CN105562686A - 金属热场真空脱脂烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属烧结炉领域，公开了一种金属热场真空脱脂烧结炉，烧结炉内设有隔热屏和发热体，烧结炉内还设有料箱，发热体、隔热屏均与料箱的箱体表面平行设置，沿烧结炉高度方向将隔热屏内的空间等分为上区和下区，将上区和下区沿烧结炉的长度方向等分为两块以上的单位区域，每块单位区域内均设有发热体和温度传感器。本发明解决了现有技术中的金属热场烧结炉炉内温度分布不均匀的问题，可用来烧结类似钛、钛合金等对烧结温度分布均匀性高的产品，同时本发明设置了管道脱脂系统脱脂功能，避免了粘结剂污染炉内，还设置了可以将冷却气体流经产品的冷却装置，显著提高冷却速度，并且保证产品冷却的一致性。

Description

金属热场真空脱脂烧结炉

技术领域

本发明涉及金属烧结炉领域，尤其涉及金属热场真空脱脂烧结炉。

背景技术

金属粉末注射成形等粉末冶金行业中，以低合金钢、不锈钢等粉末材料为主烧结而成的产品主要应用于电子产品、医疗器械、汽车零部件、五金工业等。这些产品主要是用石墨热场的烧结炉烧结而成，这种技术已经相当成熟。然而，有些特殊材料，像钛及钛合金，由于其化学活性大，易受气体和石墨坩埚材料等的污染，因此其必须在金属热场烧结炉内部的真空和高纯气体保护下、无碳环境中烧结而成。

现有技术中的金属热场烧结炉，炉内隔热屏和发热体为圆形设计，且没有料箱，由于炉内都是金属件，其热容量小，热惯性小，因此加热与冷却的速度比较快，炉内热散失较快，炉内各点的温度相差较大，即炉温度分布均匀性差，只能用来处理烧结尺寸要求不高的零件，烧结后再经过机械加工制成各种形状尺寸的零件。然而，像钛及钛合金的烧结产品出炉后机械加工非常困难，产品烧结尺寸一定要保证。类似钛及钛合金等产品在烧结时对烧结温度分布均匀性要求又高，还要进行脱脂工艺，同时需避免粘结剂对炉内的污染而影响烧结，因此现有技术中的金属热场烧结炉都是不适用的。

现有技术中的金属热场烧结炉冷却速度不够快，占整炉运行时间的1/3。

发明内容

本发明针对现有技术中的金属热场烧结炉炉内烧结温度分布均匀性差、粘结剂污染炉内影响烧结、冷却速度不够快的缺点，提供金属热场真空脱脂烧结炉。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

金属热场真空脱脂烧结炉，烧结炉内设有隔热屏和发热体，烧结炉内还设有料箱，发热体、隔热屏均与料箱的箱体表面平行设置，沿烧结炉高度方向将隔热屏内的空间等分为上区和下区，将上区和下区分别沿烧结炉的长度方向等分为2块以上的单位区域，每块单位区域内均设有发热体和温度传感器。

作为优选，还包括脱脂管道，脱脂管道伸入料箱内，脱脂管道另一端连接管道脱脂系统，管道脱脂系统包括依次串联的脂收集箱、多级捕脂器和真空泵。程序进入脱脂工艺，真空泵继续工作，当炉内温度上升到一定程度，产品中的粘结剂就会受热蒸发，粘结剂蒸气充满整个料箱，从而使料箱内粘结剂蒸气随载流保护气体进入到脱脂管道，粘结剂蒸气遇冷会液化，部分粘结剂蒸气在管道内碰到管道壁遇冷液化流入脂收集箱，剩余的粘结剂蒸气进入多级捕脂器被捕捉。设置管道脱脂系统脱脂功能，使粘结剂蒸气能全部顺利脱出炉内，避免粘结剂蒸气到处乱跑而污染炉内影响烧结。

作为优选，发热体所在平面到隔热屏表面的距离相等，发热体所在平面到料箱箱体表面的距离相等，单位区域内的发热体折弯后分布在料箱与隔热屏之间的空间内。

作为优选，料箱为方形料箱，料箱设有板和用于支撑板的角架，角架固定在料箱内侧壁上。料箱的截面为正方形，使其内部的各点温度分布均匀性更好。角架与常见的角铁形状相同。

作为优选，还包括不锈钢框架和绝缘柱，隔热屏固定在不锈钢框架内侧，绝缘柱也固定在不锈钢框架上，绝缘柱顶端设有钩，发热体穿过钩。

作为优选，还包括支撑柱，支撑柱底部固定在炉筒体支撑座上，料箱固定在支撑柱顶端。支撑柱数量为多个。绝缘柱穿过隔热屏与不锈钢框架固定。

作为优选，支撑柱和角架的材料为为钼、TZM合金或者钼镧合金。

作为优选，料箱与板的材料为钼、TZM合金或者钼镧合金。钼、TZM合金或者钼镧合金的化学性质稳定，在高温下不易与其他金属发生反应，且导热性好，不变形。隔热屏反射发热体散发的热量至料箱的箱体表面。

作为优选，发热体为钼发热体或者钨发热体。

作为优选，料箱上设有进气孔。进气孔方便气体进入到料箱内。

作为优选，当料箱进气方式为左右侧进气，隔热屏两端分别设有第一通风口和第二通风口，料箱两端分别设有第三通风口和第四通风口。还包括依次串联的水冷夹套、鼓风机和热交换器，还包括冷却管道口，冷却管道口与水冷夹套通过管道连接，第一通风口与热交换器通过管道连接。程序进入冷却工艺，炉内充入一定气体达到一定压力，鼓风机启动，炉内形成气流走向，热气体经过炉外水冷夹套和热交换器，气体温度迅速下降，冷却下来的气体再次进入炉内，从隔热屏第一通风口处进入，分两路气流。一路通过料箱的第三通风口，流经整个料箱各层板，带走每块板与板上产品散发的热量，能使料箱内温度急速下降，气体再从料箱的第四通风口处流出。另一路通过料箱外壁和隔热屏内壁，迅速带走热量，使整个隔热屏内部温度急速下降。最终两路气流汇聚到隔热屏后通风口流出，经过炉体内壁和隔热屏外壁，使炉体内壁和隔热屏外壁温度迅速下降，气体温度变热，再次来到冷却管道口，进入炉外水冷夹套和热交换器，气体温度迅速下降，冷却后的气体再次进入炉内，如此循环，能使炉内温度快速降下来。此冷却装置，将热交换在炉外进行，比内置循环冷却冷却速度要快很多，另外，料箱设计的第三通风口和第四通风口使气体流经每块板和板上产品，迅速带走板和板上产品的热量，散热面积增大了几十倍，冷却速度非常快，提高了生产效率。

本金属热场真空脱脂烧结炉具有良好的温度均匀性：1.设置料箱、板，一方面使辐射热量能通过料箱直接传导到板，再由板直接传导热量到放置在板上的产品上，金属热场烧结炉内的热容量也大大增加，使炉内热损耗速度变慢；2.采用发热体折弯近距离等距均匀分布在方形金属料箱四周，分多区加热，各区由热电偶监测控温，解决了金属热场烧结炉炉内因热散失严重而导致炉内各点温差较大的问题；3.金属隔热屏、料箱均采用正方形结构，使隔热屏与发热体及料箱都保持等距辐射，更加保证了料箱内各点的温度均匀性，同时，方形金属隔热屏的设计，使隔热屏与炉壁之间的距离加大，热量与通有冷却水夹套的传递空间加大，减少了隔热屏自身的热量损耗。本发明解决了现有技术中的金属热场烧结炉内温度分布不均匀的问题，除常规产品外还可用来烧结类似钛、钛合金等对烧结温度分布均匀性高的产品，同时本发明设置了管道脱脂系统脱脂功能，避免了粘结剂污染炉内影响烧结，还设置了可以将气体流经产品的冷却装置，显著提高冷却速度，并且保证产品冷却的一致性。本发明具有显著的进步。

附图说明

图1是实施例1的示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是实施例1的立体示意图。

图4是实施例2的立体示意图。

图5是实施例3的立体示意图。

图6是本发明系统图。

图7是本发明气体流动示意图。

图8是本发明中料箱的第一种结构示意图。

图9是本发明中料箱的第二种结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—隔热屏、2—发热体、3—绝缘柱、4—料箱、5—钩、6—不锈钢框架、7—支撑柱、8—角架、9—板、10—产品，11—第一通风口、12—第二通风口、13—脱脂管道、14—热交换器、15—鼓风机、16—水冷夹套、17—脂收集箱、18—多级捕脂器、19—真空泵、20—热电偶、21—扩散泵、22—罗茨泵、23—第三通风口、24—第四通风口、25—冷却管道口、26—陶瓷片、27—进气孔、28—第一气缸、29—第二气缸、30—第三气缸、31—第四气缸、1001—单位区域。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

金属热场真空脱脂烧结炉，如图1、2所示，包括不锈钢框架6，不锈钢框架6内侧固定设有隔热屏1和绝缘柱3，绝缘柱3穿过隔热屏1，绝缘柱3顶端设有钩5，钩5用来挂置发热体2。支撑柱7固定在炉筒体支撑座上。料箱4固定在支撑柱7顶端。料箱4的高与料箱4底面的宽相等，料箱4两边内侧固定设有用于支撑板9的角架8。板9插入平放在两个角架8之上，产品10放置在板9之上，产品10与板9之间设有陶瓷片26，陶瓷片26将产品10与板9隔开。

发热体2与料箱4的箱体表面平行设置，如图3、图4、图5所示。隔热屏1数量为6面，每一面隔热屏1分别与料箱4的一个表面平行。

如图3所示，烧结炉内设有隔热屏1和发热体2，烧结炉内还设有料箱4，发热体2、隔热屏1均与料箱4的箱体表面平行设置，沿烧结炉高度方向将隔热屏1内的空间等分为上区和下区，将上区和下区沿金属热场烧结炉的长度方向等分为2块的单位区域1001，共4块单位区域，每块单位区域1001内均设有发热体2和热电偶温度传感器20。

发热体2所在平面到隔热屏1表面的距离相等，发热体2所在平面到料箱4箱体表面的距离相等，每块单位区域内的发热体2折弯后均匀分布在料箱4与隔热屏1之间的空间内。

以上构成了一个4区控温金属热场装置，解决了炉内温度分布均匀性差的问题。

如图6、8、9所示，还包括脱脂管道13，脱脂管道13伸入料箱4内，脱脂管道13依次连接脂收集箱17、多级捕脂器18、真空泵19，还包括扩散泵21、罗茨泵22，真空泵19与罗茨泵22通过管道连接，罗茨泵22与扩散泵21通过管道连接，程序进入脱脂工艺，真空泵19继续工作，当炉内温度上升到一定程度，产品10中的粘结剂就会受热蒸发，粘结剂蒸气充满整个料箱4，载流气体通过进气孔27导入到料箱4中，气体分流到各层板9处，并且料箱4外充入一定压力的气体，促使料箱4外压力大于料箱4内压力，保证料箱4内的载流气体和粘结剂蒸气不向料箱4外泄漏。载流气体流经各层产品10表面，从而使料箱4内粘结剂蒸气随载流保护气体进入到脱脂管道13，粘结剂蒸气遇冷会液化，部分粘结剂蒸气在管道内碰到管道壁遇冷液化流入脂收集箱17，剩余的粘结剂蒸气进入多级捕脂器18被捕捉。设置管道脱脂系统脱脂功能，使粘结剂蒸气能全部顺利脱出炉内，避免粘结剂蒸气到处乱跑而污染炉内影响烧结。

如图8，料箱4进气方式为左右侧进气，气体通过进气孔27导入到料箱4内，气体通过每层板9，最终到达脱脂管道13。

隔热屏1两端分别设有第一通风口11和第二通风孔12，第一通风口11为隔热屏1的前端通风口，第二通风口12为隔热屏1的后端通风口，料箱4两端分别设有第三通风口23和第四通风口24，第三通风口23为料箱4的前端通风口，第四通风口24为料箱4的后端通风口，还包括第一气缸28、第二气缸29、第三气缸30和第四气缸31，第一气缸28、第二气缸29、第三气缸30和第四气缸31分别控制第一通风口11、第二通风口12、第三通风口23、第四通风口24开启和闭合。还包括依次串联的水冷夹套16、鼓风机15和热交换器14，冷却管道口25与水冷夹套16、第一通风口11与热交换器14之间通过管道连接。程序进入冷却工艺，第一通风口11、第二通风口12、第三通风口23、第四通风口24由对应气缸控制打开，炉内充入一定气体后达到一定压力，鼓风机15启动，炉内形成气流走向如图7剪头所示，热气体经过炉外水冷夹套16和热交换器14，气体温度迅速下降，冷却下来的气体再次进入炉内，从第一通风口11处进入，分两路气流。一路通过料箱的第三通风口23，流经整个料箱4各层板9，带走每块板9与板上产品10散发的热量，能使料箱内温度急速下降，气体再从料箱4的第四通风口24流出。另一路通过料箱4外壁和隔热屏1内壁，迅速带走热量，使整个隔热屏1内部温度急速下降。最终两路气流汇聚到隔热屏1的第二通风口12流出，经过炉体内壁和隔热屏1外壁，使炉体内壁和隔热屏1外壁温度迅速下降，气体温度变热，再次来到冷却管道口25，进入炉外水冷夹套16和热交换器14，气体温度迅速下降，冷却后的气体再次进入炉内，如此循环，能使炉内温度快速降下来。此冷却装置，将热交换在炉外进行，比内置循环冷却冷却速度要快很多，另外，料箱4设有第三通风口23和第四通风口24使气体流经每块板9和板9上产品10，迅速带走板9和板9上产品10的热量，散热面积增大了几十倍，冷却速度非常快，提高了生产效率。

这种全新的金属热场真空脱脂烧结炉，不仅能处理各种带粘结剂的粉末冶金产品，而且也适用于不带粘结剂的粉末冶金产品。使烧结炉完全满足各种粉末冶金产品的处理。

实施例2

如图4所示，根据炉型大小，沿烧结炉高度方向将隔热屏1内的空间等分为上区和下区，将上区和下区沿金属热场烧结炉的长度方向等分为3块的单位区域1001，共6块单位区域，每块单位区域1001内均设有发热体2和热电偶温度传感器20，构成一个6区控温金属热场装置。其余技术特征与实施例1相同。

实施例3

如图5所示，沿烧结炉高度方向将隔热屏1内的空间等分为上区和下区，将上区和下区沿金属热场烧结炉的长度方向等分为4块的单位区域1001，共8块单位区域，每块单位区域1001内均设有发热体2和热电偶温度传感器20，构成一个8区控温金属热场装置。其余技术特征与实施例1相同。

实施例4

如图9所示，在实施例1的基础上，将气体从料箱4的左右侧进入改成从料箱4后端的底部进入。料箱4后端底部设有进气孔27，气体进入进气孔27后再通过每层板9，最终到达料箱4前端进入到脱脂管道13。其余技术特征与实施例1相同。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.金属热场真空脱脂烧结炉，烧结炉内设有隔热屏(1)和发热体(2)，其特征在于：烧结炉内还设有料箱(4)，发热体(2)、隔热屏(1)均与料箱(4)的箱体表面平行设置，沿烧结炉高度方向将隔热屏(1)内的空间等分为上区和下区，将上区和下区分别沿烧结炉的长度方向等分为2块以上的单位区域(1001)，每块单位区域(1001)内均设有发热体(2)和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：还包括脱脂管道(13)，脱脂管道(13)伸入料箱(4)内，脱脂管道(13)另一端连接管道脱脂系统，管道脱脂系统包括依次串联的脂收集箱(17)、多级捕脂器(18)和真空泵(19)。

3.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：发热体(2)所在平面到隔热屏(1)表面的距离相等，发热体(2)所在平面到料箱(4)箱体表面的距离相等，单位区域(1001)内的发热体(2)折弯后均匀分布在料箱(4)与隔热屏(1)之间的空间内。

4.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：料箱(4)为方形料箱，料箱(4)设有板(9)和用于支撑板(9)的角架(8)，角架(8)固定在料箱(4)内侧壁上。

5.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：还包括不锈钢框架(6)和绝缘柱(3)，隔热屏(1)固定在不锈钢框架(6)内侧，绝缘柱(3)也固定在不锈钢框架(6)上，绝缘柱(3)顶端设有钩(5)，发热体(2)穿过钩(5)。

6.根据权利要求5所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：还包括支撑柱(7)，支撑柱(7)底部固定在炉筒体支撑座上，料箱(4)固定在支撑柱(7)顶端。

7.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：料箱(4)与板(9)的材料为钼、TZM合金或者钼镧合金。

8.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：发热体(2)为钼发热体或者钨发热体。

9.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：料箱(4)上设有进气孔(27)。

10.根据权利要求1所述的金属热场真空脱脂烧结炉，其特征在于：隔热屏(1)两端分别设有第一通风口(11)和第二通风口(12)，料箱(4)两端分别设有第三通风口(23)和第四通风口(24)，还包括依次串联的水冷夹套(16)、鼓风机(15)和热交换器(14)，还包括冷却管道口(25)，冷却管道口(25)与水冷夹套(16)通过管道连接，第一通风口(11)与热交换器(14)通过管道连接。