CN114178529A - 一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法 - Google Patents

一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硬质合金脱脂炉，包括炉体和控制器，炉体上连有氢气输入管、氮气输入管、排气管、安全阀和压力传感器，氢气输入管、氮气输入管和排气管上均设有阀门，所有阀门和安全阀均由控制器控制开闭，压力传感器与控制器连接。脱蜡方法，包括以下步骤：按常规方法从室温开始升温到600摄氏度；当温度到达600摄氏度后通过氮气输入管开始向炉体内充入氮气，使炉体内氮气和氢气比例为1:3，然后继续通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度120分钟从600摄氏度均匀升到800摄氏度；保持通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度在800摄氏度时保持60分钟；随炉冷却到室温。避免或者减少W2C与钴生成脆性的第三相，提高硬质合金的强度。

Description

一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法。
背景技术
脱脂炉作为硬质合金生产的主要设备，主要用途是在硬质合金烧结前将压坯中的成形剂(石蜡、橡胶等)进行脱除，防止成形剂污染烧结炉的一种设备。由于氢气具有传热效率高、传热均匀等特性，脱脂炉一般以氢气作为载气与保护气体，400℃-600℃的温度区间将压坯中的石蜡或橡胶气化并带出炉体内，完成脱脂的过程。
由于作为硬质合金中的石蜡脱除以后，合金粉末将没有粘结剂的粘接作用，硬质合金毛坯强度会大大下降，在后续的操作过程中非常容易造成掉边角、裂纹等损坏。因此通常需要在脱脂炉中将炉温加热到800-900℃，合金粉末产生固相烧结过程以便增强硬质合金毛坯的强度。
硬质合金由碳化钨与钴等几种成分组成，当温度超过600℃以后，硬质合金中的碳化钨将会与氢气发生可逆反应：2WC+2H2----W2C+CH4，随着温度升高反应会随之右移，生成的W2C将会与钴生成脆性的第三相影响硬质合金的强度。传统硬质合金生产中为了保证以上反应造成的危害，在配料的过程中往往要加入部分炭黑来补充损失的碳元素。补充的炭黑很难在合金粉末种分散均匀，造成产品中各部位的成分不同影响产品质量。
另外在脱脂过程结束后，脱脂炉将进入降温过程，为避免氢气的不安全因素与氢气对脱脂完成后的毛坯脱碳危害并加快降温速度，脱脂炉将使用氮气置换炉中的氢气，置换完成后关闭炉体的阀门，打开冷风机进行快速降温。
降温过程中由于气体的收缩，脱脂炉将形成负压状态。根据计算当炉体内温度由800℃降至出炉温度50℃时，炉体内绝对气压由110000帕斯卡降至30000帕斯卡。强大的负压将会造成炉壳的变形甚至开裂等危害，同时炉体内负压状态将不可避免的造成外界氧气进入到炉体内造成物料的氧化影响产品质量稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法，能够有效解决在脱蜡过程中持续通入氢气造成硬质合金强度下降的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种硬质合金脱脂炉，包括炉体和控制器，所述炉体上连有氢气输入管、氮气输入管、排气管、安全阀和压力传感器，所述氢气输入管、氮气输入管和排气管上均设有阀门，所有阀门和安全阀均由控制器控制开闭，所述压力传感器与控制器连接。
采用上述硬质合金脱脂炉的脱蜡方法，包括以下步骤：从室温开始升温到600摄氏度，并且通过氢气输入管不断向炉体内充入氢气保持炉体内正压；当温度到达600摄氏度后通过氮气输入管开始向炉体内充入氮气，使炉体内氮气和氢气比例为1:3，然后继续通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度120分钟从600摄氏度均匀升到800摄氏度；保持通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度在800摄氏度时保持60分钟；随炉冷却到室温。
优选的，炉体内温度在800摄氏度时保持60分钟后，关闭氢气输入管上的阀门，保持氮气持续通入，并且保持排气管上的阀门打开，利用氮气置换炉体内的氢气；等氢气全部置换完成后，关闭排气管上的阀门，通过补氮气保持炉体内压力10kPa～20kPa之间，冷却到室温。在冷却过程中持续通入氮气，防止硬质合金再继续脱碳，提升硬质合金的品质。
优选的，在炉体内从800摄氏度冷却到室温的过程中，当炉体内压力低于10kPa时，打开氮气输入管上的阀门，对炉体内进行补压；当炉体内压力高于20kPa时，关闭氮气输入管上的阀门；如果炉体内压力低于5kPa或者高于30kPa时，控制器将发出告警信息；如果炉体内压力高于50kPa时，安全阀将开启进行卸压。利用压力传感器，控制炉体内降温时候的压力，确保炉体内压力正常。
优选的，从室温开始到升温结束，氢气往炉体内通入的速率保持在1.2～2.0m3/h。能够始终保持炉体内氢气的浓度，获得更好的脱蜡效果。
优选的，炉体内从室温到140摄氏度匀速升温，升温时间60分钟；从140摄氏度到300摄氏度匀速升温，升温时间120分钟；在300摄氏度保温180分钟；从300摄氏度到400摄氏度匀速升温，升温时间180分钟；从400摄氏度到450摄氏度匀速升温，升温时间120分钟；从450摄氏度到600摄氏度匀速升温，升温时间120分钟。
与现有技术相比，本发明的优点是：通过压力传感器，监测炉体内的压力，当压力超过设定值时，利用控制器控制各个阀门开闭，调节炉体内的压力，使炉体内压力始终处于设定范围，从而无需人工介入，始终保持炉体内压力处于最佳值。另外本发明还公开了脱蜡方法，相较于传统脱蜡方法，在炉体内温度超过600摄氏度后，通入氮气，使炉体内氮气和氢气比例达到1:3，利用氮气置换部分氢气，由于氮气的存在降低了反应2WC+2H2----W2C+CH4中氢气的平衡压，避免了800℃内反应向右进行，从而避免或者减少W2C与钴生成脆性的第三相，从而提高硬质合金的强度。
附图说明
图1为本发明一种硬质合金脱脂炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参阅图1为本发明一种硬质合金脱脂炉及脱脂方法的实施例，一种硬质合金脱脂炉，包括炉体1和控制器，所述炉体1上连有氢气输入管2、氮气输入管3、排气管4、安全阀6和压力传感器7，所述氢气输入管2、氮气输入管3和排气管4上均设有阀门5，阀门5可以采用电磁阀，以便于控制器控制器开闭，所有阀门5和安全阀6均由控制器控制开闭，所述压力传感器7与控制器连接。
采用上述硬质合金脱脂炉的脱蜡方法，包括以下步骤：
S1、向炉体1内充入氢气，将路体内空气排空，炉体1内从室温均速升温到140摄氏度，升温时间60分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S2、炉体1内温度从140摄氏度匀速升高到300摄氏度，升温时间120分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S3、炉体1内温度保持300摄氏度180分钟，压力不变；
S4、炉体1内温度从300摄氏度匀速升高到400摄氏度，升温时间180分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S5、炉体1内温度从400摄氏度匀速升高到450摄氏度，升温时间120分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S6、炉体1内温度从450摄氏度匀速升高到600摄氏度，升温时间120分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S7、向炉体1内充入氮气，使炉体1内氮气与氢气比例达到1:3，然后继续通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体1内温度从600摄氏度匀速升高到800摄氏度，升温时间120分钟，保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间；
S8、炉体1内温度保持800摄氏度60分钟，压力不变；
S9、关闭氢气输入管2上的阀门5，保持氮气持续通入，并且保持排气管4上的阀门5打开，利用氮气置换炉体1内的氢气；等氢气全部置换完成后，关闭排气管4上的阀门5，通过补氮气保持炉体1内压力10kPa～20kPa之间，冷却到室温。
在上述过程中，需要通入氢气时，氢气往炉体1内通入的速率保持在1.2～2.0m3/h，最好通入氢气速率为1.5m3/h，能够始终保持炉体1内氢气的浓度，获得更好的脱蜡效果。
由于炉体1上安装有压力传感器7，在炉体1内从800摄氏度冷却到室温的过程中，当炉体1内压力低于10kPa时，打开氮气输入管3上的阀门5，对炉体1内进行补压；当炉体1内压力高于20kPa时，关闭氮气输入管3上的阀门5；如果炉体1内压力低于5kPa或者高于30kPa时，控制器将发出告警信息；如果炉体1内压力高于50kPa时，安全阀6将开启进行卸压。从而避免降温过程中由于关闭了排气管4上的阀门5，补氮气后造成炉内压力变化超过设定值，而引起炉体1损坏，也可以避免炉体1因意外损坏而造成炉体1内压力过低影响产品品质。
通过压力传感器7，监测炉体1内的压力，当压力超过设定值时，利用控制器控制各个阀门5开闭，调节炉体1内的压力，使炉体1内压力始终处于设定范围，从而无需人工介入，始终保持炉体1内压力处于最佳值。另外本发明还公开了脱蜡方法，相较于传统脱蜡方法，在炉体1内温度超过600摄氏度后，通入氮气，使炉体1内氮气和氢气比例达到1:3，利用氮气置换部分氢气，由于氮气的存在降低了反应2WC+2H2----W2C+CH4中氢气的平衡压，避免了800℃内反应向右进行，从而避免或者减少W2C与钴生成脆性的第三相，从而提高硬质合金的强度。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种硬质合金脱脂炉，其特征在于：包括炉体和控制器，所述炉体上连有氢气输入管、氮气输入管、排气管、安全阀和压力传感器，所述氢气输入管、氮气输入管和排气管上均设有阀门，所有阀门和安全阀均由控制器控制开闭，所述压力传感器与控制器连接。
2.采用权利要求1所述硬质合金脱蜡炉的脱蜡方法，其特征在于：包括以下步骤：从室温开始升温到600摄氏度，并且通过氢气输入管不断向炉体内充入氢气保持炉体内正压；当温度到达600摄氏度后通过氮气输入管开始向炉体内充入氮气，使炉体内氮气和氢气比例为1:3，然后继续通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度120分钟从600摄氏度均匀升到800摄氏度；保持通入氮气和氢气并保持氮气和氢气比例，炉体内温度在800摄氏度时保持60分钟；随炉冷却到室温。
3.如权利要求2所述的硬质合金脱蜡方法，其特征在于：炉体内温度在800摄氏度时保持60分钟后，关闭氢气输入管上的阀门，保持氮气持续通入，并且保持排气管上的阀门打开，利用氮气置换炉体内的氢气；等氢气全部置换完成后，关闭排气管上的阀门，通过补氮气保持炉体内压力10kPa～20kPa之间，冷却到室温。
4.如权利要求3所述的硬质合金脱蜡方法，其特征在于：在炉体内从800摄氏度冷却到室温的过程中，当炉体内压力低于10kPa时，打开氮气输入管上的阀门，对炉体内进行补压；当炉体内压力高于20kPa时，关闭氮气输入管上的阀门；如果炉体内压力低于5kPa或者高于30kPa时，控制器将发出告警信息；如果炉体内压力高于50kPa时，安全阀将开启进行卸压。
5.如权利要求2所述的硬质合金脱蜡方法，其特征在于：从室温开始到升温结束，氢气往炉体内通入的速率保持在1.2～2.0m3/h。
6.如权利要求2所述的硬质合金脱蜡方法，其特征在于：炉体内从室温到140摄氏度匀速升温，升温时间60分钟；从140摄氏度到300摄氏度匀速升温，升温时间120分钟；在300摄氏度保温180分钟；从300摄氏度到400摄氏度匀速升温，升温时间180分钟；从400摄氏度到450摄氏度匀速升温，升温时间120分钟；从450摄氏度到600摄氏度匀速升温，升温时间120分钟。
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