大型立式烧结炉研制与制造.doc

大型立式真空烧结炉的研制与制造 宋景龙 刘文瑛 焦新航 孟丽 赵燕平 刘晓伟 北京华翔真空电炉技术有限责任公司，北京 邮编100076 摘 要：真空烧结炉具有高效、节能、温度控制精准、温度均匀性好、工艺再现性好等特点。针对大型金属制品和陶瓷材料的高低温烧结，华翔真空研制大型立式真空烧结炉，该设备具有结构新颖、性能先进、能耗低、安全可靠等特点。 关键词：真空热处理；烧结炉；炉温均匀性； 烧结是硬质合金生产过程中的后续工序。烧结的目的是使多孔的粉末压坯变成具有一定结构和性能的合金。硬质合金原先是在小型氢气间歇炉中处理的，其工艺分两个阶段进行，每个阶段需要一个单独的炉子。一个炉子进行脱蜡和预烧，而另一个进行烧结。人们曾研制了较大型氢气气氛炉以满足大量生产日益增长的需求，但是，炉子尺寸的增大和炉子结构的复杂性都需要更为精确的气氛控制，且通过能耗对比已经得出结论，氢气烧结日益变得昂贵，因而更促进了真空工艺的的发展[1]。 真空烧结是真空热处理的一个重要分支，真空炉烧结可使气氛稳定不变，使烧结材料获得优良性能，生产数据表明产品在真空条件下烧结时的变形量只为普通烧结时的1/3，极大的提高了产品的加工精度；真空烧结还可以有效消除氧化物杂质，明显改善了合金的组织结构，提高了合金的综合性能。真空烧结近年来发展十分迅速，应用越来越广泛。 一、概述 北京华翔电炉技术有限责任公司（以下简称华翔真空）自1988年成立以来一直从事真空炉的研究开发、生产、销售和技术服务。在真空烧结炉设计理念、产品制造等方面总结了多年的实践和经验，已有多种真空烧结炉产品。满足不同客户的需求，同时可为客户设计制造各种系列的专用真空炉。 针对某新型材料的烧结要求，华翔公司设计并生产了大型立式真空烧结炉。该炉采用多项先进的专利技术，可实现大型材料的低温和高温的烧结，具有性能先进、能耗低、炉温均匀性最佳﹑工件变形小、安全可靠、操作维修方便简单的特点。 二、主要技术参数 项目 单位 数值 有效工作区尺寸 mm φ2000×600 装载量 kg 1000 最高温度 ℃ 2000 炉温均匀性 ℃ ±5（500℃以上） 极限工作真空度 Pa 3.0×10-1 工作压强 Pa 0.1 压升率 Pa/h ≤0.3 加热功率 kW 800 整机功率 kW 1000 最大充气压力 bar ≤0.6 三、设备结构 此真空烧结炉为电加热的立式单室结构，由真空炉主机、脱蜡系统、真空系统、电控系统、回充气体系统、气动系统、水冷却系统等组成,设备主体整体布局合理，运行安全可靠，外形简洁美观。 a)真空炉主机 真空炉主机为立式单室结构，由炉体、炉盖、加热室、炉盖升降机构、炉盖小车及水冷电极等附件组成。 炉体和炉盖均为双壁水冷夹层结构，两层之间通冷却水，内壁进行表面抛光并涂刷具有放气率低、防锈、耐高温性能的聚四氟涂层以保证真空度的要求。炉体上预留红外观测孔,炉体外侧加装走道及扶梯，走道宽度约为600mm，便于人行走。炉体设计成圆筒整体结构，减少了密封面，强度高、气密性好。在炉体的下部设计有炉体支架，以便摆放炉体。 炉体与炉盖之间采用橡胶密封圈密封，并用锁圈保证正负压双向的密封及炉盖和工件的重量支撑。锁圈的启闭采用液压方式，操作简单，安全可靠。 炉门位于炉体的下部，炉床及炉门的隔热屏均安装在炉门上。炉门采用电机驱动丝杠进行升降；炉门的行走由电机通过减速机进行驱动，可实现炉门快速平稳开启和关闭，操作简单、安全可靠；并有相应的行程开关对炉盖小车的升降位置和水平运行位置进行控制。 加热室由隔热屏、加热元件、料台等组成。 隔热屏为内层石墨硬毡和外层软毡组成的圆形结构，保温效果好。石墨硬毡分瓣搭接并用石墨螺栓固定在加热室框架上。加热室框架做加固处理，保证正常工作时不发生热变形。对应炉体的红外观测孔的位置加热室预留红外观测孔通道并用石墨密闭，需要时方便取下与安装。 加热共分为十个区，上下端面各分两区，侧面分为六个区。每区都用一支双芯“S”热电偶和一只钨铼热电偶交替控温。由上下端面的石墨管状加热元件和侧面的石墨板状加热元件及石墨连接板、石墨固定支架、绝缘瓷件等组成，上、下面和侧面沿360°方向均匀地分布的加热元件对工件进行全方位的加热，加热均匀，辐射效果好。加热元件和隔热屏之间采用迷宫绝缘的新型绝缘方式（真空炉绝缘结构，专利号ZL 2011 2 0463347.1）（真空炉绝缘装置，专利号ZL 2011 2 0463348.6）克服了真空炉温度超过2000℃时瓷件受热融化以至达不到绝缘效果的缺点。石墨电极采用新型设计方案，可方便的进行维修拆换。石墨固定支架采用和电极相同的水冷却方式固定在炉壁上，易于冷却降温。在加热室内侧水冷电极和石墨固定之