渗氮炉组件及其真空旋转渗氮炉机组
阅读说明：本技术 渗氮炉组件及其真空旋转渗氮炉机组 (Nitriding furnace subassembly and rotatory nitriding furnace unit in vacuum thereof ) 是由 胡旭星 张晓军 季亮 陆健飞 高晓丽 戚明亚 于 2021-02-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种渗氮炉组件及其真空旋转渗氮炉机组,真空旋转渗氮炉机组包括用于加料的装填工位、用于加热抽真空和充入工艺气体的加热工位、用于冷却物料和排出物料的冷却出料工位以及运转于各个工位之间的渗氮炉组件,渗氮炉组件包括筒体,所述筒体一端连接收缩段,所述收缩段另一端配置连接段,所述连接段另一端连接进料段,所述筒体另一端连接进气段。本申请通过多个工位互相配合并实现渗氮炉组件的运转,实现加料、加热、冷却为一个流程的物料加工流程,减少辅助设备的投入,也减少各个工位之间的工作等待。(The invention provides a nitriding furnace assembly and a vacuum rotary nitriding furnace unit thereof, wherein the vacuum rotary nitriding furnace unit comprises a filling station for feeding, a heating station for heating, vacuumizing and filling process gas, a cooling and discharging station for cooling materials and discharging the materials and a nitriding furnace assembly running among the stations, the nitriding furnace assembly comprises a cylinder, one end of the cylinder is connected with a contraction section, the other end of the contraction section is provided with a connecting section, the other end of the connecting section is connected with a feeding section, and the other end of the cylinder is connected with a gas inlet section. This application mutually supports and realizes the operation of nitriding furnace subassembly through a plurality of stations, realizes reinforced, heating, cooling for the material process flow of a flow, reduces auxiliary assembly's input, also reduces the work waiting between each station.)
技术领域
本发明涉及回转窑真空烧结领域，尤其是一种渗氮炉组件及其真空旋转渗氮炉机组。
背景技术
现代磁性材料已经广泛地应用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达、变压器中的铁心材料等。钕铁硼，简单来讲是一种磁铁，和我们平时见到的磁铁所不同的是，因其优异的磁性能而被称为“磁王”。
钕铁硼中含有大量的稀土元素钕、以及铁及硼，其特性硬而脆；由于表面极易被氧化腐蚀，钕铁硼必须进行表面涂层处理。
钕铁硼作为稀土永磁材料的一种，其具有极高的磁能积和矫顽力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用。随着电机等设备对磁材要求强磁化，小型化等发展要求，钐铁氮磁体规避了第三代稀土永磁-钕铁硼居里温度低易氧化等弱点，间隙氮原子的引入使钐铁氮具有优异的磁性能，因此氮化处理在钐铁氮磁性材料制备过程中起到至关重要的作用。
在磁性材料，高端陶瓷材料、新能源粉体及锂电池行业粉体烧结中有些物料需要在特定的气氛中完成加热工艺，对气氛的要求较高。在整个加热工艺中不能混入其他的气体，故需要在加热工艺前将加热筒体里无关的气体抽空，然后在充入加热工艺所需要的气体。在整个抽真空至充入工艺气体，最后到加热物料的过程中都不能有其他无关气体混入加热筒体中，筒体设备需要有很好的密封性和耐压要求。抽真度要求0.5Pa，压升小于5Pa/h,耐压达到1MPa，温度需要达到1000℃，加热完成后，还需要快速冷却。
目前研发用于制备钐铁氮磁性材料的动态渗氮炉，使物料在反应器内不断翻炒，物料与反应器壁面不断接触，均匀加热，同时物料不断从底部向上翻炒与氮源进行充分接触、反应，实现均匀、高效的气相-固相反应，以得到具有优异的磁性能、耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、耐高温性、抗咬合性、抗大气和过热蒸气腐蚀能力的钐铁氮磁性材料，是钐铁氮磁性材料制造技术的发展趋势。
渗氮炉的工艺过程主要包括三个阶段：装填、加热、冷却和出料。装填工位是将物料通过喂料机送入筒体中；加热工位是对筒体密封并且抽真空，然后通入工艺气体达到一定压力后启动加热装置，设备按照工艺要求加热运行；冷却出料工位则是用水冷的方式对筒体表面喷淋或浸泡，从而使筒体中物料快速降温，物料温度降至要求后就可以倾斜筒体达到快速出料的效果。
通常这一系列的工艺要求都会在一台渗氮炉上完成，此时设备进出料，加热和冷却等空置时间就会出现。每次加热装置完成加热工艺后都要降温，下一次又要重新升温；水冷却时筒体不能完全远离加热装置，降温效果受到影响，从而浪费的能耗和时间，设备利用率较低，影响生产效率，而且不利于节能省耗。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种渗氮炉组件及其真空旋转渗氮炉机组，使用多个筒体转运在各个工位之间减少各个工位长时间空置带来的能耗，加热工位移至冷却出料工位时远离热源，提高冷却效果。本发明采用的技术方案是：
本发明实施例提出一种渗氮炉组件，包括筒体，所述筒体一端连接收缩段，所述收缩段另一端配置连接段，所述连接段另一端转动连接进料段，所述筒体另一端连接进气段；
所述连接段靠近进料段的一侧设有环齿。
进一步地，
所述连接段和进气段表面均配置有轮带；
所述进料段侧面配置抽真空接头和出料气动阀；
所述进气段尾部配置进气管接头。
本发明实施例提出一种真空旋转渗氮炉机组，包括装填工位、加热工位、冷却出料工位以及渗氮炉组件，所述装填工位包括螺旋喂料机和装填底架，所述螺旋喂料机上配置有伸入筒体内的喂料口，所述装填底架上配置有与环齿相适配的齿轮驱动装置，用于驱动筒体转动；
所述加热工位包括用于搁置渗氮炉组件的加热底架，所述加热底架上连接两个半加热箱，所述半加热箱与加热底架滑动连接实现开合，其中一个半加热箱内均匀配置有多个热电偶，所述加热底架上配置有与环齿相适配的齿轮驱动装置，用于驱动筒体转动，所述加热底架一侧设有真空泵组和配气柜，所述真空泵组连出用于渗氮炉组件抽真空的抽真空管路，所述配气柜连出用于渗氮炉组件充气的工艺气体管路，所述加热底架上一侧配置有用于密封进料段的密封堵头；
所述冷却工位包括固定支架，所述固定支架顶部中间位置转动连接活动支架，所述固定支架上配置电液推杆，所述电液推杆的输出端与活动支架一端连接，所述固定支架顶部中间位置配置可升降的冷却槽，顶部一侧配置有与环齿相适配的齿轮驱动装置，用于驱动筒体转动；
所述连接段上配置有一圈挡圈，所述活动支架上配置有与挡圈相抵的挡轮。
进一步地，还包括有转运工位，所述转运工位包括用于将渗氮炉组件起吊并运转于各个工位之间的起吊机。
进一步地， 所述装填工位、加热工位以及冷却出料工位上均安装有两组与轮带相匹配的托轮。
进一步地，在所述加热工位中，所述加热底架上配置有两个对称的进料气缸和进料导轨，任一个所述进料气缸的输出端通过滑座滑动连接进料导轨，所述滑座一端还连接滑杆，所述滑杆另一端连接连杆，所述连杆侧面配置和进料口匹配的密封堵头。
进一步地，在所述加热工位中，所述加热底架上配置有两组进给气缸，任一所述进给气缸的输出端连接半加热箱，所述半加热箱底部通过进给轨道与加热底架相连接。
进一步地，在所述冷却出料工位中，所述固定支架顶部中间位置安装轴承座，所述活动支架底部中间位置与轴承座连接并围绕轴承座转动。
进一步地，在所述冷却出料工位中，所述固定架内中间位置安装升降架，所述冷却槽固定在升降架顶部并伸出活动支架。
本发明的优点：采用多工位形式实现整个渗氮炉的加工过程，减少辅助设备的投入，增加设备的利用率，继而提高设备的生产效率，降低能耗，各个工位持续工作，不需要反复启闭，降低成本。
附图说明
图1为本发明结构组成图。
图2为本发明渗氮炉组件的结构图。
图3为本发明装填工位与渗氮炉组件的装配图。
图4为本发明加热工位与渗氮炉组件的装配图。
图5为本发明渗氮炉组件中出料口位置结构图。
图6为本发明加热工位实施例图。
图7为本发明加热工位的结构图。
图8为本发明冷却出料工位冷却状态的结构图。
图9为本发明冷却出料工位出料状态的结构图。
图中：1-渗氮炉组件，2-装填工位，3-加热工位，4-冷却出料工位，5-转运工位，6-挡轮，101-筒体，102-收缩段，103-轮带，104-挡圈，105-连接段，106-环齿，107-旋转接头，108-抽真空接头，109-进料段，110-出料气动阀，111-进气段，112-进气管接头，113-密封环，114-斜密封块一，115-密封挡块，116-空隙，201-螺旋喂料机，202-移动小车，203、319、407-齿轮驱动装置，204、318、408-托轮，205-装填底架，301-加热底架，302-进给气缸，303-进给轨道，304-工艺气体管路，305-电热偶，306-半加热箱，307-进料气缸，308-进料导轨，309-滑座，310-滑杆，311-连杆，312-密封堵头，313-斜密封块二，314-密封气缸，315-抽真空管路，316-真空泵组，317-配气柜， 401-液压站，402-电液推杆，403-固定支架，404-轴承座，405-冷却槽，406-活动支架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅附图2，本发明实施例提出一种渗氮炉组件，渗氮炉组件1包括筒体101，筒体101一端连接收缩段102，收缩段102另一端配置连接段105，连接段105另一端转动连接进料段109，筒体101另一端连接进气段111；
连接段105上靠近进料段109的一侧设有旋转接头107，连接段105靠近进料段109的一侧设有环齿106；旋转接头107实现转动连接，在进料段109保持不动的情况下，筒体101会随环齿106的转动而转动。
进一步地，
连接段105和进气段111表面均配置有轮带103；轮带103起导向和减小磨损的作用，方便筒体101的转动；
进料段109侧面配置抽真空接头108和出料气动阀110；出料气动阀110启闭实现进料段109中进料口处的打开和关闭，避免筒体101内的物料泄露；
进气段111尾部配置进气管接头112；进气管接头112用于连接抽真空管路315，为抽真空做准备工作。
请参阅图3、4、7、8、9，本发明实施例提出一种真空旋转渗氮炉机组，包括装填工位2、加热工位3、冷却出料工位4以及渗氮炉组件1；
请参阅图3，装填工位2包括螺旋喂料机201和装填底架205，螺旋喂料机201上配置有伸入筒体101内的喂料口，旋转接头107起旋转连接作用，在整个过程中，进料段109保持不动，连接段105及以后的部分在驱动下进行转动，方便进料段109连接其他无法转动的部件；装填底架205上配置有与环齿106相适配的齿轮驱动装置203，用于驱动筒体101转动；螺旋喂料机201装载在移动小车202上进行移动；装填底架205上配置有两组与轮带103相匹配的托轮204；当齿轮驱动装置203驱动环齿106转动时，连接段105、收缩段102、筒体101和进气段111同时转动，轮带103在托轮204上原地滚动，起导向和定位作用。
进一步地，连接段105上配置有一圈挡圈104，装填底架205上配置有与挡圈104相抵的挡轮6；在筒体101转动的过程中，挡轮6起限位作用，避免渗氮炉组件1出现径向位移；或者，装填底架205上配置有径向卡块，用于抵接渗氮炉组件1径向上出现直径差的部分，来避免渗氮炉组件1出现径向位移。
请参阅图4和图7，加热工位3包括用于搁置渗氮炉组件1的加热底架301，加热底架301上连接两个半加热箱306，半加热箱306与加热底架301滑动连接实现开合，其中一个半加热箱306内均匀配置有多个热电偶305，加热底架301上同样配置有与环齿106相适配的齿轮驱动装置319，用于驱动筒体101转动，加热底架301一侧设有真空泵组316和配气柜317，真空泵组316连出用于渗氮炉组件1抽真空的抽真空管路315，配气柜317连出用于渗氮炉组件1充气的工艺气体管路304，加热底架301上一侧配置有用于密封进料段109的密封堵头312；加热底架301上同样配置有两组与轮带103相适配的托轮318；当加热底架301上的齿轮驱动装置319驱动环齿106转动时，连接段105、收缩段102、筒体101和进气段111同时转动，轮带103在托轮318上原地滚动，起导向和定位作用；
加热底架301上配置有两组进给气缸302，任一进给气缸302的输出端连接半加热箱306，半加热箱306底部通过进给轨道303与加热底架301相连接；当两个进给气缸302推动两个半加热箱306做相对运动并闭合时，完成筒体101的包裹，进给轨道303起运动导向作用，保证半加热箱306做直线运动；
加热底架301上配置有两个对称的进料气缸307和进料导轨308，任一个进料气缸307的输出端通过滑座309滑动连接进料导轨308，滑座309一端还连接滑杆310，滑杆310另一端连接连杆311，连杆311侧面配置和进料口匹配的密封堵头312；具体地，进料导轨308侧面配置弧形滑槽，滑杆310侧面配置有滚轮，滚轮在弧形滑槽内滑动，随进料气缸307的运动，滑座309在滑轨上直线滑动，带动滑杆310移动的同时滚轮在弧形滑槽内做曲线运动，实现滑杆310曲线运动，继而通过连杆311带动密封堵头312做曲线运动并将渗氮炉组件1的进料口进行封堵。
请参阅图5和图6，作为本申请中加热工位3的实施例，在出料口处转动配置有密封环113，密封环113侧面上配置有锁紧头，密封环113端口内侧均匀配置有多个密封挡块115，密封挡块115侧面配置有斜密封块一114，多个密封挡块115之间形成空隙116；密封堵头312的截面小于进料口的截面，密封堵头312上配置与斜密封块一114形状相同且斜面方向相反的斜密封块二313，加热底架301上配置有密封气缸314，所述密封气缸314的输出端与锁紧头相适配；具体地，渗氮炉组件1放置到位后至斜密封块二313穿过空隙116并顶住进料口，密封气缸314启动勾住锁紧头从而通过缩进头带动密封环113转过一定角度，斜密封块一114和斜密封块二313错位挤压，进料口处的压力增大，完成进料口的封堵。
请参阅图8和图9，冷却出料工位4包括固定支架403，固定支架403顶部中间位置安装轴承座404，活动支架406底部中间位置与轴承座404连接并围绕轴承座404转动；固定支架403上配置电液推杆402，电液推杆402的输出端与活动支架406一端连接，固定支架403内中间位置安装升降架，冷却槽405固定在升降架顶部并伸出活动支架406，活动支架406顶部一侧同样配置有与环齿106相适配的齿轮驱动装置407，用于驱动筒体101转动；活动支架406上同样配置有两组与轮带103相适配的托轮408；当活动支架406上的齿轮驱动装置407驱动环齿106转动时，连接段105、收缩段102、筒体101和进气段111同时转动，轮带103在托轮408上原地滚动，起导向和定位作用。
进一步地，活动支架406上同样配置有与挡圈104相抵的挡轮6，起限位和防脱落的作用，在活动支架406倾斜渗氮炉组件1出料的过程中，挡圈104始终与挡轮6相抵，避免渗氮炉组件1从活动支架406上掉落；或者，活动支架406同样上配置有径向卡块，用于抵接渗氮炉组件1径向上出现直径差的部分，来避免渗氮炉组件1出现径向位移。
进一步地，冷却出料工位4附近还配置液压站401，用于各个液压装置提供动力源；整个渗氮炉机组通过PLC控制器进行智能化控制。
另外，请参阅图1，还包括有转运工位5，转运工位5包括用于将渗氮炉组件1起吊并运转于各个工位之间的起吊机；起吊机配置在轨道支架上，通过工字钢轨道进行移动。
另外，装填工位2上的齿轮驱动装置、加热工位3上的齿轮驱动装置以及冷却出料工位4上的齿轮驱动装置结构均相同，其配置为一个驱动电机连接一个小齿轮，当渗氮炉组件1放置到位后，小齿轮与环齿106处于啮合状态，在驱动电机的驱动下带动环齿106转动，继而实现筒体101的转动。
工作过程：
推动移动小车202将螺旋喂料机201的出料口伸入渗氮炉组件1中的筒体101内，齿轮驱动装置203带动环齿106转动，连接段105、收缩段102、筒体101以及进气段111同步转动，物料由螺旋喂料机201喂入筒体101内时筒体101均匀转动，将物料平铺在筒体101底部；
加料完成后，转运工位5将渗氮炉组件1吊至加热工位3并放置到位，然后可以进行下一个筒体101的加料工作。进料气缸307通过滑座309带动滑杆310和连杆311联动，将密封堵头312装载在进料段109的进料口处，通过密封气缸314带动密封环113转动，斜密封块一114和斜密封块二313相互挤压，将密封堵头312堵住进料口，完成密封；用抽真空接头108和进气管接头112分别接通抽真空管路315和工艺气体管路304，抽真空前工艺气体管路304处于关闭状态，此时真空泵组316启动将筒体101内抽真空，当真空度达标后关闭抽真空管路315并打开工艺气体管路304，两个相同的半加热箱306在进给气缸302的驱动下通过进给轨道303相互靠拢，直至合体并包裹筒体101，当筒体101内的工艺气体压力达标后热电偶305通电加热，同时加热底架301上的齿轮驱动装置319通过环齿106驱动筒体101转动，并且均布在筒体101一侧上的热电偶305分段控制合体后加热箱内的温度，使筒体101内的物料伴随着筒体101的翻滚均匀受热；
加热结束后，断开工艺气体管路304和抽真空管路315，进料气缸307和密封气缸314回位渗氮炉组件1解控，转运工位5将渗氮炉组件1吊至冷却出料工位4并放置到位，然后可以进行下一个筒体101的加热工作。升降架带动冷却槽405升起至筒体101进入冷却槽405内，同时活动支架406上的齿轮驱动装置407驱动筒体101进行转动，对筒体101进行降温处理；降温完成后，升降架带动冷却槽405下降复位，电液推杆402启动带动活动支架406围绕轴承座404转动至一定角度实现渗氮炉组件1向下倾倒，在挡轮6和挡圈104的作用下，筒体101仍然作用下活动支架406上而不会下滑，此时出料气动阀110打开，在筒体101的转动下物料快速从筒体101内流出。
本申请面向整个新能源粉体及锂电池行业实验生产加工领域，采用多工位的形式，减少了辅助设备的投入，增加了设备的利用率。同时提高了设备的生产效率，降低能耗，加热设备无需每次都冷却加热，减少等待时长。工作效率大大提高，后期消耗成本显著降低，所以环保性也大大提高。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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