CN101788226A - 压力烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬质合金生产用压力烧结炉。它包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、泄压装置，其特征在于：所述的炉壳为设置有双层壁水套的卧式圆筒，所述炉壳上的炉门为快开门液压侧旋结构，所述的炉壳的炉门包括位于外层的保温门和位于炉内侧的石墨门，所述的炉门的开启由包括有关门气缸的液压锁紧装置控制，所述的关门气缸上设置有弹性联接装置，所述炉门的保温门为凸台保温门。本发明性能稳定、成本低，可实现安全生产，故有效提高了炉内温场分布的均匀性、产品合格率达90％以上。

Description

压力烧结炉

技术领域

本发明涉及一种硬质合金烧结设备，特别涉及一种压力烧结炉。

背景技术

硬质合金烧结是硬质合金生产的关键工序，对产品的最终质量具有决定性的作用。目前，国际上烧结工艺的的发展方向有两个，一个是气氛控制烧结，另一个就是压力烧结。气体压力烧结是硬质合金制造的一种新工艺技术，于上世纪八十年代后期在美国肯纳首次应用于工业生产。它是在产品完成脱气、表面孔隙已经封闭、粘结相仍然是液相的情况下，用高压气体促进产品致密化的烧结新技术。由于该工艺技术能有效地降低或消除硬质合金中的残留孔隙和内部缺陷，提高硬质合金的抗弯强度和疲劳寿命，因而，在硬质合金工业中得到了较快的发展和应用。目前粉末冶金的研究院所和主要硬质合金生产厂家都普遍将该工艺应用于超细硬质合金、矿用球齿、结构零件的制造上，产品质量水平和稳定性大幅提高。但现有技术中的气压烧结炉价格非常昂贵，设备投资巨大，生产厂家难以承受。现有技术中的压力烧结炉一般包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、液压系统、控制系统、泄压装置、快冷装置等，炉壳部分包括炉壳、炉门及液压锁紧装置、密封装置部分。炉壳部分存在以下技术问题：

1、由于压力炉内部保温门和石墨门需要经常开合，有些炉型实现了石墨门的弹性压合，但无法使其独立开合，有些炉型实现了石墨间的独立开合，却又无法使其弹性压合。总之现有技术中尚未实现石墨门的独立弹性压合，难以保证石墨筒内部空腔的密封性，存在蜡蒸汽有逸散到炉膛外腔的现象。

2、压力炉炉门密封圈容易过热损坏的问题。炉门密封圈为易损件，设备使用过程中若出现密封不严情况时，易导致泄漏，影响产品质量。

3、脱蜡阀因蜡蒸汽冷凝，阻滞了阀的开关动作，经常出现开关动作困难，关闭不严而漏气的现象。

4、因压力炉工作过程中经常需要进行抽氢气步骤，而现有技术中的压力炉机械泵一般未采用氢气防爆措施，存在安全隐患。

5、发热体是压力烧结炉的核心元件，发热体材料的选用及结构布局，关系到炉内提供的总热量、产品消耗热量、炉内结构蓄热、以及与炉体相关部件的热损失，如冷却水吸热、气体带走热、炉壁散热等。现有技术中发热体一般是分是三带组成圆型，所使用的石墨发热棒直径均在15mm以下，而长度达1100mm以上，导致发热棒机械性能差，安装、使用中容易断裂，维修频繁。

6、因压力炉的特殊性，其电极电流一般都相当大，如炉壳电极使用高导磁材料，可能会在此处因涡流而产生的高温，影响炉壳的安全。

7、加压系统尚未根据生产工艺要求有效控制氢气、氮气等气体的流量，以保证产品在脱蜡、烧结过程中所需的气体压力，确保产品生产过程中，合金粉未颗粒的有效粘合，提高产品致密度。

由于现有技术中的压力烧结炉还存在上述结构缺陷，不可避免会出现毛坯直接与空气接触而发生氧化化和吸潮的现象，不利于合金中碳含量的控制，导致产品合格率仅能达到80％左右。

总之，其生产成本需进一步降低，.产品合格率需进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力烧结炉，它具有性能稳定、成本低、安全性能好、自动化程度高、产品合格率高的优点。

本发明的技术方案是：

一种压力烧结炉，它包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、泄压装置，其特征在于：所述的炉壳为设置有双层壁水套的卧式圆筒，所述炉壳上的炉门为快开门液压侧旋结构，所述的炉壳的炉门包括位于外层的保温门和位于炉内侧的石墨门，所述的炉门的开启由包括有关门气缸的液压锁紧装置控制，所述的关门气缸上设置有弹性联接装置，所述炉门的保温门为凸台保温门；

所述的真空系统包括由真空管道联接成一体的真空泵组和真空阀。

所述的配气系统包括设置有氩气、氢气进口管的配气盘、所述的氩气、氢气进口管上分别设置有流量计、压力开关、电磁阀，前级泵，所述的充氮气防爆装置是在前级泵入口处接入氮气有电磁阀控制的气源管。

所述的加热及保温装置包括固定于炉壳内的、由多组发热棒组成的发热体、将各个发热体联接成一体的电极，所述的保温装置包括设置于炉壳内的石墨筒和设置于炉门上的石墨门，所述的石墨筒可由石墨门封闭。

作为对本发明的进一步改进，所述的发热棒的直径为24-30mm，电极的材质为高纯石墨。

作为对本发明的进一步改进，所述的加压系统的气体流量控制为PLC自动控制方式。

作为对本发明的进一步改进，所述的加压系统设置有正常工作高压泄压出气口、安全保护自动泄压出气口、手动泄压出气口、停电时自压泄压出气口。

作为对本发明的进一步改进，所述的冷却系统中电极、炉壳和炉门处的回水管道上设置有水流量开关。

作为对本发明的进一步改进，所述的泄压装置包括自动报警泄压装置和手动卸压开关。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用联合关门机构，在关门气缸前加装弹性联接装置，实现了石墨门的弹性压合，降低了制作与装配的难度，同时保证了石墨筒内部空腔的密封性，控制蜡蒸汽不致逸散到炉膛外腔，成功地解决了石墨门的弹性压合问题。凸台保温门可有效遮挡保温门压合面处炉内对外的辐射，保护压合面附近的炉门密封圈，解决了现有技术中压力炉炉门密封圈容易过热损坏的问题。

本发明通过在脱腊球阀上设计加热水套，可有效防止蜡蒸汽的冷凝，保证脱蜡阀的严密关闭，杜绝充高压时压力达不到要求，避免安全隐患。

本发明设置有冷却水循环系统，可避免设备本体温度超高，并根据需要使产品快速冷却。在电极、炉壳和炉门等回水管道上加装水流量开关，在重要的回水管路及主进水管路上装有温度开关，可对水流量、温度进行监测，并保证在断水的紧急情况下能及时中断电源并排出压力气体。手动泄压装置可以确保在出现紧急状况时，手动卸压，消除安全隐患。配气系统提供多种气体进口并进行压力及流量的控制，在进行气氛烧结处理时，有多种进、出气方式可供选择，并实现程序自动控制，保证设备在高压状态下的安全运行。

本发明的发热体根据功率输出端结构的进行调整，采用炭/炭复合材料，将发热棒直径增加到24mm以上，提高了发热体本身的机械强度，减少更换频次，有效地保证了炉内温度的稳定性和分布的均匀性。采用低导磁材料作为电极材料，能有效有效防止此处因涡流而产生的高温，保证炉壳的安全。

本发明的加压系统可根据生产工艺要求，由PLC自动控制氢气、氮气等气体的流量，通过气体流量控制，保证产品在脱蜡、烧结过程中所需的压力，确保产品生产过程中，合金粉未颗粒的粘合，提高产品致密度。

总之，本发明性能稳定、成本低，可实现安全生产，胡有效提高了炉内温场分布的均匀性、产品合格率达90％以上。

其工艺参数如下：

1、工作温度1600℃。

2、温度均匀性要求265℃微正压下±10℃；1000℃以上真空下±7℃；1400℃下±10℃：

3、1000℃～1400℃，升温速度≥10℃/min；

4、冷态真空极限≤5×10^-3mbar；

5、泄漏率≤5×10^-3mbarL/sec。

本发明有效避免了毛坯直接与空气接触而发生氧化化和吸潮的现象，有利于合金中碳含量的控制，使产品合格率90％以上，产品的钴磁可处于质量控制的中值，烧结后产品孔隙小，产品质量稳定。经过多达70余炉次的生产运行以及近10吨不同牌号的硬质合金的试烧，证明设备设备整体的安全性能、使用性能、操作性能等多项指标稳定可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明

图1为本发明的炉体结构示意主视图

图2为本发明的炉体结构示意左视图

图中：1、热交换器2、保险栓3、进气口4、保温层5、炉门6、装料轨道7、排气口8、热电偶9、炉壳10、进电柱11、发热体12、保温门13、石墨门

具体实施方式

实施例1：

一种压力烧结炉，如图1、图2所示，它包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、泄压装置。炉体是其核心组成部分，主要包括热交换器1、保险栓2进气口3、保温层4、炉门5、装料轨道6、排气口7、热电偶8、炉壳9、进电柱10、发热体11等部分，通过炉体上的接口与外部管网相联接。外部管网系统可根据用户安装现场情况进行分布调整。

炉壳9为设置有双层壁水套的卧式圆筒，炉壳9上的炉门5为快开门液压侧旋结构，炉壳9的炉门5包括位于外层的保温门12和位于炉内侧的石墨门13，炉门5的开启由包括有关门气缸的液压锁紧装置控制，关门气缸上设置有弹性联接装置，炉门5的保温门12为凸台保温门；保温层4为碳毡。真空系统包括由真空管道联接成一体的真空泵组和真空阀。配气系统包括设置有氩气、氢气进口管的配气盘、氩气、氢气进口管上分别设置有流量计、压力开关、电磁阀，前级泵，充氮气防爆装置是在前级泵入口处接入氮气有电磁阀控制的气源管。加热及保温装置包括固定于炉壳内的、由多组发热棒组成的发热体、将各个发热体联接成一体的电极，保温装置包括设置于炉壳9内的石墨筒和设置于炉门5上的石墨门13，石墨筒可由石墨门13封闭。发热体11中发热棒的直径为24mm，电极的材质为高纯石墨。

加压系统的气体流量控制为PLC自动控制方式，加压系统设置有正常工作高压泄压出气口、安全保护自动泄压出气口、手动泄压出气口、停电时自压泄压出气口。冷却系统中电极、炉壳和炉门处的回水管道上设置有水流量开关，泄压装置包括自动报警泄压装置和手动卸压开关。

本发明是这样工作的：

首先，根据不同产品设定不同的工艺曲线，并输入到PLC控制中心。经装料轨道6将产品送入产品区，炉门5与炉壳9在液压控制系统控制下由保险栓2控制闭合后，程序启动进入升温加压过程。控制系统将压力烧结炉工作所需的水、电、气等动力通过进气口3、进电柱10、发热体11等炉体与外部动力管网的接口，按设定程序输入炉内加温生产区，并通过安装在炉体及动力管网上的压力控制元件、温度控制元件、流量控制元件，实时将各种测量数据传输至PLC中央控制中心，由系统根据设定工艺自动进行调节与监测，完成整个工艺流程。

实施例2：

一种压力烧结炉，如图1、图2所示，它包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、泄压装置。炉体是其核心组成部分，主要包括热交换器1、保险栓2进气口3、保温层4、炉门5、装料轨道6、排气口7、热电偶8、炉壳9、进电柱10、发热体11等部分，通过炉体上的接口与外部管网相联接。外部管网系统可根据用户安装现场情况进行分布调整。

炉壳9为设置有双层壁水套的卧式圆筒，炉壳9上的炉门5为快开门液压侧旋结构，炉壳9的炉门5包括位于外层的保温门12和位于炉内侧的石墨门13，炉门5的开启由包括有关门气缸的液压锁紧装置控制，关门气缸上设置有弹性联接装置，炉门5的保温门12为凸台保温门；保温层4为碳毡。真空系统包括由真空管道联接成一体的真空泵组和真空阀。配气系统包括设置有氩气、氢气进口管的配气盘、氩气、氢气进口管上分别设置有流量计、压力开关、电磁阀，前级泵，充氮气防爆装置是在前级泵入口处接入氮气有电磁阀控制的气源管。加热及保温装置包括固定于炉壳内的、由多组发热棒组成的发热体、将各个发热体联接成一体的电极，保温装置包括设置于炉壳9内的石墨筒和设置于炉门5上的石墨门13，石墨筒可由石墨门13封闭。发热棒的直径为30mm，电极的材质为高纯石墨。

加压系统的气体流量控制为PLC自动控制方式，加压系统设置有正常工作高压泄压出气口、安全保护自动泄压出气口、手动泄压出气口、停电时自压泄压出气口。冷却系统中电极、炉壳和炉门处的回水管道上设置有水流量开关，泄压装置包括自动报警泄压装置和手动卸压开关。

Claims (8)

1.一种压力烧结炉，它包括炉壳、真空系统、配气系统、加热及保温装置、加压系统、冷却系统、泄压装置，其特征在于：所述的炉壳为设置有双层壁水套的卧式圆筒，所述炉壳上的炉门为快开门液压侧旋结构，所述的炉壳的炉门包括位于外层的保温门和位于炉内侧的石墨门，所述的炉门的开启由包括有关门气缸的液压锁紧装置控制，所述的关门气缸上设置有弹性联接装置，所述炉门的保温门为凸台保温门；

2.根据权利要求1所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的真空系统包括由真空管道联接成一体的真空泵组和真空阀。

3.根据权利要求2所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的配气系统包括设置有氩气、氢气进口管的配气盘、所述的氩气、氢气进口管上分别设置有流量计、压力开关、电磁阀，前级泵，所述的充氮气防爆装置是在前级泵入口处接入氮气有电磁阀控制的气源管。

3、根据权利要求2所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的加热及保温装置包括固定于炉壳内的、由多组发热棒组成的发热体、将各个发热体联接成一体的电极，所述的保温装置包括设置于炉壳内的石墨筒和设置于炉门上的石墨门，所述的石墨筒可由石墨门封闭。

4.根据权利要求3所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的发热棒的直径为24-30mm，电极的材质为高纯石墨。

5.根据权利要求3所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的加压系统的气体流量控制为PLC自动控制方式。

6.根据权利要求5所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的加压系统设置有正常工作高压泄压出气口、安全保护自动泄压出气口、手动泄压出气口、停电时自压泄压出气口。

7.根据权利要求1所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的冷却系统中电极、炉壳和炉门处的回水管道上设置有水流量开关。

8.根据权利要求1所述的压力烧结炉，其特征在于：所述的泄压装置包括自动报警泄压装置和手动卸压开关。

Images