王錫樵，鄒磊，陳坤

南京科潤工業(yè)介質(zhì)股份公司 江蘇南京 211100

1 序言

國內(nèi)一般根據(jù)生產(chǎn)流程或工廠的整體布局，將小型軸承制件熱處理車間（分廠）放在多層廠房的一樓或廠區(qū)的某個位置。

熱處理車間的空氣中含有H2、CO、CO2、N2、NH3及水蒸汽等腐蝕性氣氛，因此熱處理車間應(yīng)設(shè)置在全廠風向的下風口，遠離精密計量室、精密機械加工和裝配車間。

車間內(nèi)的自動生產(chǎn)線爐子的進料口因爐內(nèi)壓力較低不能對著車間大門，必須防止外面的空氣直接吹進爐膛，影響爐內(nèi)氣氛的穩(wěn)定性。

熱處理設(shè)備的布置要做到軟料（未淬火件）、硬料（已淬火件）嚴格隔離，杜絕未經(jīng)淬火的軟料混入到已淬火的硬料中，故必須加裝隔離柵欄防護的強制性措施→“隔離柵欄法”，這方面國內(nèi)企業(yè)做得不好。制件在正常的自動生產(chǎn)線中熱處理時，因管理等因素造成未淬火的制件混入已經(jīng)淬火的制件中而沒有及時發(fā)現(xiàn)，出廠后的成品中偶尓發(fā)現(xiàn)有個別制件硬度很低時則為時已晚。

通常，網(wǎng)帶式、滾棒推盤式輸送帶爐的淬火槽都是地坑式的，其空間不大，設(shè)備（油槽系統(tǒng)）維修較困難。目前，國內(nèi)有幾千條網(wǎng)帶爐和滾棒推盤爐，極少有淬火槽地下室的布置。而德國Schaeffler軸承公司從20世紀50年代開始發(fā)明了這個方案，直至2022年新建的工廠仍采用此技術(shù)。

2 輸送式爐的布置

中小型軸承套圈、汽車小零件、液壓件及自攻螺釘?shù)鹊募訜嵩O(shè)備基本是輸送式爐型，都是敞口的，因爐內(nèi)壓力較低，外面的空氣被吹進爐膛時會影響爐內(nèi)氣氛的成分，從而影響制件的滲碳、碳氮共滲或淬火質(zhì)量[1]，國內(nèi)企業(yè)對這個問題重視不夠或不清楚，所以在平面布置時，爐口對著大門的現(xiàn)象不在少數(shù)。

正確的熱處理車間平面設(shè)計應(yīng)該是長方形或方形的，車間的大門在設(shè)備的側(cè)面，避免因室外空氣直接對著爐口而影響爐內(nèi)可控氣氛的成分，導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量降低。車間大門應(yīng)分產(chǎn)品的軟料進口門和硬料出口門，不能在同一大門進出軟料、硬料，避免混料。

對于多于4條輸送式爐自動生產(chǎn)線的排列，應(yīng)采用整齊并列擺放形式，即爐口統(tǒng)一整齊并列擺放，爐口對著墻壁旁的儀表控制柜（箱），避開大門的“風”直接吹入。

對于大型鋼結(jié)構(gòu)廠房，熱處理車間可設(shè)置在整個機械加工中的某個位置，但仍然要遠離精密機械加工、精密計量室和成品裝配車間。熱處理車間需有隔離墻，爐口不能讓空氣直接吹入，車間內(nèi)應(yīng)配有抽排氣凈化裝置。車間內(nèi)的軟料、硬料進出大門要嚴格分開，如圖1所示。

對于輔助廠房內(nèi)的各種甲醇、丙烷儲液容器，根據(jù)生產(chǎn)用量的大小，可以選擇容量30～50kg的鋼瓶或容量1～5t的儲罐。儲罐配備加熱、氣化和加壓裝置，每月由槽車運送到使用單位，操作很方便。使用儲罐的基礎(chǔ)座要比排渣口端低一些，便于廢液的排放，根據(jù)技術(shù)要求做好安全消防措施。容量30～50kg鋼瓶內(nèi)的殘液排放一般都由供貨儲氣站負責。需注意的是，若鋼瓶內(nèi)的殘液不清除干凈，則會影響后續(xù)鋼瓶內(nèi)的液體純度。

3 制件的質(zhì)保措施

制件的熱處理質(zhì)保措施是管理的根本，否則再先進的熱處理設(shè)備也可能出現(xiàn)事故，造成不可挽回的損失。

3.1 隔離柵欄

軟料和硬料的隔離柵欄（見圖2）是必不可少的，這是外企特別強調(diào)的強制性管理措施，是確保產(chǎn)品質(zhì)量的根本。

圖2 隔離柵欄

近幾年推廣的隔離措施：自動生產(chǎn)線群靠最外面的兩側(cè)面設(shè)備需用隔離欄圍?。ㄒ妶D2a），自動生產(chǎn)線之間的通道間，從油槽端部開始，必須加裝固定的交叉式隔離柵欄（見圖2b），禁止軟料進入淬硬區(qū)，杜絕任何車輛進出，隔離柵欄僅供操作人員通過，只有這樣軟料才不會被混入到硬料中去。隔離柵欄平時固定不動，只有在設(shè)備維修時才允許移動，以前用的是三個簡易的“П”形結(jié)構(gòu)隔離欄（見圖2c）。人、物料和手動液壓運輸小車的通行是由感應(yīng)模式控制（見圖2d），人員通過時的感應(yīng)模式，欄桿會自動抬起或落下；小車通過的感應(yīng)器埋裝在地下淺層，通過時欄桿會自動抬起，通過后自動落下。

3.2 工位容器的顏色

工位容器（INA標準）的規(guī)格是一致的，全廠通用，尺寸約為450mm×300mm×200mm，上口有止扣（凹凸臺階）便于疊碼，5個面沖有小孔，兩頭有搬運耳環(huán)，便于人工搬運，用約0.5mm厚的薄鋼板沖壓成有凹凸加強筋和整齊排列小孔的料箱，然后鍍鋅，如圖3所示。

圖3 工位容器的結(jié)構(gòu)示意（尺寸僅供參考）

裝軟料和硬料的容器用兩種不同顏色區(qū)別。軟料容器使用后直接退回機械加工車間的前道工序；熱處理完工產(chǎn)品的容器直接送磨削加工區(qū)或成品區(qū)。進出熱處理車間的運輸工具均是手動液壓車或小型手拉車（只能運輸單列壘裝少于10個工位容器的小車），或若干個工位容器放在塑料托盤上，用手動液壓車運輸，不允許大型運輸工具（汽車、電瓶車）進入車間。

4 淬火槽布置

有5條以上自動生產(chǎn)線的淬火槽安裝方式采用地下室模式，4條線以下的淬火槽可以單獨做地坑，但是地坑必須做得大一些。

4.1 淬火槽地下室

國內(nèi)輸送式爐的淬火槽擺放一般都是挖個地坑，然后將淬火槽放入其中。因為地坑的容積有限，不可能做得很大，所以不便于油泵等裝置在維修時的操作。

當因生產(chǎn)量擴大而需更換大設(shè)備時，原來的地坑需重建，但往往受擴建廠房等因素的限制，不能及時解決場地問題，從而影響生產(chǎn)能力的擴大。

若淬火槽為地下室模式（見圖4），則可以很快更換大型設(shè)備的淬火槽，便于設(shè)備之間的更換。

地下室的地面和墻體必須有防滲水措施，淬火槽放在地下室的槽鋼架子上，地下室頂部用大型工字鋼作為橫梁支撐，橫梁上鋪設(shè)花紋鋼板，其表面與地面相平，如圖4a所示。地下室入口處在設(shè)備之間，如圖4b所示。地下室空間較大，便于設(shè)備維修，且可以擺放淬火槽、降油溫的板式冷卻器、循環(huán)油泵、上下水管及通風管道等。地下室應(yīng)配備CO2滅火裝置（地面上仍然有CO2滅火裝置）、抽風循環(huán)凈化裝置等，如圖4c所示。

4.2 大型淬火槽地坑

4臺以下自動生產(chǎn)線的地坑可以做得大一些，在淬火槽的左右側(cè)和靠近清洗槽的位置均留出≥1000mm的空間，淬火槽地坑必須防水，地坑口四周要有凸沿，油槽邊緣的空余部位用槽鋼支撐、花紋鋼板覆蓋；通過預(yù)埋在地坑壁上的φ20mm低碳圓鋼彎制成“П”形樓梯把手，方便人員進出地坑。另外，地坑內(nèi)應(yīng)有一個小蓄水池，地面鋪設(shè)鋼軌，淬火槽底部裝4個有軸承的輪子，便于清理淬火槽或落料斗時將淬火槽移出，進行維修及徹底清理（每年徹底清理一次）。該結(jié)構(gòu)早在1983年就已得到INA軸承公司專家的認可。

5 控制氣氛

5.1 氣氛的選擇

習慣上將保護氣氛和可控滲碳氣氛統(tǒng)稱為控制氣氛。但二者的功能是有差異的，需準確選擇。

保護氣氛中將無氧化、無脫碳的加熱稱為無氧化加熱。無氧化加熱一般分光亮加熱和光潔加熱。光亮加熱允許金屬表面有不可見的氧化膜生成，表面仍保持金屬光澤。光潔加熱允許金屬表面有可見的氧化膜生成，表面無金屬光澤，但沒有氧化皮。

制氣方法很多，40多年前國外已在普遍使用的氮甲醇丙烷方式，近30多年來，國內(nèi)也在使用氮氣、甲醇、丙烷的直生式可控氣氛，它能控制氣氛中的H2O、CO2、CH4等，使爐內(nèi)氣氛碳勢（CP）精度達到0.03%～0.10%。用于軸承鋼的淬火也可用于滲碳（自攻螺釘?shù)龋?、加入氨進行滲氮、碳氮共滲，或?qū)Ω咛间撝萍谋Ｗo退火、淬火，以及軸承鋼的滲氮、碳氮共滲或淬火等。

氮氣、甲醇、丙烷及氨氣的直生式控制氣氛屬于吸熱式類型[2]，與能耗較大的RX制氣方式不同，直生式氣氛質(zhì)量較穩(wěn)定，可操作性好，安全可靠，成本較低，其氣體成分為：20%～24%CO、30%～40%H2、35%～45%N2，以及少量的C2O、H2O、CH4等。

對介質(zhì)純度的要求：氮氣為99.99%液氮汽化后直接進入爐膛；甲醇為1級純度，含水量≤0.15%，經(jīng)低溫裂解干燥后直接進入爐膛；丙烷純度≥95%，直接通入爐膛，作為高碳鋼類的保護淬火；滲碳用丙烷純度應(yīng)≥97%，＜97%的丙烷易產(chǎn)生炭黑，影響滲碳質(zhì)量，污染工件、輸送帶和淬火油等。

液氨純度≥99.8%，用氨氣汽化裝置除去未分解的殘氨和水蒸氣，目前神樂燃氣設(shè)備（上海）有限公司的裝置在舍弗勒、人本、南高齒等幾十家的使用效果很好。

5.2 制件的光亮性

影響制件光亮性的因素：包括可控氣氛的原料純度、制氣質(zhì)量、制件的表面粗糙度和清潔度、淬火油質(zhì)量、工藝正確性，以及工藝裝備的保證等。對于多用爐類型生產(chǎn)線每臺主爐可以配置一臺KRⅢ離心式凈化機；對于網(wǎng)帶長8m、寬1m的大型網(wǎng)帶爐類型或推盤爐型生產(chǎn)線，需要配置一臺大型濾芯式凈化機（內(nèi)置12個濾芯，分上下兩層，當壓力≥3Pa時需要更換新的濾芯），對于保護淬火用的濾芯使用壽命很長，而滲碳類工藝用的濾芯一般運轉(zhuǎn)2500h左右就需要更換新濾芯。凈化后的淬火油對制件的光亮性起著重要作用。

5.3 廢氣排放

將每條生產(chǎn)線的爐口火焰或煙氣通過罩形收集裝置并聯(lián)到總吸風機管道中去，將廢氣凈化處理后排空。

5.4 工藝裝備的選擇

對于生產(chǎn)批量很大的企業(yè)，在滲碳或碳氮共滲時，建議采用推盤爐類型，如軸承套圈的碳氮共滲工藝，選擇推盤爐的綜合經(jīng)濟效益比網(wǎng)帶爐或多用箱式爐的產(chǎn)量高、質(zhì)量好。

6 輔助裝置的布置

輔助裝置中的液氮及翅形汽化器可在露天放置，用隔離欄圍??；機制氮需放在輔助廠房內(nèi)；甲醇、丙烷、液氨及汽化器等需放在輔助廠房內(nèi)。上述裝置應(yīng)符合消防、安全、衛(wèi)生及環(huán)保等要求。

7 結(jié)束語

對于大批量生產(chǎn)的中小型軸承企業(yè)，其熱處理車間的設(shè)計極其重要，若要在生產(chǎn)管理中杜絕軟硬件的混料現(xiàn)象，則必須有強制性措施，如采用“隔離柵欄”法是最有效的辦法，加強生產(chǎn)管理，使我國的軸承質(zhì)量早日達到軸承制造強國的水平。