟渗碳层梯度曲线，可以用层深的百分比（%CD）代替具体段的工艺时间

金阳 · 发表于 2009-7-11 23:28:25

继续说，十几年来，井式渗碳炉炉体结构的改进：
讲到大型井式渗碳炉（有马弗）的改进，有两个研究所不能不提到：一是“西安电炉研究所”、一是“北京机电研究所”。
“西安电炉研究所”主要的改进工作，应该是对加热系统的改造，改造的原因有二：
1、原来进口炉采用Cr20Ni80电阻丝，螺旋缠绕在瓷管上，瓷管两端放在高铝挂丝砖上，成本很高，国内一些厂家价格上不能承受，要求改为铁铬铝材料，而铁铬铝丝较脆，螺旋缠绕，不如设计成电阻带方便。
2、电阻丝螺旋缠绕在瓷管上的加热方式，在一些带快冷功能的井式炉做快冷工艺时，电阻丝会受冷收缩，引起挂丝砖上翘，容易折断，改为电阻带这个问题就容易解决了。
北京机电研究所主要也是从加热角度进行的改进：
西安电炉研究所使用电阻带加热，取代原来电阻丝，电阻带采用陶瓷螺钉旋入纤维炉衬，设备使用时间长了，会有陶瓷螺钉脱落的现象，对此，北京机电研究所提出了更好的解决方案，砌筑纤维块的同时，每层间隔砌入一层很薄的扇形耐火砖，耐火砖上开小孔，用耐热钢挂钩勾住砖上的小孔，电阻带挂到耐热钢挂钩上。电阻带下层仍然用陶瓷螺钉隔离。
当然，其他小的改进应该还有一些，但“西安电炉研究所”和“北京机电研究所”最有价值的改造，可能就是用电阻带替代原来的螺旋电阻丝了。说道这里，大家可能也知道了，现在的“西安民生”、“苏州民生”就是从“西安电炉研究所”一脉相承下来的。但“北京机电研究所”当年搞井式渗碳炉设计的两位，一位现在在天津搞“碳势控制”和氧探头，另一位去搞“淬火油”和“冷却系统”了，基本不再搞井式渗碳炉。这两位大虾有时也光顾我们的论坛，如果二位见到这个帖子，小弟在此向二位致意了！

应该讲，西安民生是国内做井式渗碳炉很早的厂家，当时的技术起点也很高，到今天，纯从技术角度讲，在设备结构方面也不算落后，但在论坛里包括我认识的一些使用厂家中口碑并不理想。仔细想来，主要是没能走出国内厂商低价竞争的怪圈。一方面，因为没有洋品牌撑腰，国内用户就会拼命压你的价格；另一方面，对于出低价的客户，你有舍不得放弃，只能去迎合。所以问题都不是出在技术上，而是出在用料上。做企业不能亏钱，只有从材料上想办法。到最后，是“低价”导致“低质”还是“低质”导致“低价”，就成了“先有鸡，还是先有蛋”的问题。其实这个问题，值得所有国内做设备的厂家思考。
在这一点上，无锡天龙似乎把握的较好，天龙的历史我在“点评多用炉”中已经介绍过，不再多说，但有一点说明，天龙现在的那位副总就是我上文提到过的主持南高齿炉子设计的原江西电炉厂的工程师，这样看来，天龙能在大型井式渗碳炉市场占有较大的份额就不足为奇了。从技术角度讲，天龙不能说在井式渗碳炉上有了什么革命性的改进。但是，天龙在市场上基本不迎合客户的低价位需求，在有些地方售价甚至高出爱协林。坚持这一点在民族品牌中尤为可贵，“懂得舍得，才会拥有，一味迎合，失去所有”。但天龙在细节上做了一些改进，而这些细节上的改进，与其说是天龙的改进，不如说是南高齿的改进。

讲到井式渗碳炉，就不能不提到南高齿，因为南高齿拥有几乎所有国内国外厂家的井式渗碳炉，如“德固萨”、“爱协林”、IVA、天龙、天津某家，还有德国某家（名称我没记住），目前拥有的先进井式渗碳炉主炉有70台左右，并且今后几年可能还会以几何级数增长。最可贵的是，南高齿拥有一批使用井式炉、维修井式炉多年的资深技术人员，他们对井式炉见多识广，经验丰富。其实，是这些南高齿的人员，把使用多家井式渗碳炉过程中遇到的问题，包括改进方法，告诉天龙，才使天龙获得今天的荣誉。“使用者是最好的老师”，此言不假！

金阳 · 发表于 2009-7-11 23:30:15

爱协林的改革
直到2006年，北京爱协林对上述结构的井式渗碳炉进行了一次突破性改革，用无底马弗采用膨胀节密封代替原来的油密封。为什么要改革呢？这要从油密封马弗存在的一个不可避免的缺点讲起：安全隐患，油密封结构具有安全隐患。虽然油密封槽具有冷却功能、油位报警功能，但是油受热着火的危险是存在的；另外炉压异常时，将密封油吹出，炉气泄露的危险也是存在的。虽然发生几率不高，但20年来，听说过的密封油着火，炉气泄露事故还是发生过几起。正式基于安全性考虑，北京爱协林于2006年，在天津弗兰德的无马弗井式渗碳炉上用膨胀节密封代替原来的油密封。

什么是膨胀节密封密封呢？简单说就是在马弗与炉底连接处装一段可以自由伸缩的套筒（膨胀节），由膨胀节消化马弗热胀冷缩引起的伸长和收缩。这种结构可靠吗？我不能轻易下结论，但至少天津弗兰德已经使用两年了还不错。有人可能要说了，北京爱协林是从国外引进的技术，国外应该是运用多年的成熟技术了，应该没问题。其实，这样认为是错误的！膨胀节结构的渗碳炉并不是外国人的技术，这是北京爱协林的优秀技术人员的发明。这种技术的提出和设计，都是北京爱协林一位年轻有为的工程师的杰作，并不是老外的发明。我这样讲，并不是说奥地利爱协林没有研发能力，恰恰相反，奥地利爱协林有强大的研发能力，但是，奥地利是不会把宝贵的精力投入到“井式炉”“多用炉”这些他们认为很成熟由即将被淘汰的炉型上的，他们每天研究的是类似“连续式低压渗碳高压气淬生产线”等炉型。但这同时也说明，中国人也不用“妄自菲薄”，中国工程师发明的膨胀节结构井式炉现在不也被贴上洋标签。而且，这确实是一项突破性创新。
如果我讲到的这位“年轻有为的工程师”能看到这个帖子，相信你会付出“会心一笑”。
今天所讲，只能叫“爱协林的改革”，因为爱协林“革命性”的改造还在后面。
为什么要彻底变革-传统有马弗井式渗碳炉无法突破的瓶颈
虽然经过20多年来的不断改进，但是受基本结构的制约，传统有马弗井式渗碳炉还是具有许多无法突破的瓶颈，列举如下：

1、安全性问题：有马弗结构井式渗碳炉一般采用炉底密封油槽方式密封，这种密封方式具有安全隐患。首先密封油在高温状态工作有燃烧的危险，其次炉压过高时密封油被炉气吹开有炉气泄露的危险，而炉气本身就有可燃性、有毒性、窒息性危险。即使采用强制冷却、炉压检测等措施，但不能从根本上解决此类危险隐患。

2、马弗寿命问题：大型有马弗结构井式渗碳炉的马弗罐寿命都比较短，一般采用310S耐热钢制成的马弗罐，连续使用寿命不超过3年，炉子有效直径越大，马弗罐寿命越低。由耐热钢做成的马弗罐造价较高，基本占炉子总造价的20%，所以马弗罐更换造成的炉子维修成本很高。

3、氧探头寿命问题：有马弗结构井式渗碳炉氧探头必须从炉盖插入，炉盖每次开启氧探头都要受到快速冷却，氧探头使用寿命低，一般寿命1年左右。

4、测温准确性问题：有马弗结构井式渗碳炉各加热分区的测温热电偶只能插在马弗罐以外，而工作温度要反映罐内温度，存在一定误差，智能仪表的罐内罐外联控技术，也是间接测量。而无马弗结构渗碳炉，测温热电偶直接插在道风筒内部，直接测量工作区域温度，实际工作温度与仪表检测温度相同。

5、热量损失问题：有马弗结构井式渗碳炉的马弗罐需要从炉底插到油密封中，在高温工作状态，热量会沿金属马弗壁向下导热，存在一定的热量损失。

6、快冷带来的问题：由于渗碳工艺的要求，一部分井式渗碳炉要求工件渗碳后，在保护气氛状态下快速冷却到600度以下温度，有马弗结构井式渗碳炉采用在炉墙与马弗之间鼓入冷风的方式，在进行这种快冷工艺时，冷风对距离鼓风口较近的马弗罐损坏力很强，哪个部位的马弗罐变形相当严重。压波纹、加厚等措施都无法彻底解决这一问题。经常进行快冷工艺的炉子，马弗罐寿命寿命更低，达不到3年。
解决之道-无马弗井式渗碳炉
因为传统有马弗井式渗碳炉具有上述几项无法突破的瓶颈，所以近一两年，高端井式炉制造厂家，同时开发推广“无马弗井式渗碳炉”，包括爱协林、IVA、LOI、索菲斯等等都在加紧开发或推广这一理念。并有几台设备开始在国内装备，有的已投产。虽然这些厂家的其他设计理念各有不同，但是在“取消马弗罐”这一思路上，大家的观点空前一直。我认为，这一理念是正确的，是具有先进性的，“无马弗井式渗碳炉”是井式渗碳炉的一块“高地”，代表了大型井式渗碳炉的发展方向，固守“有马弗井式渗碳炉”不思进取，有被淘汰的可能。回头再看前面讲的问题，在无马弗结构上都会迎刃而解：

1、安全性问题：取消马弗罐，同时取消油密封，从根本上杜绝了“密封油着火、可燃气泄露”等安全隐患。
2、马弗寿命：取消马弗罐，不存在马弗罐寿命问题，降低了维修成本。
3、氧探头寿命：无马弗井式渗碳炉，可以从侧面横插氧探头（类似多用炉），避免极冷极热，提高氧探头寿命。
4、测温准确性：无马弗井式渗碳炉，直接将热电偶插入有效区附近，直接测量，不存在“罐内罐外”的温度差。
5、热量损失：无马弗井式渗碳炉向多用炉一样靠炉体密封，不存在马弗罐的导热。
6、快冷问题：因几家无马弗井式炉在这一点采用方式不一样，这里先不谈，留到下文一一介绍。

所以，不管是爱协林、IVA、LOI、索菲斯的无马弗渗碳炉至在前5个问题上都得到彻底解决。
无马弗井式渗碳炉的真正难点-加热技术

取消马弗罐，靠炉壁本身密封，只要导风筒，从结构上很简单，大家都会设计，可为什么直到最近几年，大家才不约而同想到“无马弗结构”呢？几十年前为什么大家都要设计成“有马弗结构”呢？其实，这里面的关键问题是“加热技术”，以前，大家是受“加热技术”的限制，不得已而采用“有马弗结构”。

传统的电阻带或电阻丝加热，如果不使用“马弗罐”隔离渗碳气氛，电阻带或电阻丝在高温渗碳气氛中工作，其自身会被“渗碳”，碳含量的增加，会导致导电系数的改变，电阻值增大，加热功率会大幅度下降，这是其一；增碳的同时，电阻带或电阻丝会变得很脆，经常断裂，而且无法修复，这是其二。正式这两条原因，让几十年前的设计人员，设计出“马弗”这种东西，隔离电阻丝与渗碳气氛。

看到这里，有朋友要说了：“无马弗井式炉，采用向多用炉一样的辐射管竖插在炉壁周围，里面放螺旋形或鼠笼形的电阻丝，问题不就解决了吗？大家还搞这么神秘干什么？”。这里其实没有这么简单。第一、相对于多用炉而言，井式炉功率要大的多，因为多用炉一般装炉量1-2吨，而井式渗碳炉一般在10吨以上。向多用炉一样放置辐射管加热元件，电阻丝的表面负荷会大于标准要求，有兴趣的同行可以核算一下。第二，多用炉辐射管一般有效加热长度不超过1.5米，这在多用炉上是足够了，多用炉一般有效装料高度不超过1米。但是，大型井式渗碳炉一般都在2米以上，3米，5米都很常见，这么长的辐射管制造起来需要技术，另外使用寿命也很值得怀疑。虽然我见过“康泰尔”样本上有3米长的辐射管。

所以，照搬多用炉的加热技术，在大型井式渗碳炉上还是“此路不通”。

所以，IVA、爱协林、LOI、索菲斯等在“无马弗井式渗碳炉”的加热技术上都另辟其路，各显其能。在下文中我会一一介绍。
IVA的加热技术-“凯尔发”组合式加热模块
先说IVA，因为近2-3年来，首先在中国积极推广“无马弗井式渗碳炉”的公司是IVA。关于IVA这个公司，我以前在别的帖子了品论过了，在此不想多说，但有两点希望大家知道：1、IVA在欧洲市场上确实是后起之秀，基本在气氛炉领域能和爱协林、易普森叫板了。2、在气氛炉方面，有些独特的想法和创新，不保守。但是对于传言中“ IVA与degussa（德固萨）的关系”起码我是不相信的。第一、从公司传承上说，正如“西格里”先生所言：“A- Aichelin, L-Leybold, D- Degussa”，也就是在90年代中期，Aichelin,Leybold, Degussa组成ALD-Aichelin集团，90年代末期真空炉业务从集团中剥离，使用ALD商标”，所以说degussa从传承关系上讲，气氛炉领域技术归到爱协林，真空炉技术归到 ALD”；第二、从技术特征上看，作为一名技术人员，我从IVA的炉子上看不到一点degussa炉的影子，要知道有时一名技术人员的嗅觉是很灵敏的。至于说原来degussa的一些人员后来到IVA工作，这些都不能作为技术传承来认可，行业很窄，人员流动是必然的，你不能因为你的公司里有原来在另一公司工作的人员，就说你的技术是传承人家公司的，正如“天龙”“建通”不能说传承爱协林的技术，汇森不能说传承易普森的技术。说多了，回到技术层面来。

IVA井式渗碳炉我见过，但还未真正见过其“无马弗井式渗碳炉”，其结构特点也是道听途说，叙述如下，如有那位知道的更确切，欢迎指正。

IVA无马弗井式渗碳炉核心技术，是采用了德国“凯尔发”公司组合式加热模块，也就是保温材料和加热原件组合到一起，加热材料使用电阻丝，材质类似于FeCrLi，但是据说FeCrLi电阻丝外部涂有一层特殊材料，可以防止（或减轻）渗碳气氛对电阻丝的影响。炉子使用6个月左右，要在高温（1100℃）退碳一次。据说使用寿命还可以。因为国内还没有使用用户，所以具体使用寿命不好确定。当年大连重工第二次采购井式炉时，IVA中标了，可因为IVA内部矛盾最后未签合同，所以大家还没能在国内有使用这一技术的炉子，实在可惜。南高齿有2台IVA井式炉，但采用的是传统有马弗罐设计，因为南高齿坚决反对“高温退碳”。

现在，据说IVA和汇森在中国联盟，可能在不久的将来，大家会看到“汇森-IVA”的无马弗井式渗碳炉了，请大家试目以待。
LOI井式渗碳炉-“工业炉王牌”的加入
LOI公司无疑是世界范围内制造工业炉的“王牌公司”之一，无论从公司规模还是技术能力还是工业炉设计的领域，都是世界上最受人尊敬的工业炉制造公司之一。虽然其在气氛炉领域内卖的设备不多，但是其综合实力要远远高于“爱协林”“易普森”这些大家非常熟悉的公司。虽然LIO最赚钱的领域是钢铁、有色金属领域，但在气氛炉领域我见过LIO的“4排连续式推盘渗碳炉”、“多室环形渗碳炉”，设计之精妙，做工之完美，令人惊叹。

回到LOI的井式渗碳炉上，LOI在2007年给洛阳中信（就是我前文讲到93年去过的“洛矿”）做了一台直径5米的井式渗碳炉，现在早已投产。这台炉子我未见过，但听说很多，也见过照片。可是在这台挂着LOI商标的炉子身上，我却丝毫看不到LOI的影子，反而嗅出IVA和爱协林的味道。1、从炉子外形上，就是南高齿4米炉子的翻版；2、加热采用的“凯尔发”组合式加热模块。我从不怀疑LOI的技术，但洛矿的炉子让我怀疑了。后来从圈里人知道，LOI主持“井式炉”事物的负责人，以前做过爱协林的设计，也做过IVA的销售,而且我前文提过的原爱协林搞膨胀节密封井式炉设计的那位“年轻有为的工程师”现在也在LOI。难道LOI在大型井式炉方面是“抄袭”爱协林和IVA？起码值得怀疑。不过，即使是LOI在井式炉上“抄袭”爱协林和IVA也不算过分，要知道爱协林在“环形炉”上可是一直“抄袭”LOI呀！哈哈，一报还一报，谁也不欠谁。

还有一个问题值得关注：据“旁观者”先生讲洛矿LOI的井式渗碳炉“碳势在0.8就不敢往上升了”，“旁观者”分析是碳控部分没调好。我却有个怀疑：碳势不敢升高，是不是因为电阻丝不敢在高碳势气氛中长期使用呢？碳势越高，电阻丝越容易增碳变脆，电阻率也会上升。恐怕这是碳势不敢升高的真实原因。

bsyan · 发表于 2009-9-8 17:31:10

真正学习了!谢谢!

金阳 · 发表于 2009-10-14 23:01:31

有从事工业炉、热处理设备设计或者使用的朋友吗。交流交流啊

cgjabc007 · 发表于 2009-10-25 18:05:58

领教了很厉害

wq4304955 · 发表于 2014-1-6 16:32:46

金阳发表于 2009-10-14 23:01 - e. y4 i9 X8 N6 l
有从事工业炉、热处理设备设计或者使用的朋友吗。交流交流啊

  这帖子居然没人回···
  作为设计热处理设备6年由于的看客，觉得不回复说不过去。
  你对井式渗碳炉的理解挺深，不下于我等设计设备的，学习了。
  你提高的一些人物有些是我同事，有些是我领导。

落拓求索 · 发表于 2015-8-7 13:32:07

你对渗碳炉及其这行了解得有广度、有深度，本人钦佩！很想结识你，MyQQ：2722517907

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