CN104729290A

CN104729290A - 一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备以及该设备的应用

Info

Publication number: CN104729290A
Application number: CN201510163254.XA
Authority: CN
Inventors: 高彦波
Original assignee: Changsha Huaxin Alloy & Electrical Mechanical Co Ltd
Current assignee: Changsha Huaxin Alloy & Electrical Mechanical Co Ltd
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明特别涉及一种通过连续推进烧结来脱除硬质合金成型剂的设备以及该设备的应用。所述设备包括动力装置、传动装置、炉膛；所述传动装置上均匀设有用于安装样品承载装置的卡槽；所述炉膛包括进炉端、烧结区、出炉端，所述出炉端靠近烧结区的部位为冷却区；所述烧结区被划分为n个加热区，所述n选自大于等4的任意一自然数；所述n个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a_n加热区；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度。本发明设备结构设计合理，配以相适应的应用参数能很好的解决现有技术中易存有残留碳等问题。

Description

一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备以及该设备的应用

技术领域

本发明涉及硬质合金的烧结工艺设备以及该设备的应用，特别涉及一种通过连续推进烧结来脱除硬质合金成型剂的设备以及该设备的应用。

背景技术

在硬质合金的生产中，硬质合金毛坯中在烧结过程中需要把成型剂(一般为石蜡、橡胶、聚乙二醇)脱除干净，在成型剂脱除的烧结过程中，成型剂会热分解产生烷烃、烯烃类的气体，如果烧结的温度设置不当或由于局部温度偏高以及烧结气氛不匀会导致成型剂发生裂解反应并生成固体碳残留在制品内，破坏了硬质合金制品设计的理想碳含量，成型剂的脱除过程严重影响着合金碳含量的控制，控制不好合金制品烧结后常常会有局部或整炉轻重不一的渗碳或脱碳现象发生，合金强度急剧下降。

现有的硬质脱蜡(胶)工艺一般是在间歇式的烧结炉内完成，即将成型好的工件制品装入石墨舟皿，然后堆积成跺装入烧结炉内，启动真空泵抽真空至20-200Pa或通入一定流量的氢气，然后烧结炉升温到300℃-450℃之间，恒温数小时，成型剂在此过程中裂解成气体，通过真空泵或氢气带走，然后继续升温到500-600℃之间，将工件制品内残留的成型剂继续裂解排除，脱蜡(胶)烧结结束后继续升温完成合金的液相烧结或冷却后转入专用烧结炉完成合金的液相烧结。现有的工艺由于装炉方式采用石墨舟皿堆积成跺，不可避免的在炉内存在温差和气氛死角，成型剂在热分解过程中很容易裂解出碳并造成制品原有的碳量变化，工业生产中烧结一炉产品通常都有上万或十万件以上合金制品，如何保证每个工件碳含量都在理想的控制范围是比较困难的，同时由于是间歇性的烧结，每一炉次的装炉空间有限，导致烧结产能不高；尤其是脱蜡(胶)工序的产能严重偏低；如使用350X 350mm的舟皿装工件；采用传统的脱胶设备(450-1200或550-1800气氛或真空脱脂炉型)，其产能仅为300-900kg/天·炉。

总之，到目前为止，在硬质合金烧结领域还未见采用连续工作的设备进行脱胶控碳的报道。

发明内容

本发明针对现有工艺存在的不足，提供一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备以及该设备的应用；解决了现有工艺中存在的产能低以及由于烧结气氛存在死角和烧结温场不匀导致的成型剂裂解时残留碳等问题。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述设备包括动力装置、传动装置、炉膛；所述传动装置上均匀设有用于安装样品承载装置的卡槽；所述传动装置贯穿整个炉膛，在驱动力的作用下，按设速度在炉膛内行进；所述炉膛包括进炉端、烧结区、出炉端，所述出炉端靠近烧结区的部位为冷却区；所述烧结区被划分为n个加热区，所述n选自大于等4的任意一自然数(请高老师提供加热区的最少个数)；所述n个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a_n加热区；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；还设有保护气氛提供装置；保护气氛提供装置所提供的保护气氛经出炉端后，依次通过冷却区、烧结区、进炉端。所述保护气氛选自氮气、氩气、氢气中的一种，优选为氢气。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述动力装置包括电机。电机的型号根据实际需求进行选定。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述传动装置上带有卡槽，其材质为耐高温材质(即本领域常规的传动装置在其上设置卡槽后可以用于本发明)；为了保证脱除成形剂以及所得样品的最终质量，一般选石墨质的装置，优选为带有卡槽的石墨板。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述样品承载装置为石墨舟皿。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述石墨舟皿采用单层布置的方式，通过卡槽固定在传动装置上。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；所述烧结区被划分为n个加热区；所述n为10-30之间的任意一自然数。n优选为15-25；n进一步优选为20。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；所述加热装置为加热电阻丝；所述控温装置包括传感器和控温仪表。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，其实施方案为：

设定不同加热区的加热温度，通入保护气体，加热；当不同加热区的温度达到设定温度后，将待脱除成型剂的硬质合金样品置于承载装置中，采用单层布置的方式，通过卡槽固定在传动装置上；开启动力装置，按设定的运行速度将待脱胶的硬质合金样品送入烧结区进行烧结至成型剂脱除干净后；经传动装置送至冷却区冷却后，在出路端取出。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，所述加热区的个数为20个，所述20个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a₂₀加热区；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度；a₁加热区的温度为200-260℃；a₂₀加热区的温度为580-600℃。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，所述保护气体为氢气，所述氢

气的流量为10m³/h-16m³/h。优选为10m³/h。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，待脱除成型剂的硬质合金样品在烧结区的烧结时间为4-8小时。

本发明一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，待脱除成型剂的硬质合金样品在烧结区的移动速度为10-50mm/min。

在工业化应用过程中，通过控制待待脱除成型剂的硬质合金样品连续以相同的线速度进入脱蜡系统，炉尾冷却后的舟皿以同样的速度出炉，从而实现了高重复性精确控碳的工艺方法。

原理和优势：

本发明由于在炉膛烧结区内设置了n个加热区，通过对n个加热区的独立加热和控制，在样品布置方式(单层布置)、样品行进速度、保护气体的流动方向以及流速的协同作用下，很好的解决了现有解决了现有工艺中存在的，由于烧结气氛存在死角和烧结温场不匀导致的成型剂裂解时残留碳等问题。其原因可能在于：单层布置的样品在合理的推进速度以及适当的氢气流量下，炉内成型剂分解所的产物的气相浓度较低，始终避免了残留碳的生成；同时由于采用单层布置，也就在最大程度上避免了气氛死角的出现；在上述条件下，在辅以n个独立的加热区，这就避免了烧结温度场不均的情况。

本发明由于采用单层布置的方式进行样品的布置，这既避免了烧结气氛存在死角和烧结温场不匀等问题，又极大的方便了样品装入和卸下；这为连续化生产提供了必要条件；同时这一改进不仅能够提高产能，而且还能保证每一批样品的质量，进而为实现该工艺的工业化、标准化操作提供了必要条件。

总之本发明通过采用单层布置的方式进行样品的布置，在n个加热区的独立加热和控制以及样品在炉内的行进速度、保护气体的流动方向和流速的协同作用下，得到了高重复性精确控碳的成品。

附图说明

附图1为本发明实施例1、实施例2所设计连续烧结脱除硬质合金成型剂设备的结构示意图；

从图1中可以看出，本发明所设计的设备包括动力装置(电机)、传动装置、炉膛；所述传动装置上均匀设有用于安装样品承载装置的卡槽；所述传动装置贯穿整个炉膛，在驱动力的作用下，按设速度在炉膛内行进；所述炉膛包括进炉端、烧结区、出炉端，所述出炉端靠近烧结区的部位为冷却区；所述烧结区被划分为20个加热区，所述20个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a₂₀加热区(在图中简写为1、2、3……20)；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度(n大于等于4小于等于20)。

具体实施方式

由于成型剂的种类繁多，采用本发明所设计的装置时，对n个加热区的温度控制，也因成型剂的种类有所差异；如采用附图1中所设计的装置，脱除橡胶类成型剂时，所述橡胶类成型剂选自丁钠橡胶、顺丁橡胶中的至少一种。其对n个加热区的温度控制优选为表1；

表1

加热区间	a₁	a₂	a₃	a₄	a₅	a₆	a₇	a₈	a₉	a₁₀	a₁₁
												温度(℃)	260	340	360	380	400	400	420	420	420	440	440
加热区间	a₁₂	a₁₃	a₁₄	a₁₅	a₁₆	a₁₇	a₁₈	a₁₉	a₂₀
												温度(℃)	440	460	460	480	480	500	500	560	580

在表1的条件下，

推舟速度：产品工件装入石墨舟皿，推进速度30mm/分

氢气流量：恒定10m³/h。

如采用附图1中所设计的装置，脱除石蜡、聚乙二醇类成型剂。其对n个加热区的温度控制优选为表2；

表2

加热区间	a₁	a₂	a₃	a₄	a₅	a₆	a₇	a₈	a₉	a₁₀	a₁₁
												温度(℃)	240	270	300	320	350	350	350	350	380	380	400
加热区间	a₁₂	a₁₃	a₁₄	a₁₅	a₁₆	a₁₇	a₁₈	a₁₉	a₂₀
												温度(℃)	420	450	450	450	450	480	480	500	500

在表2的条件下，

推舟速度：产品装入石墨舟皿，推进适用45mm/分。

氢气流量范围：恒定10m³/h。

实施例1

本实施1中所用成型剂为顺丁橡胶，成型剂与YG6硬质合金的质量比为0.7％(即该比例和现有技术中成型剂用量完全一致)，按照表1以及其对应的参数处理YG6硬质合金；样品在加热区间的总共穿行时间为8小时；处理完后检测坯体的总碳含量(wt％)，其检测值见表3；

YG6硬质合金的主要成分为：碳化钨质量百分比为94wt％；钴占质量百分比6wt％；其理论碳含量为5.76wt％。

表3

对比例1

本对比例中所用成型剂为顺丁橡胶，成型剂与YG6硬质合金的质量比为0.7％；采用现有的间歇式的烧结炉进行成型剂的脱除；采用堆积成跺的样品布置方式，启动真空泵抽真空至20-200Pa然后烧结炉升温到300℃-450℃之间，恒温6小时，然后继续升温到500-600℃之间，保温2小时，检测发现存在碳分布不均匀的情况，其中碳含量最高的达到了5.82％。

实施例2

本实施中所用成型剂为石蜡，成型剂与YG8硬质合金的质量比为2％(即该比例和现有技术中成型剂用量完全一致)，按照表2以及其对应的参数处理YG8硬质合金；样品在加热区间的总共穿行时间为6小时；处理完后检测坯体的总碳含量(wt％)，其检测值见表4；

YG8硬质合金的主要成分为：碳化钨质量百分比为92wt％；钴占质量百分比8wt％；其理论碳含量为5.65wt％。

表4

对比例2

本对比例中所用成型剂为石蜡，成型剂与YG8硬质合金的质量比为2％；采用现有的间歇式的烧结炉进行成型剂的脱除；采用堆积成跺的样品布置方式，启动真空泵抽真空至20-200Pa然后烧结炉升温到300℃-450℃之间，恒温5小时，然后继续升温到500-600℃之间，保温1小时，检测发现存在碳分布不均匀的情况，其中碳含量最高的达到了5.69wt％。

实施例3

本实施中所用成型剂为PEG4000(聚乙二醇)，成型剂与YG10硬质合金的质量比为2％(即该比例和现有技术中成型剂用量完全一致)，按照表2以及其对应的参数处理YG10硬质合金；样品在加热区间的总共穿行时间为6小时；处理完后检测坯体的总碳含量(wt％)，其检测值见表5；

YG11硬质合金的主要成分为：碳化钨质量百分比为89wt％；钴占质量百分比11wt％；其理论碳含量为5.46wt％。

表5

对比例3

本对比例中所用成型剂为PEG4000(聚乙二醇)，成型剂与YG11硬质合金的质量比为2％；采用现有的间歇式的烧结炉进行成型剂的脱除；采用堆积成跺的样品布置方式，启动真空泵抽真空至20-200Pa然后烧结炉升温到300℃-450℃之间，恒温5小时，然后继续升温到500-600℃之间，保温1小时，检测发现存在碳分布不均匀的情况，其中碳含量最高的达到了5.50wt％。

利用本发明连续式脱脂烧结设备和工艺，使每个装入工件的舟皿和硬质合金制品都经过同等的热平衡烧结温场，保证成型剂充分彻底的排除，不残留碳在制品中，从而解决了硬质合金领域生产过程中脱蜡(胶)烧结控碳不均匀的难题。通过实践确认能够达到工件制品高重复性脱蜡(胶)的精确控碳。各个硬质合金牌号可以稳定的达到万分之三的控碳精度。使用350X 350mm的舟皿装工件，按每舟12KG装舟量，单台设备的合金生产能力最高可以达到1.5吨/天，而传统的脱胶设备一般产能仅有300-900kg/天。

Claims

1.一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：所述设备包括动力装置、传动装置、炉膛；所述传动装置上均匀设有用于安装样品承载装置的卡槽；所述传动装置贯穿整个炉膛，在驱动力的作用下，按设速度在炉膛内行进；所述炉膛包括进炉端、烧结区、出炉端，所述出炉端靠近烧结区的部位为冷却区；所述烧结区被划分为n个加热区，所述n选自大于等4的任意一自然数；所述n个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a_n加热区；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度。

2.根据权利要求1所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：还设有保护气氛提供装置；保护气氛提供装置所提供的保护气氛经出炉端后，依次通过冷却区、烧结区、进炉端。

3.根据权利要求1所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：所述样品承载装置为石墨舟皿。

4.根据权利要求3所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：所述石墨舟皿采用单层布置的方式，通过卡槽固定在传动装置上。

5.根据权利要求1所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：所述烧结区被划分为n个加热区；所述n为10-30之间的任意一自然数。

6.根据权利要求1所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备；其特征在于：所述烧结区被划分为n个加热区；所述n为20。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，其特征在于；包括下述步骤：

8.根据权利要7所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，其特征在于：所述加热区的个数为20个，所述20个加热区从靠近进炉端到靠近冷却区依次计为a₁加热区、a₂加热区、a₃加热区直至a₂₀加热区；每个加热区带有独立的加热装置和控温装置；工作时，a_n加热区的温度大于等于a_n-1加热区的温度；a₁加热区的温度为200-260℃；a₂₀加热区的温度为580-600℃。

9.根据权利要7所述的一种连续烧结脱除硬质合金成型剂的设备的应用，其特征在于：所述保护气体为氢气，所述氢气的流量为10m³/h-16m³/h；

待脱除成型剂的硬质合金样品在烧结区的烧结时间为4-8小时。

待脱除成型剂的硬质合金样品在烧结区的移动速度为10-50mm/min。