CN106052401B - 一种真空烧结炉隔热屏的维修方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，包括：(1)采取二次循环叠加法对碳毡进行装配；(2)采用平行针法、“之”字形针法、菱形针法和圆形针法对碳毡的不同部位进行缝制，其中，平行针法用于大面积碳毡的平铺定位，“之”字形针法用于边角料碳毡接缝处的对接定位，菱形针法用于Φ30mm～Φ60mm碳毡孔的加固定位，圆形针法用于Φ60mm以上碳毡孔径的加固定位；(3)对碳毡进行定位打孔；(4)对碳毡端面进行修边和包边缝合处理；(5)将碳毡与真空烧结炉的相关部件进行连接和安装。本发明有效提高了对隔热屏的自主维修能力，降低了维修费用，不仅为后续发热体与隔热屏的顺利装配奠定了基础，而且延长了隔热屏的使用寿命。

Description

一种真空烧结炉隔热屏的维修方法

技术领域

本发明涉及真空烧结炉碳质隔热屏技术领域，具体涉及的是一种真空烧结炉隔热屏的维修方法。

背景技术

真空烧结炉广泛用于烧结、加热、融化、热处理等工艺，其大体由炉体、电源系统、加热元件、测温控温设备、保温材料及真空系统等几部分组成。而隔热屏(由软质碳毡制成)的主要作用是隔热、保温及减少热损失，使炉体内部的加热区达到并且维持某一温度，对炉内工件进行均匀加热。同时，由于隔热屏可以防止热量的损失，因此它对减少炉子本身能耗、提高加热效率以及环境保护方面有着重大意义。软质碳毡隔热屏以聚丙烯腈基平板毡为材料经高温处理制得，由于碳毡中90％为空隙，在真空或惰性气体高温环境中作为保温隔热材料性能非常优越、稳定。

然而，在使用真空烧结炉的过程中，例如在用于大尺寸的陶瓷产品生产中，由于陶瓷产品种类和生产工艺复杂，导致高温烧结过程中产生的复杂气氛会对真空烧结炉中部分关键部件如加热系统造成破坏。而加热系统是真空烧结炉装置的“心脏”，其中的石墨发热体、隔热屏长期在高温环境下工作(2300℃)，会产生粉化、鼓包和烧蚀等质量问题，须定期进行维修与更换。将产品返回厂家进行维修不但会产生昂贵的维修费用，而且在生产周期方面也无法保证。真空烧结炉碳毡在大修过程中碳毡的裁剪、缝制与开孔质量的好坏，将直接影响到隔热屏与发热元件、测温元件等的装配精度和炉温均匀性，对烧结炉的使用效果具有明显影响。因此，有必要设计一种新型的软质碳毡隔热屏维修技术，实现其与发热体的顺利装配，以便确保真空烧结炉的使用效果。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其可以有效提高对隔热屏的自主维修能力，从而在确保其与发热体顺利装配、维持真空烧结炉使用效果的同时，降低维修成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，包括以下步骤：

(1)采取二次循环叠加法对用作隔热屏制作材料的碳毡进行装配；

(2)分别采用平行针法、“之”字形针法、菱形针法和圆形针法对碳毡的不同部位进行缝制，其中，平行针法用于大面积碳毡的平铺定位，“之”字形针法用于边角料碳毡接缝处的对接定位，菱形针法用于Φ30mm～Φ60mm碳毡孔的加固定位，圆形针法用于Φ60mm以上碳毡孔径的加固定位；

(3)对碳毡连接电极、支撑柱、热偶引管的部位进行定位打孔；

(4)对碳毡前后端面与碳毡门的相对密封性进行修边；同时，对碳毡端面四角转角处进行包边缝合处理；

(5)将打孔及端面修边和包边缝合处理后的碳毡与真空烧结炉的相关部件进行连接和安装。

具体地说，所述步骤(1)包括以下步骤：

(1a)将五层碳毡循环叠加，然后进行缝制；

(1b)再将五层碳毡与步骤(1a)中缝制后的五层碳毡循环叠加，然后进行缝制，相邻碳毡的转角结合处呈阶梯式结合。

进一步地，所述步骤(3)中，采用一次打孔法的方式对碳毡进行定位打孔。

再进一步地，在一次打孔法中，分别采用电极孔开孔刀、支撑柱孔开孔刀、热偶保护套管孔开孔刀对碳毡连接电极、支撑柱、热偶引管的部位进行定位打孔。

具体地说，所述电极孔开孔刀包括中空筒刀、顶杆、导向法兰、电动推杆和基座；所述中空筒刀中空的一端设有刃口，另一端与顶杆对接；所述导向法兰内孔与顶杆配合连接，且该导向法兰的径向方向上均匀设置有六个用于与烧结炉炉体电极连接法兰对应的定位通孔；所述电动推杆一端与导向法兰连接，另一端则与基座连接。

更进一步地，所述步骤(4)中，采用端面修边刀对碳毡前后端面与碳毡门的相对密封性进行修边，并采用包边接合压边刀对碳毡端面四角转角处进行包边缝合处理。

具体地说，所述端面修边刀包括裁剪导向件、划刀以及横截面为“L”形的固定刀架；所述固定刀架“L”形的一边内设有插槽，另一边通过一“C”形夹与隔热屏鼠笼框架端面的环形龙骨装配固定；所述裁剪导向件一侧插入至该插槽中，并通过设置在固定刀架上、且依次排列的三个定位螺孔将该裁剪导向件定位；同时，所述裁剪导向件另一侧设有划刀槽，而所述划刀则用于与划刀槽配合对隔热屏进行裁剪。

具体地说，所述包边接合压边刀包括方形垫板和三个均呈直线型的刀体；所述方形垫板中开设有三个以放射状形式分布、且形状与刀体外缘轮廓相匹配的通孔，三个通孔各自的一端相交于方形垫板其中一个边角端点上；所述三个刀体一一对应地固定在三个通孔中，并且，三个刀体呈阶梯状的形式分布在方形垫板上；同时，相邻的刀体之间的夹角均为22.5°。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明流程合理、设计巧妙，其通过设计不同于传统方法的装配、针法缝制及打孔方法，有效确保了隔热屏维修过程中碳毡的裁剪、装配、开孔、缝制精度与质量，从而为后续发热体与隔热屏的顺利装配奠定了基础。实践证明，采用本发明方案维修的隔热屏，其使用寿命可达到百余炉次，且炉体均温性能得到了较大的提升。

(2)本发明采用二次循环叠加法对碳毡进行装配，与现有的一次循环叠加装配方式相比，通过降低单次缝制的碳毡层数和进行二次叠加，可以使得到的碳毡转角部位形成的缝隙明显降低，从而不仅提高了碳毡装配的效果，也为后续的碳毡缝制提供了便利，确保缝制的精确度。

(3)本发明采用平行针法、“之”字形针法、菱形针法和圆形针法的结合，实现对碳毡的缝制，如此可改善了碳毡在使用过程中的变形鼓包现象，有效延长炉体的使用寿命(一般在高温使用百余炉次后才需要进行大修)。

(4)本发明采用一次打孔法，并配合各种专用开孔刀具，极大地提升了碳毡孔洞的定位与开孔精度；同时，利用端面修边刀和包边结合压边刀的配合，可以实现碳毡端面的修边找正，并保证包边缝合过程中的转角拼接质量。如此便可很好地为后续发热体的顺利装配连接与炉体均温性能的提升提供可靠的技术保障。

(5)本发明性价比高、实用性强，在有效缓解维修人员劳动强度的同时，极大提升了隔热屏孔洞定位与开孔精度，以及主体端面修边找正与包边缝合过程中的转角拼接质量，进而为后续发热体的顺利装配连接与炉体均温性能的提升提供了可靠的技术保障。可以说，本发明显著提高了对隔热屏的自主维修能力，降低了相关厂家维修费用，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中电极开孔刀的结构示意图。

图3为本发明中导轨支撑柱孔开孔刀的结构示意图。

图4为本发明中发热体支撑柱开孔刀的结构示意图。

图5为本发明中热偶保护套管孔开孔刀的结构示意图。

图6为本发明中端面修边刀的结构示意图。

图7为端面修边刀中固定刀架的主视图。

图8为端面修边刀中固定刀架的俯视图。

图9为端面修边刀中“C”形夹的结构示意图。

图10为端面修边刀中裁剪导向件的结构示意图。

图11为本发明中包边接合压边刀的结构示意图。

图12为图11中A向旋转后的结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

101-中空筒刀，102-顶杆，103-导向法兰，104-电动推杆，105-基座，201-导轨支撑柱孔开孔刀，202-发热体支撑柱开孔刀，3-热偶保护套管孔开孔刀，401-固定刀架，402-插槽，403-定位螺孔，404-裁剪导向件，405-划刀槽，406-划刀，5-包边接合压边刀，501-方形垫板，502-刀体。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供了一种维修真空烧结炉隔热屏(软质碳毡)的方法，其主要包括碳毡装配、碳毡缝制、碳毡定位打孔、碳毡端面修边及端面包边缝合处理几大步骤。

一、碳毡装配

软质碳毡属碳纤维制品，具有密度小、导热系数小、隔热保温性好，常作为真空烧结炉隔热屏主材料。由于碳毡质地柔软、孔隙度大，在高温条件下容易出现膨胀、鼓包、接缝处位移现象，若碳毡与发热体接触，会存在打弧烧蚀等安全隐患。因此，隔热屏在维修时，碳毡的装配与缝制技术极其重要。而传统的装配法是将碳毡采取一次循环叠加法装配。首先在鼠笼框架底面一次平铺十层碳毡，宽度与两侧框架相接触，加固缝制；其次将鼠笼框架翻转90°后，在底面一次平铺十层碳毡缝制；依此类推完成鼠笼框架装配与缝制。该方法弊端是转角部位易形成缝隙，且缝制针法和针距随意性较大，高温环境下使用时这种装配的碳毡极易出现膨胀现象造成其使用寿命缩短，使用次数约为20余次。

本发明对碳毡装配方法进行了改进，采取二次循环叠加法对碳毡进行装配，具体为：首先将第一次碳毡循环叠加层数减少为五层缝制，然后再将五层碳毡进行二次循环叠加缝制，完成碳毡的装配。通过降低单次缝制的碳毡层数和进行二次叠加的方式，可以使得到的碳毡转角部位形成的缝隙明显降低。

二、碳毡缝制

碳毡装配完毕后，接着是对碳毡进行缝制。由于原隔热屏缝制过程无统一有序的基础针法，且针距、行距和缝制力度等细节均无明确要求，也无规律可循；而部分较大尺寸孔洞的潜在应力释放现象，也无特别加固缝制要求。因此，这种无规律缝制的碳毡在高温烧结过程中易出现膨胀、鼓包和变形，且每次出现破坏的位置无法预判，严重制约了炉体的使用寿命，一般高温使用二十余炉次就要进行大修。

本发明申请人通过对碳毡出现的变形现象和位置进行综合分析，对碳毡的缝制方法进行了全面改进，对碳毡的不同部位采用不同的缝制针法。通过对碳毡采用平行针法、“之”字形针法、菱形针法和圆形针法的结合，较好地改善了碳毡在使用过程中的变形鼓包现象，有效延长了炉体的使用寿命，一般在高温使用百余炉次后才需要进行大修。而在本发明采用的针法中，平行针法用于大面积碳毡的平铺定位；“之”字形针法用于边角料碳毡接缝处的对接定位；菱形针法用于Φ30mm～Φ60mm碳毡孔的加固定位，实现隔热屏中导轨、发热体支撑柱等孔位加固；圆形针法用于Φ60mm以上碳毡孔径的加固定位，其主要是针对隔热屏碳毡中孔径达Φ120mm电极孔部位的加固。

三、碳毡定位打孔

碳毡缝制完成后，需要进行打孔以便于隔热屏与相关发热体的连接与安装。生产厂方的做法是以经验为主，依托简易刀具直接在毡体上开孔和裁剪，该方法无精度可言；对于人为产生的孔洞偏差现象，则采取扩孔与回填的方法弥补，打孔质量严重依赖于操作者的经验，无法保证设备的大修周期且维修质量不易控制，维修费用也居高不下，严重制约了单位的科研生产进度。

本发明申请人通过多次分析和讨论，确定了测绘法、划痕法和一次打孔法并进行碳毡定位打孔的效果验证。

测绘法是将旧隔热屏鼠笼框架拆下，对其上分布的孔洞进行测绘，再将测绘数据复制到缝制好的新屏上定位开孔。但存在的问题是旧隔热屏的鼠笼框因烧损变形而导致实测数据存在误差，将测绘数据复制到新隔热屏上进行定位开孔后，会导致发热体与电极无法连接。

划痕法是将新隔热屏直接送入炉体定位，并以炉壳底部上的连接孔、柱为基准，通过特制的“U”型刀在对应的毡体表面划出痕迹，抬出隔热屏在划痕处统一开孔。该方法解决了定位准确度，缩小了孔的位置度误差，但毡体孔洞的加工精度(垂直度)无法保证，易产生斜孔，影响发热体的装配连接。

一次打孔法是在划痕法的基础上进行的改进。即对安装于壳体内的新隔热屏，以相应的孔位为基准，利用专用刀具逐一对隔热屏连接电极、发热体、导轨、热偶和引管的部位直接定位开孔，从而实现定位与开孔的同步。

而在确定了采用一次打孔法来实现对碳毡的精确定位与打孔后，还需要特制的专用刀具去实现打孔的辅助和对孔进行修边。本发明自行设计制作的专用刀具主要结合软质碳毡的性能特点与维修实践，需要在缝制完成的110mm厚的多层毡体上，钻取五种尺寸规格、累计达25个的通孔，其中90％的通孔集中在隔热屏底部1平米的区域内，刀具要求锋利、壁薄、防锈。根据所需打孔的类型和规格，需要设计的刀具有电极孔开孔刀、支撑柱孔开孔刀和热偶保护套管孔开孔刀。

电极孔开孔刀

电极孔是所有孔洞中加工难度最大的。由于操作空间狭小，本实施例中，电极孔开孔刀设计成分体式，其主要由中空筒刀101、顶杆102、导向法兰103、电动推杆104和基座105五部分组成。如图2所示，所述中空筒刀101中空的一端设有刃口，另一端与顶杆102对接；所述导向法兰103内孔与顶杆102配合连接，且该导向法兰103的径向方向上均匀设置有六个用于与烧结炉炉体电极连接法兰对应的定位通孔106；所述电动推杆104一端与导向法兰103连接，另一端则与基座105连接。电极孔开孔刀操作时首先在壳体与毡体间进行中空筒刀101和顶杆102的对接，然后通过导向法兰103确保垂直度，如一来，维修人员只需手持开关于屏内作业即可实现隔热屏毡体电极孔洞的精准定位与同步开孔。

本发明设计的电极孔开孔刀不仅可以一次性完成电极孔洞的定位与开孔，而且可以保证碳毡电极孔洞的打孔精度，进而有效提高了电极孔洞的开孔质量。

支撑柱孔开孔刀

支撑柱孔开孔刀分为发热体支撑柱开孔刀201和导轨支撑柱开孔刀202两种(如图3、4所示)。设计思路是以炉膛底部支撑柱为基准，在支撑柱上安装倒凸形结构的过渡导向管，然后作业时将开孔刀套在其上，当新隔热屏整体定位后，手工旋转并提升开孔刀至对应毡体部位切割开孔。

热偶保护套管孔开孔刀

热偶保护套管孔位于隔热屏的侧边并与壳体预留孔洞垂直。以炉体外侧的连接孔内孔为基准，热偶保护套管孔开孔刀3的结构如图5所示。作业时，热偶保护套管孔开孔刀需与一直径率大于开孔刀直径的推杆配合，然后利用外侧的连接孔内孔作导向，手工旋转开孔刀至隔热屏碳毡部位进行切割开孔。

四、碳毡端面修边及端面包边缝合处理

开孔刀解决了毡体的精确打孔与外连问题，而隔热屏主体前后端面与碳毡门的相对密封和保温问题则需要进行端面修边处理，本发明申请人采用自行设计的端面修边刀对碳毡前后端面与碳毡门的相对密封性进行修边，从而保证炉体运行时的温度均匀性。修边是在长1000mm、厚110mm的毡体上进行的，要求被裁剪的端面平整、端面四周处于同一基面，不能让端面出现波浪、倾斜截面的现象。

如图6～10所示，所述的端面修边刀主要由固定刀架401、裁剪导向件404和划刀406组成。所述固定刀架401“L”形的一边内设有插槽402，另一边通过一“C”形夹与隔热屏鼠笼框架端面的环形龙骨装配固定，“C”形夹的结构如图9所示。所述裁剪导向件404一侧插入至插槽402中，并通过设置在固定刀架401上、且依次排列的三个定位螺孔403(上、中、下)将该裁剪导向件404定位；同时，所述裁剪导向件404另一侧设有划刀槽405，而所述划刀406则用于与划刀槽配合，在划刀槽405中切割出多余的碳毡。端面修边刀使用时，先利用“C”形夹与隔热屏鼠笼框架端面的环形龙骨装配固定，然后插入裁剪导向件4，并在根据炉体的毡体长度需求调节其位置后利用定位螺栓打入定位螺孔403的方式，将裁剪导向件404固定。最后，利用划刀406在划刀槽405中切割出多余的碳毡即可。通过使用本发明设计的端面修边刀，在对隔热屏进行裁剪的同时，可以防止端面出现波浪、倾斜截面的现象，因而有效确保了裁剪面的裁剪质量。

仅做端面裁剪的隔热屏主体可直接投入使用，但烧结一段时间后会出现截面局部分层、变形与硬化等现象，影响到炉门的密封与保温性能。鉴于此，本发明申请人自行设计了包边接合压边刀5，用于对碳毡端面四角转角处进行包边缝合处理，从而有效解决了上述疑难问题。

如图11所示，所述的包边接合压边刀5包括方形垫板501和三个均呈直线型的刀体502。所述方形垫板501中开设有三个以放射状形式分布、且形状与刀体外缘轮廓相匹配的通孔，三个通孔各自的一端相交于方形垫板501其中一个边角端点上。所述三个刀体一一对应地固定在三个通孔中，并且，三个刀体呈阶梯状的形式分布在方形垫板501上(即呈阶梯式规律性高、中、低和低、中、高对应分布，如图12所示)。另外，相邻的刀体之间的夹角均为22.5°。包边接合压边刀使用时，利用衬板与压盖配合刀具使用。

对于端面四角转角处的包边，传统方法是采取45°拼接或叠加，缺点是易产生收缩缝与突棱，导致端面密封不严保温效果差。而采用包边接合压边刀操作是直接将刀具放入到转角预留的毡体中，然后一次性在上下厚度分别为10mm的毡体上，同步进行三次等厚的阶梯式分割，取出刀具后再按序分层撕下多余的碳毡，使转角接合部位处的碳毡呈现放射状阶梯式咬合，进而实现端面平整度一致，进而保证了端面密封处的保温效果。

在将碳毡进行定位打孔及端面修边和包边缝合处理后，将其与真空烧结炉对应的部件(电极、支撑柱、热偶引管等)进行连接和安装即可。

本发明通过合理的维修流程及专用刀具的设计，确保了隔热屏维修过程中软质碳毡的裁剪、装配、开孔、缝制精度与质量，为后续发热体与隔热屏的顺利装配奠定了基础。本发明有效地提高了对软质碳毡的自主维修能力，大幅降低了厂家维修费用，因此，相比现有技术来说，本发明技术进步十分明显，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采取二次循环叠加法对用作隔热屏制作材料的碳毡进行装配，该步骤具体如下：

(1a)将五层碳毡循环叠加，然后进行缝制；

(1b)再将五层碳毡与步骤(1a)中缝制后的五层碳毡循环叠加，然后进行缝制，相邻碳毡的转角结合处呈阶梯式结合；

(2)分别采用平行针法、“之”字形针法、菱形针法和圆形针法对碳毡的不同部位进行缝制，其中，平行针法用于大面积碳毡的平铺定位，“之”字形针法用于边角料碳毡接缝处的对接定位，菱形针法用于Φ30mm～Φ60mm碳毡孔的加固定位，圆形针法用于Φ60mm以上碳毡孔径的加固定位；

(3)对碳毡连接电极、支撑柱、热偶引管的部位进行定位打孔；

(4)对碳毡前后端面与碳毡门的相对密封性进行修边；同时，对碳毡端面四角转角处进行包边缝合处理；

(5)将打孔及端面修边和包边缝合处理后的碳毡与真空烧结炉的相关部件进行连接和安装。

2.根据权利要求1所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用一次打孔法的方式对碳毡连接电极、支撑柱、热偶引管的部位进行定位打孔。

3.根据权利要求2所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，在一次打孔法中，分别采用电极孔开孔刀、支撑柱孔开孔刀、热偶保护套管孔开孔刀对碳毡连接电极、支撑柱、热偶引管的部位进行定位打孔。

4.根据权利要求3所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，所述电极孔开孔刀包括中空筒刀(101)、顶杆(102)、导向法兰(103)、电动推杆(104)和基座(105)；所述中空筒刀(101)中空的一端设有刃口，另一端与顶杆(102)对接；所述导向法兰(103)内孔与顶杆(102)配合连接，且该导向法兰(103)的径向方向上均匀设置有六个用于与烧结炉炉体电极连接法兰对应的定位通孔(106)；所述电动推杆(104)一端与导向法兰(103)连接，另一端则与基座(105)连接。

5.根据权利要求4所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，所述步骤(4)中，采用端面修边刀对碳毡前后端面与碳毡门的相对密封性进行修边，并采用包边接合压边刀对碳毡端面四角转角处进行包边缝合处理。

6.根据权利要求5所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，所述端面修边刀包括裁剪导向件(404)、划刀(406)以及横截面为“L”形的固定刀架(401)；所述固定刀架(401)“L”形的一边内设有插槽(402)，另一边通过一“C”形夹与隔热屏鼠笼框架端面的环形龙骨装配固定；所述裁剪导向件(404)一侧插入至该插槽(402)中，并通过设置在固定刀架(401)上、且依次排列的三个定位螺孔(403)将该裁剪导向件定位；同时，所述裁剪导向件(404)另一侧设有划刀槽(405)，而所述划刀(406)则用于与划刀槽配合对隔热屏进行裁剪。

7.根据权利要求6所述的一种真空烧结炉隔热屏的维修方法，其特征在于，所述包边接合压边刀包括方形垫板(501)和三个均呈直线型的刀体(502)；所述方形垫板(501)中开设有三个以放射状形式分布、且形状与刀体外缘轮廓相匹配的通孔，三个通孔各自的一端相交于方形垫板(501)其中一个边角端点上；所述三个刀体一一对应地固定在三个通孔中，并且，三个刀体呈阶梯状的形式分布在方形垫板(501)上；同时，相邻的刀体之间的夹角均为22.5°。