井式爐廠家從布置方式、裝爐方式、冷卻方式、溫控方案、氮化工藝方案及環保節能特點等方面對氮化爐技術做了分析比較，指出了各種方案的優缺點。

氮化是指在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的熱處理工藝。該工藝可以顯著提高鋼鐵工件的表面硬度、耐磨損性、耐疲勞性和耐腐蝕性，在動力、機床、石化、機械、模具等行業應用十分廣泛。國內氮化爐目前主要有井式爐、罩式爐和臥式爐三種，本文針對不同爐型在布置方式、冷卻方式、氮化工藝及控制策略，進行了分析比較。

一(yi)、布置方式(shi)比較

國內井式滲氮爐目前普遍應用的是井式爐。井式爐主要結構部件由爐殼、爐襯、加熱元件、波紋馬弗、波紋導風筒、爐蓋及其它輔助設施組成，爐體布置在地下，節約空間，但后期維護成本高。罩式爐主要結構件部分由加熱罩、內罩及導流筒、爐臺及底座、冷卻罩及其它輔助設施組成，布置于地面以上，爐體承重能力強。臥式爐采用抽屜式裝爐方式，裝爐量大不超過2.5噸，但容易實現裝出爐的自動化操作。由此看，不同爐型的優缺點都比較明顯，具體爐型選擇需要根據使用要求具體確定。

二、裝爐方(fang)式比較

井(jing)式爐(lu)(lu)(lu)要(yao)先將(jiang)模(mo)具(ju)在(zai)地面上裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)到(dao)料架上，再(zai)將(jiang)料架整(zheng)體吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)到(dao)井(jing)內。罩式爐(lu)(lu)(lu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)爐(lu)(lu)(lu)在(zai)地面操(cao)作，只需要(yao)利(li)用吊(diao)車或叉車將(jiang)模(mo)具(ju)一件(jian)一件(jian)吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)到(dao)料架上，然(ran)后加蓋氮化爐(lu)(lu)(lu)罩即可，裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)爐(lu)(lu)(lu)比井(jing)式爐(lu)(lu)(lu)簡(jian)單方便一些(xie)。臥式爐(lu)(lu)(lu)可以通過機械化手(shou)段實(shi)現自動裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)出爐(lu)(lu)(lu)，僅(jin)需將(jiang)工件(jian)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)入或吊(diao)出工作臺即可，操(cao)作簡(jian)便，但輔助設施(shi)占地面積稍(shao)大。

三、冷卻方式比較

國內的井式爐主要采用隨爐冷卻方式，工作在完成氮化后停止加熱和保溫，隨同爐體進行自然降溫，并且在冷卻過程沒有氮氣保護措施，冷卻效率低，且在冷卻過程中易發生氧化現象，影響模具表面的硬度及耐磨性，降低氮化后的模具壽命。罩式爐在冷卻過程中首先往內罩充入氮氣進行保護，然后冷卻風機沿切線冷卻內罩，當溫度降低到200℃，再以冷卻水采用噴淋等方式冷卻內罩到指定溫度，冷卻效率較高。相同工件相同重量的情況下，井式爐需48小時冷卻，罩式爐需10小時冷卻。臥式爐由于裝爐量偏小，因此井式滲碳爐廠家多采用充氮氣直接冷卻方式，冷卻效率高，對工件保護好。

四(si)、溫控方案分析比較

（一）采用(yong)經(jing)典控制理論

該方案需要(yao)對整個氮化系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)態方程進(jin)行辨(bian)識(shi)，用(yong)適當(dang)的(de)(de)數(shu)學方法(fa)分別對不同的(de)(de)加熱(re)區域進(jin)行狀(zhuang)(zhuang)態方程的(de)(de)解(jie)析(xi)。對于爐體為(wei)多輸(shu)入(ru)多輸(shu)出的(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)，各輸(shu)入(ru)量的(de)(de)相(xiang)互(hu)耦合(he)影響很大，要(yao)針對每段(duan)溫度區域得(de)出狀(zhuang)(zhuang)態方程，還要(yao)對各段(duan)之間(jian)的(de)(de)耦合(he)影響進(jin)行解(jie)耦才能(neng)找(zhao)出各段(duan)溫度區域的(de)(de)控(kong)制決(jue)策。目前(qian)比較成功的(de)(de)僅有(you)兩(liang)段(duan)解(jie)耦，因此該方案的(de)(de)具體實現困難很大。

（二(er)）采用(yong)傳統PID控制

現有的多(duo)種氮化爐(lu)都是(shi)采用這種控(kong)制策略(lve)進(jin)行(xing)分(fen)段(duan)控(kong)制，實際運行(xing)證(zheng)明這種控(kong)制方案(an)無論是(shi)超調量(liang)還是(shi)穩態誤差均不能滿足(zu)要求，而且由于多(duo)段(duan)溫度(du)區域的相互(hu)耦合作(zuo)用給PID參數的整定帶來(lai)很大困難(nan)。

（三(san)）采用智(zhi)能溫度控制器

這類氮化爐的溫度(du)控(kong)制(zhi)器(qi)采(cai)用(yong)微處理器(qi)數字控(kong)制(zhi)，采(cai)用(yong)二自(zi)由度(du)PID控(kong)制(zhi)規律，它能(neng)(neng)在(zai)線自(zi)動辨(bian)識系統(tong)我，自(zi)動進行PID參數整(zheng)定，提供兩段(duan)目標(biao)(biao)值遷移功能(neng)(neng)，可滿足兩個目標(biao)(biao)值的自(zi)動調(diao)整(zheng)，并具有多種(zhong)自(zi)診斷(duan)和報警功能(neng)(neng)，可根據需要將輸入(ru)信號調(diao)節成多種(zhong)輸入(ru)形式。

通過以上分析(xi)可知，智能溫度控(kong)制器相對于其(qi)它(ta)兩(liang)種控(kong)制方案(an)具有更好的控(kong)制性能。

五、氮化工藝比較

國內(nei)廠家主要(yao)采用控(kong)(kong)(kong)制氨分(fen)解(jie)率(lv)來進行氮化，氨分(fen)解(jie)率(lv)一般控(kong)(kong)(kong)制在20%～41%，屬于輸入(ru)端控(kong)(kong)(kong)制，只(zhi)能(neng)控(kong)(kong)(kong)制輸入(ru)氨氣的(de)(de)(de)分(fen)解(jie)指標，無(wu)法控(kong)(kong)(kong)制工(gong)件具體的(de)(de)(de)氮原子吸收量(liang)，因此(ci)其控(kong)(kong)(kong)制精度較(jiao)低(di)(di)，氮化時容易出現(xian)氮化層深度不(bu)穩定或者氮化層硬度低(di)(di)等缺陷。不(bu)同的(de)(de)(de)工(gong)件重量(liang)、表面(mian)積和材質對應的(de)(de)(de)氨分(fen)解(jie)率(lv)不(bu)同，很難建立比(bi)較(jiao)準確(que)的(de)(de)(de)數學模(mo)型，主要(yao)靠經驗積累來確(que)定各項工(gong)藝參(can)數。

六、節(jie)能性比較

罩式(shi)爐(lu)(lu)(lu)分別配(pei)有加(jia)熱罩和冷卻罩，在完成氮化加(jia)熱保溫(wen)工藝(yi)后可以將高溫(wen)的加(jia)熱罩吊裝到另外的罩式(shi)爐(lu)(lu)(lu)上利用傷(shang)勢進行加(jia)熱，能大(da)限(xian)度地利用余熱，而(er)井式(shi)爐(lu)(lu)(lu)受爐(lu)(lu)(lu)體(ti)結構限(xian)制無法回收利用這部分余熱，因此罩式(shi)爐(lu)(lu)(lu)在節能方面大(da)大(da)優于井式(shi)爐(lu)(lu)(lu)和臥式(shi)爐(lu)(lu)(lu)。

七、環保(bao)性比較(jiao)

氮(dan)化(hua)(hua)處理(li)(li)(li)(li)過程中(zhong)(zhong)(zhong)加(jia)入的(de)(de)(de)(de)(de)氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)無法完(wan)全(quan)(quan)消耗，因此對(dui)氮(dan)化(hua)(hua)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)處理(li)(li)(li)(li)也非常重(zhong)要(yao)(yao)，目前在(zai)(zai)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)處理(li)(li)(li)(li)方(fang)(fang)面各爐(lu)型(xing)無嚴(yan)格的(de)(de)(de)(de)(de)區分(fen)，主(zhu)要(yao)(yao)處理(li)(li)(li)(li)方(fang)(fang)式(shi)有(you)裂解(jie)燃(ran)燒和水吸收(shou)兩種方(fang)(fang)式(shi)。少量廠(chang)家采用(yong)(yong)(yong)高溫裂解(jie)燃(ran)燒的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)來處理(li)(li)(li)(li)氮(dan)化(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong)(zhong)產生的(de)(de)(de)(de)(de)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)燃(ran)燒系(xi)統(tong)包括點燃(ran)管、截止閥、點火(huo)器(qi)、球(qiu)閥等。點火(huo)器(qi)可通過選擇開關實現(xian)自動、手動控制，點燃(ran)用(yong)(yong)(yong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)為民(min)用(yong)(yong)(yong)液化(hua)(hua)氣(qi)(qi)(qi)(qi)。通過燃(ran)燒爐(lu)內(nei)排出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)所產生的(de)(de)(de)(de)(de)高溫將(jiang)爐(lu)內(nei)排出(chu)殘氨分(fen)解(jie)完(wan)全(quan)(quan)，確保(bao)排入大(da)氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體為無害氣(qi)(qi)(qi)(qi)體，能夠保(bao)證車間內(nei)安(an)全(quan)(quan)與環保(bao)要(yao)(yao)求。同時，爐(lu)內(nei)配有(you)完(wan)善可行氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)保(bao)護系(xi)統(tong)：一旦(dan)發生電氣(qi)(qi)(qi)(qi)故障時保(bao)護性氣(qi)(qi)(qi)(qi)體不(bu)能及時供應，安(an)全(quan)(quan)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)可自動沖(chong)洗爐(lu)膛，以消除(chu)爐(lu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)爆炸的(de)(de)(de)(de)(de)潛在(zai)(zai)危險并防止工(gong)件氧化(hua)(hua)。國內(nei)廠(chang)家多數(shu)用(yong)(yong)(yong)水來處理(li)(li)(li)(li)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，即將(jiang)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)通入到水中(zhong)(zhong)(zhong)，利用(yong)(yong)(yong)水吸收(shou)廢(fei)(fei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)形成氨水，氨水經稀釋處理(li)(li)(li)(li)后(hou)外排，這種方(fang)(fang)式(shi)處理(li)(li)(li)(li)不(bu)徹底并容易形成二(er)次(ci)污染，在(zai)(zai)車間內(nei)有(you)時會聞到刺(ci)鼻(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)氨水味(wei)，對(dui)操作(zuo)人員呼吸道造(zao)成損害。

八、產能比較(jiao)

罩式氮化爐(lu)由于采用了(le)罩式結(jie)構，在(zai)氮化處理結(jie)束后，調(diao)走加熱罩，換(huan)上特殊設計的冷卻(que)罩，通(tong)氮氣保護，采用強排風冷卻(que)至(zhi)250℃以(yi)下，噴水系(xi)統噴水冷卻(que)，冷卻(que)時(shi)(shi)間可明顯縮短(duan)(duan)，大(da)(da)大(da)(da)縮短(duan)(duan)了(le)冷卻(que)工藝周(zhou)期；同時(shi)(shi)高溫(wen)加熱罩可以(yi)立(li)即在(zai)其它爐(lu)子上繼續使用，提(ti)高了(le)余熱利用效率，節(jie)約(yue)了(le)能源，縮短(duan)(duan)了(le)加熱工藝周(zhou)期，因此設備整體(ti)生(sheng)產效率大(da)(da)幅提(ti)高，產能較大(da)(da)。但若罩式爐(lu)數量(liang)較少，或為單(dan)爐(lu)配置，則該(gai)優勢也不明顯。

并式氮化(hua)爐(lu)雖(sui)然也采(cai)用了強制風冷，但由(you)于采(cai)用隨爐(lu)冷卻方式，爐(lu)體蓄熱量(liang)較(jiao)大，冷卻時間仍相(xiang)對(dui)較(jiao)長，生產(chan)效率較(jiao)罩(zhao)式爐(lu)低。

九、結論

通過以上比較(jiao)(jiao)，各類(lei)氮(dan)化爐(lu)(lu)在(zai)爐(lu)(lu)型(xing)(xing) 、運行方(fang)式(shi)(shi)、控制手段、環保節能方(fang)面(mian)(mian)存在(zai)較(jiao)(jiao)大(da)差異，氮(dan)勢控制方(fang)式(shi)(shi)和廢(fei)氣高溫裂(lie)解(jie)燃燒方(fang)式(shi)(shi)具有較(jiao)(jiao)大(da)的(de)技(ji)(ji)術優勢，在(zai)今后的(de)技(ji)(ji)術應(ying)中會得到逐步推(tui)廣。具體爐(lu)(lu)型(xing)(xing)選擇方(fang)面(mian)(mian)，井式(shi)(shi)爐(lu)(lu)更(geng)(geng)適(shi)合(he)于產(chan)能、氮(dan)化效果(guo)要求不高，爐(lu)(lu)子數(shu)量(liang)較(jiao)(jiao)少的(de)情況(kuang)，性(xing)價(jia)比優勢明顯(xian)；而罩式(shi)(shi)爐(lu)(lu)更(geng)(geng)適(shi)合(he)大(da)比量(liang)處(chu)理，爐(lu)(lu)子數(shu)量(liang)較(jiao)(jiao)大(da)的(de)情況(kuang)，生產(chan)效率和節能優勢明顯(xian)；總之(zhi)，具體爐(lu)(lu)型(xing)(xing)的(de)選擇要結合(he)具體生產(chan)實(shi)際(ji)情況(kuang)確定。