一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生产氮化钒用竖式中频炉氮气保护及供气设备，属于钒氮合金生产设备技术领域。
【背景技术】
[0002]利用竖式中频炉生产氮化钒是氮化钒生产的一个革命性创新，本技术具有生产成本低、投资小、占地少、开停自如等优点，极其适合目前氮化钒市场竞争激烈、价格波动大的现状。竖式中频炉生产氮化钒技术中，竖式中频炉是主体设备，由于竖式中频炉是首次应用于氮化钒生产，因此有诸多关键技术需要攻关和改进，其中氮气的供气装置是非常重要的，直接关系到设备的生产能力、使用效果及产品质量等。
[0003]在目前的生产过程中，氮气供气系统需要解决的问题主要有:
[0004](I)因是用于生产氮化钒，因此提供反应用氮气非常重要，其供氮位置是关键，不同的供氮位置决定了氮气参与反应的时机、温度及氮化时间长短等。《河北冶金》2014年第10期《竖式中频炉加工VN16产品技术研宄》中通过氮化钒生产过程中0-1500°C温度范围N2气氛下热重分析得出结论:氮化反应在678°C开始进行，1000°C _1100°C温度范围内氮化反应最快，因此供氮系统需考虑反应供氮位置与炉内温度关系，直接在加热段底部供氮时产品含氮量均低于12%。
[0005](2)炉内产品烧制完成后到达冷却段时温度在800°C以上，而氮化钒温度高于100°C时遇空气极易氧化，需在冷却段使之温度降至100°c以下，冷却过程需在氮气气氛下完成。
[0006](3)竖炉生产过程中，炉体加热段温度很高，炉内温度可达1600°C以上，炉内高温烟气中还包含有氧化钾、氧化钠等腐蚀性成分，而炉体耐火保温材料的厚度仅200-300mm，最内层为石墨材质炉衬，在炉内正压条件下，炉内高温气体在炉内气压下可能渗出炉壁，其中的腐蚀性成分会对石墨外部的耐火保温材料造成侵蚀，对炉衬造成危害，降低炉体使用寿命；而石墨炉衬的石墨微粒也会随气体渗出，在线圈部位富集后会造成线圈间连电打火，不但影响炉体寿命，还会发生危险，一般炉衬寿命不超过一个月。
[0007](4)竖炉生产炉内温度控制采用红外测温仪，直接测量石墨内衬外壁温度。不测量炉内温度是为了保持炉体密封，不采用热电偶是因为在中频炉磁场作用下，测量结果不准且热电偶使用寿命极低。由于测量位置有测量孔直抵石墨衬外壁，测温孔位置是整个炉壁最薄弱位置，炉内烟气很容易由测温孔渗出，而烟气严重影响红外测温仪示数准确性，与热电偶测量温度相差100°c以上，炉体后期甚至可到500°C。而红外测温仪测量的炉壁温度长期保持在1400°C以上，测温仪镜头距炉壁不足0.5m，工作温度也很高。
[0008](5)由于竖炉上部有开口，在炉内气压不稳时，外界空气极易进入炉内，破坏炉内还原、氮化气氛(含CO、C02、N2等)，氧化已还原物料、石墨炉衬等，降低石墨炉衬寿命，影响产品质量。
[0009]因此设计竖式中频炉生产氮化钒时的氮气供气设备，在完成合理提供反应用氮的同时，应该具有冷却、气氛保护、炉体及其附件的保护等功能，这是竖式中频炉生产氮化钒的关键技术之一，对突破竖式中频炉生产氮化钒技术具有重要的意义。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型所要解决的技术方式是提供一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，采用本装置可在竖式中频炉生产氮化钒过程中完成合理提供反应氮气的任务，同时可以实现冷却产品、保护炉内气氛、保护炉体及保证炉体附件安全稳定运行的目的。
[0011]解决上述技术问题的技术方案是:
[0012]一种氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，竖式中频炉由炉盖、预热段、加热段、红外测温仪、冷却段、出料段、料仓组成，在竖式中频炉冷却段底端、出料段下部，预热段上部、红外测温仪、炉壳与线圈间空腔五个部位分别安装通入氮气的管道，上述通入氮气的管道上分别与氮气气源主管道相连接，在氮气气源主管道上安装多个主管道阀门和气体流量计。
[0013]上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述冷却段底端安装的氮气供气管道包括炉腔通气管和炉腔环形供气管，炉腔通气管的两端分别与氮气气源主管道和炉腔环形供气管相连接，炉腔环形供气管位于炉腔下部，在炉腔环形供气管上均布一圈炉腔出气口，在炉腔通气管上安装炉腔供气管阀门。
[0014]上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述出料段下部安装的氮气通气管道包括出料段通气管和出料段环形供气管，出料段通气管的两端分别与氮气气源主管道和出料段环形供气管相连接，出料段环形供气管位于出料段下部，在出料段环形供气管上均布一圈出料段出气口，在出料段通气管上安装出料段供气管阀门。
[0015]上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述预热段上部安装预热段通气管，预热段通气管的一端与氮气气源主管道相连接，预热段通气管的另一端通入炉腔，在预热段通气管上安装预热段供气管阀门。
[0016]上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述炉壳与线圈间空腔安装有炉壳通气管，炉壳通气管的一端与氮气气源主管道相连接，炉壳通气管的另一端通入炉壳与线圈间空腔，在炉壳通气管上安装炉壳供气管阀门。
[0017]上述氮化钒竖式中频炉氮气保护及供气装置，所述红外测温仪安装有红外测温仪通气管，红外测温仪通气管的一端与氮气气源主管道相连接，红外测温仪通气管的另一端通入红外测温仪，在红外测温仪通气管上安装红外测温仪供气管阀门。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019](I)氮化效果好，含氮量高，产品质量均匀稳定。提供反应氮气管道布置于冷却段底端(出料段顶端)，既能防止出料时氮气泄露，又能使氮气向上流动过程中与冷却段高温物料(中上部温度大于800°C)接触后被加热，在冷却段中部即开始氮化反应，使产品氮化时间延长约4小时，而进入加热段后氮气温度即可达到1000°C -1100°C，即氮化反应温度最快温度范围，有效提高产品氮含量，产品含氮全部在15%以上。
[0020](2)预热段底端的主供氮管道不但提供反应用氮气，还能起到冷却物料的作用，加上出料段下部供气管加强冷却，保证了出料温度低于100°c，起冷却作用的氮气在冷却的同时可有效回收冷却段内物料的余热，达到节能减排的效果。
[0021](3)有效保证炉内氮气气氛，避免上部敞口对生产的影响及对耐材的侵蚀，同样位置加热段上部原厚均为10mm石墨炉衬使用一个月后，加预热段上部通氮管后的厚度为86mm，而未加氮气管的厚度仅为30mm左右。
[0022](4)有效延长炉体寿命，空腔内通氮气后气压略大于炉腔内气压，炉腔内内含有氧化钾、氧化钠等腐蚀成分及石墨微粒的高温烟气不再渗出炉壁，避免了这些成分对耐材的侵蚀，延长炉体寿命，将炉体寿命由I个月左右提高到3个月以上。
[0023](5)提高红外测温仪示数准确性，通过加红外测温仪通气管后，红外测温仪与热电偶测量温度差由100°C以上甚至500°C降低到50°C以下，有效保证了生产中温度参数的准确。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型的结构示意图；
[0025]图2是图1的侧视图。
[0026]图中标记如下:炉盖1、预热段2、加热段3、红外测温仪4、冷却段5、出料段6、料仓7、烟筒口 8、加料口 9、炉腔10、炉体耐材11、线圈12、炉壳13、氮气气源主管道14、第一主管道阀门15、第二主管道阀门16、气体流量计17、第三主管道阀门18、炉腔通气管19、炉壳通气管20、红外测温仪通气管21、预热段通气管22、出料段通气管23、炉壳与线圈间空腔24、炉腔环形供气管25、炉腔出气口 26、预热段供气管阀门27、红外测温仪供气管阀门28、炉壳供气管阀门29、炉腔供气管阀门30、出料段供气管阀门31、出料段环形供气管32、出料段出气口 33。
【具体实施方式】
[0027]本实用新型所涉及的竖式中频炉由炉盖1、预热段2、加热段3、红外测温仪4、冷却段5、出料段6、料仓7组成。最上方的炉盖I上有烟筒口 8及加料口 9