CN111637739A - 真空脱蜡烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空烧结技术领域，公开一种真空脱蜡烧结炉，炉膛内采用微波加热烧结，炉膛包括外炉膛和内炉膛，炉膛壁上具有通入微波的馈口，内炉膛为具有奇数个柱面的多边形柱体结构，微波由微波发生器发出并途经环形器后进入炉膛。颠覆传统碳管加热方式，充分利用微波的透射/辐射式加热特征，实现炉膛内物料里外同时加热，显著提升物料的温度均匀性，另外微波是一种选择性加热方式，可对硬质合金的连结相优先升温并熔融烧结，减少或避免了合金材料的重结晶，有效提高所烧结产品的硬度、抗折弯强度等性能。

Description

真空脱蜡烧结炉

技术领域

本发明涉及真空烧结技术领域，具体地，涉及一种真空脱蜡烧结炉。

背景技术

传统的真空烧结炉炉膛一般为鼠笼式结构，采用碳管组成，通过输入大电流使碳管发热，进而使炉膛升温以使温度以传导的形式传递至需加热物料来实现烧结。但这种传统的烧结炉存在如下弊端：1)无法确保烧结温度的均匀性；2)因加热温度不均匀，可能导致所烧结的合金材料重结晶，对后续产品的硬度、强度等都会产生不利影响；3)受制于碳管加热的方式，烧结时间缩短困难，生产效率难以提高，无法真正提升经济效益。

目前市面上出现了一些微波真空烧结炉，但目前仅停留在实验层面上，一般都是小型的试验用炉，没有用于工业化生产，其炉膛通常为圆筒形，微波从微波源处经过管道进入炉膛后将产生相互抵消现象，导致热量散失，炉膛内温度无法达到预期需求。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种将微波加热应用在工业生产中的真空脱蜡烧结炉。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种真空脱蜡烧结炉，炉膛内采用微波加热烧结，炉膛包括外炉膛和内炉膛，炉膛壁上具有通入微波的馈口，内炉膛为具有奇数个柱面的多边形柱体结构，微波由微波发生器发出并途经环形器后进入炉膛。

进一步地，内炉膛上的馈口开设在内炉膛端面中轴线两侧的15°～165°范围内。

更进一步地，馈口分布在多边形柱体结构的两个柱面上，两个柱面上的馈口设置位置或馈口结构形态为非一一对应状态。

再更进一步地，馈口为矩形孔，馈口的矩形长边朝向存在两种状态，矩形长边朝向与内炉膛轴线平行的为水平馈口，矩形长边朝向与水平馈口垂直的为垂直馈口。

再进一步地，每个柱面上相邻馈口相互垂直。

还进一步地，不同柱面上对应位置设置的馈口呈相互垂直状态。

进一步地，内炉膛从外至内由不锈钢层和铜金属层复合而成。

进一步地，炉膛还包括设于内炉膛内的保温炉膛，保温炉膛外壁与内炉膛内壁贴合，保温炉膛采用耐1700℃及以上高温且能供微波透过而不损失微波功率的材料制成。

更进一步地，保温炉膛制作材料为高纯氧化铝或二氧化硅。

进一步地，外炉膛为中空的双层结构，中空部分用于盛放冷却水。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)颠覆传统碳管加热方式，充分利用微波的透射/辐射式加热特征，实现炉膛内物料里外同时加热，显著提升物料的温度均匀性，另外微波是一种选择性加热方式，可对硬质合金的连结相优先升温并熔融烧结，减少或避免了合金材料的重结晶，有效提高所烧结产品的硬度、抗折弯强度等性能；

2)将内炉膛由传统的圆柱形改进为奇数边的多边形柱体结构，微波从柱面馈口进入内炉膛后，相对于圆柱形炉膛来说，一方面微波在内炉膛内不会产生任何干扰抵消后果，可悉数发挥微波的加热效应，另一方面微波会在各柱面发生多次反射，可使微波作用更持久，内炉膛内物体受热时间更长；

3)每个柱面上相邻馈口朝向相互垂直，不同柱面上位置对应的馈口朝向也相互垂直，这些细微设计完全规避了微波在进入内炉膛后发生“波峰波谷”抵消之类的干涉，各路微波将各自充分发挥自身的加热作用；

4)内炉膛由不锈钢层和铜金属层组成，铜金属可有效降低微波损耗，不锈钢层则不会吸收微波，将起到优良的微波阻隔作用，防止微波往外炉膛传递，最大限度确保热量聚集在内炉膛以内。

5)将微波加热真正应用至工业生产上，大幅提升了生产效率，据统计，采用本申请的真空脱蜡烧结炉可将原需16小时的烧结时间缩短至4小时左右，节约至少3/4的烧结时间。

附图说明

图1为实施例1所述的真空脱蜡烧结炉的整体结构示意图；

图2为实施例1所述的外炉膛的结构示意图；

图3为实施例1所述的外炉膛的剖视图；

图4为实施例1所述的内炉膛的结构示意图；

图5为实施例1所述的保温炉膛的结构示意图；

图6为实施例1所述的炉膛的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

一种真空脱蜡烧结炉，如图1、图2、图4和图6所示，炉膛1内采用微波加热烧结，炉膛1由外之内依次包括外炉膛11、内炉膛12和保温炉膛13，其中外炉膛11呈圆柱形，内炉膛12为具有奇数个柱面的多边形柱体结构，炉膛壁上开设有通入微波的馈口2，微波由微波发生器3发出并途经环形器后由微波源组合4导入炉膛，环形器处在波导回路上海设有水负载，用于吸收反射回来的微波，环形器和水负载等部件均被一电器罩5覆盖与外界隔离。真空脱蜡烧结炉还按常规配置有真空机组6、脱蜡机组(未示出)和控制台7等部件。内炉膛由传统的圆柱形改进为奇数边的多边形柱体结构，微波从柱面馈口2进入内炉膛后，可在各柱面发生多次反射，微波作用更持久，炉膛内物料受热时间更长。

微波具有透射/辐射式加热特征，可使炉膛内物料里外同时加热，显著提升物料的温度均匀性，另外微波是一种选择性加热方式，可对硬质合金的连结相优先升温并熔融烧结，充分减少或避免合金材料的重结晶，有效提高所烧结产品的硬度、抗折弯强度等性能。

本实施例设有四台微波发生器3，微波频率为915±15MHz，炉膛1整体尺寸约为

常规实验用微波烧结炉的直径尺寸一般只有150mm，微波频率需达2450±50MHz，本真空脱蜡烧结炉一方面极大地扩大了炉膛规模，另一方面在能满足加热需要的前提下还显著降低了微波频率。

内炉膛12上的馈口2开设在内炉膛端面中轴线两侧的15°～165°范围内，外炉膛11和保温炉膛13上的馈口位置均依据内炉膛上的馈口位置确定，可根据实际情况需要选择是仅在中轴线一侧开馈口还是两侧都开设馈口。

具体地，本实施例内炉膛的馈口2分布在多边形柱体结构的两个柱面上，此外，为便于微波源组合4的布置和安装，一般地，馈口需分布在多边形柱体结构的两个不相邻柱面上，原则上为节省微波源组合的制作和传导成本，馈口即开设在距离地面最近的两个柱面上，见图4所示，馈口2为矩形孔，两个柱面上的馈口设置位置或馈口结构形态为非一一对应状态，即要么两个柱面上的馈口位置不是对应设置的(对应设置的意思是两个馈口的中心连线平行于内炉膛端面)，要么两个柱面上的馈口位置对应，但相对应的两个馈口结构形态不能相同(以避免导入的微波相互产生抵消后果)，矩形孔朝向在满足上述原则的基础上可随意确定。本实施例中馈口的矩形长边朝向存在两种状态，矩形长边朝向与内炉膛轴线平行的为水平馈口21，矩形长边朝向与水平馈口垂直的为垂直馈口22，仅规定设置水平馈口和垂直馈口，一来方便内炉膛加工，一来也提升了内炉膛的整体美观感。

内炉膛12一个柱面上设置的馈口2可以为多个，且同一柱面上相邻的馈口2优选呈相互垂直状态，确保一个振幅在竖直方向，一个振幅在水平方向，避免发生相互干扰，而不同柱面上对应位置设置的馈口也呈相互垂直状态，如此可确保从各自微波源组合导入的微波振幅方向不同，微波在相遇时不会产生“波峰波谷”抵消之类的干涉风险，最终使炉膛内微波加热得以顺利进行。

内炉膛同一柱面上的馈口2沿炉膛长度方向布置，且相邻馈口之间具有一定间距，以使微波能均匀分散至炉膛的整个长度方向，此外，多个馈口的中心点连成的直线宜与内炉膛轴线平行，如此可使通孔布设规整，杜绝散乱现象。

为有效降低微波损耗，内炉膛12从外至内由不锈钢层和铜金属层复合而成，铜金属可选用黄铜、紫铜或铜合金等，铜金属可有效降低微波损耗，不锈钢层则不会吸收微波，将起到优良的微波阻隔作用，防止微波往外炉膛传递，最大限度确保热量聚集在内炉膛以内。

内炉膛壁上遍布有多个便于脱蜡的通孔122，通孔直径需满足不漏微波，该直径设为5mm即可，该通孔还可供高温烟气、蒸汽和粉尘脱出。

保温炉膛13外壁与内炉膛12内壁贴合，如图5所示，保温炉膛13内腔一般设计为长方体内腔，便于物料进出。保温炉膛是直接承载物料加热的炉膛，其采用耐1700℃及以上高温且能供微波透过而又不能损失微波功率的高强耐火砖砌成，本实施例的耐火砖制作主材选用高纯氧化铝或二氧化硅，该主材的含量大于97％，耐火砖之间通过耐高温粘结剂粘结固定，当然，顶部的耐火砖、底部的耐火砖需分别通过榫接的形式与中间作支撑用的耐火砖连接。

如图2和图3所示，外炉膛11为中空的双层结构，中空部分用于盛放流动的冷却水来冷却炉膛，保证炉膛能在高温条件下持续工作，双层结构的外层上设有冷却水进水孔和出水孔来实现冷却水的流通，中空部分在中段处还设有一圈对双层结构起支撑作用的透水环111，透水环上布设孔洞供冷却水通过。外炉膛底部安装有一块平整的支撑板112用于支撑内炉膛12，内炉膛12的两端面分别设置有一块端板121，内炉膛12通过端板121来与外炉膛11相接，而外炉膛11内壁在内炉膛长度方向两端处则设置了一圈限位隔板113，限位隔板113与内炉膛端板121贴合固定，防止内炉膛发生窜动，限位隔板可以是一整圈设计，也可以是多块分散设计。内炉膛的端板中心开设的投料孔与保温炉膛的长方体内腔大小适配。

本实施例的真空脱蜡烧结炉真正将微波加热应用至工业生产上，在扩大产能规模的基础上还大幅提升了生产效率，据相关统计，原采用鼠笼式烧结炉需16小时的烧结时间，采用本真空脱蜡烧结炉可缩短至4小时左右，节约至少3/4的时间成本，可为企业带来显著的经济效益。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空脱蜡烧结炉，其特征在于，炉膛内采用微波加热烧结，炉膛包括外炉膛和内炉膛，炉膛壁上具有通入微波的馈口，内炉膛为具有奇数个柱面的多边形柱体结构，微波由微波发生器发出并途经环形器后进入炉膛。

2.根据权利要求1所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，内炉膛上的馈口开设在内炉膛端面中轴线两侧的15°～165°范围内。

3.根据权利要求2所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，馈口分布在多边形柱体结构的两个柱面上，两个柱面上的馈口设置位置或馈口结构形态为非一一对应状态。

4.根据权利要求3所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，馈口为矩形孔，馈口的矩形长边朝向存在两种状态，矩形长边朝向与内炉膛轴线平行的为水平馈口，矩形长边朝向与水平馈口垂直的为垂直馈口。

5.根据权利要求4所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，每个柱面上相邻馈口相互垂直。

6.根据权利要求4或5所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，不同柱面上对应位置设置的馈口呈相互垂直状态。

7.根据权利要求1所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，内炉膛从外至内由不锈钢层和铜金属层复合而成。

8.根据权利要求1所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，炉膛还包括设于内炉膛内的保温炉膛，保温炉膛外壁与内炉膛内壁贴合，保温炉膛采用耐1700℃及以上高温且能供微波透过而不损失微波功率的材料制成。

9.根据权利要求8所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，保温炉膛制作材料为高纯氧化铝或二氧化硅。

10.根据权利要求1所述的真空脱蜡烧结炉，其特征在于，外炉膛为中空的双层结构，中空部分用于盛放冷却水。

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