CN203443321U - 一种高真空烧结炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种高真空烧结炉，含炉体、炉门、机组系统、真空系统、充气放气系统、气动装置、加热及保温装置、冷却系统及控制柜，炉体为双层壁水套卧式圆筒结构，炉门枢接在其一端，炉门含外层保温层和内层钼带加热层；炉体上有若干热电偶、放气阀和充气阀，充气放气系统通过放气阀和充气阀与炉体内腔连通；控制柜上有触摸屏和CPU的控制机，热电偶与CPU输入端连接；真空系统包括通过管接头和阀门与炉体内腔连通的至少3级真空泵，真空泵总抽气量比炉体内腔气量至少大一倍、真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度要求超过一个数量级；冷却系统含通过换热器与双层壁水套连的水输送装置及配套风机。本实用新型用于稀土永磁铁烧结,省时省电高。

Description

一种高真空烧结炉

    技术领域

    本实用新型属于真空烧结炉技术领域，具体涉及一种用于稀土永磁铁烧结的高真空烧结炉。

    背景技术

    现有技术的真空烧结炉在真空泵的选用上都按常规的选择方法，其真空泵配置一般选用单级，顶多为两级，而且其选用的真空泵的极限真空度仅高于真空设备要求的真空度半个数量级，最多也不到一个数量级。通过检索得知，现有的有关烧结炉的专利未能涉及如何恰当选用真空泵抽气量和不同类型真空泵的搭配,忽略了其对于节能省时和提高工效的巨大意义，这种传统的“半个至一个数量级”的选用原则，将本行业的技术人员引入误区。

    例如中国专利号201220279397.9,名称为“真空烧结炉”的实用新型专利，公开了一种真空烧结炉，包括炉架、的炉体、真空泵，所述的炉体内设置有发热体，所述的发热体与炉体之间隔有保温层，所述的炉体上设置有通气孔并与真空泵相通，所述的炉体上还设置有控制所述的通气孔开启或闭合的液压油缸。该专利未涉及如何恰当选用真空泵抽气量，从其说明书附图可以看出，其仅仅选用一台真空泵。 

    又如中国专利号201110254857.2,名称为“一种立式真空烧结炉”的发明专利，公开了一种立式真空烧结炉,其包括炉体、炉架、炉盖、升降机构、真空系统、冷却系统、以及电控系统,其中的升降机构包括多根丝杆、定位件,定位件沿着丝杆长度方向上下运动,立式真空烧结炉还包括多根撑杆,撑杆具有第一工作状态和第二工作状态,当处于第一工作状态时,撑杆撑设在炉盖口部的凸缘处,支撑着炉盖且炉盖与炉体脱离状态;当处于第二状态时,丝杆带动定位件向上运动,撑杆脱离炉盖口部的凸缘处,定位件抵触在炉盖底部的托盘上,从而将炉盖升降或密封在炉体上。该专利对于炉体的炉盖传动作了研究和设计，而对于真空泵抽气量和类型搭配同样未能给与关注。

    事实上，对于用于烧结炉的真空泵的额定抽气量、工作点、以及不同时段不同工况下的不同类型真空泵的性能互补配置都是值得深入探讨的。

    发明内容

    本实用新型需要解决的技术问题是，克服现有技术的真空烧结炉在选用真空泵上存在的抽气量裕量匮乏和不同类型真空泵配搭失衡，以致实际应用中费时费电效率低浪费大的缺陷，提供一种真空泵裕量充足、高效省电的真空泵配置方案。

    本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：一种高真空烧结炉，包括炉体、炉门、机组系统、真空系统、充气放气系统、气动装置、加热及保温装置、冷却系统及控制柜，炉体为设置有双层壁水套的卧式圆筒结构，炉门枢接在圆筒结构的一端，炉门包括位于外层的保温层和位于内层的钼带加热层，炉门的内层为凸台形状的结构；炉体上分布有若干个热电偶、一个放气阀和一个充气阀，充气放气系统通过放气阀和充气阀与炉体的内腔连通；控制柜上设有触摸屏和以CPU为核心的控制机，热电偶分别与CPU的输入端连接；真空系统包括通过管接头和阀门与炉体的内腔连通的至少3级真空泵，而且真空泵的总抽气量比炉体内腔气量至少大一倍以及真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度的要求超过一个数量级，真空泵的类型包括扩散泵和机械真空泵；放气阀、充气阀及炉门的动作由气动装置控制；冷却系统包括通过换热器与双层壁水套连接的冷却水输送装置以及与换热器配套的冷却风机。

    卧式圆筒结构的炉体便于横向装入和取出工件以及通过双层壁水套输送冷却水使冷却均匀，若干个热电偶监测不同部位的温度通过控制机自动控制加温；充放气系统在一定的工艺时段对炉体内腔充氩气保护工件；真空系统对炉体内腔抽真空，这是稀土永磁铁烧结的必要条件；冷却系统针对炉体由于在稀土永磁铁烧结中的外传热量而升温进行传导冷却；作为关键点，本实用新型选用至少3级真空泵，而且真空泵的总抽气量比炉体内腔的气量至少大一倍，以及真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度的要求超过一个数量级，其有益效果说明如下：打个比方，假如把对炉体内腔抽真空视为一场战争,则抽光炉体内腔的空气可以比作全歼敌人,外部气体向炉体内腔泄漏可比作敌之援兵,借用十大军事原则所说的“每战集中绝对优势兵力(两倍、三倍、四倍、有时甚至是五倍或六倍于敌之兵力),四面包围敌人,力求全歼,不使漏网。…力求避免打那种得不偿失的、或得失相当的消耗战”的理论，采用至少3级不同类型的真空泵，包括针对烧结工艺不同阶段的粗抽真空、抽中真空、抽高真空，以及气镇阶段，通过控制机自动地有针对性地启动不同类型的或全部的真空泵，这可比拟为大兵团多兵种协同作战；因为在抽气的同时由于炉体内腔的内外压差在不断地扩大，显然向炉体内腔泄漏的速度也会随着压差的增大而不断地增加，现有技术由于所选用的真空泵抽气量一般裕量甚小以及配置的类型不甚恰当，使得抽气时间成倍或数倍地迁延，致使泄漏的总量大增，成为名副其实的“得失相当的消耗战”，相比于现有技术，本实用新型利用“集中力量打歼灭战”的原则，可以达到速战速决，快速抽光壳体内腔的空气，其直接意义在于大幅度减少泄漏的总量，大幅度节省时间，因之也可大量节省电力，所述各种优点已被发明人通过实践检验所证实,相关实验数据可参见本实用新型实施例1所述。

    作为优选，真空系统包括与炉体的内腔连通且相互为并联关系连接的主阀和粗抽阀，主阀的出口端连接扩散泵，粗抽阀出口端的一个支路通过前级阀与扩散泵的输出端连接，粗抽阀出口端的另一个支路与机械真空泵连接。

作为优选，真空泵设有4-5级，包括一级扩散泵和3-4级机械真空泵，其中的扩散泵为油扩散泵，机械真空泵包括由若干台串联的罗茨泵所组成的罗茨泵组和若干台并联的机械泵所组成的机械泵组，罗茨泵组与机械泵组串联连接。罗茨泵组尤其适用于抽中真空阶段，油扩散泵主要用于抽高真空，机械泵组重点在于各阶段抽真空，多台并联特别体现强力抽气的意义。

作为优选，真空泵包括1台油扩散泵、2台罗茨泵及至少2台机械泵，罗茨泵组的输入和输出端并联有旁路阀。

    作为优选，机械泵组由2-5台规格和性能都相同的滑阀机械泵并联组成。

    作为优选，罗茨泵组由抽气量不同的2台罗茨泵串联组成。

    作为优选，换热器由一台大换热器和一台容量相对较小的小换热器串联组成。

    作为优选，充气放气系统包括由GZ-25隔膜阀、GE-10隔膜网和气缸阀依次串联并通过充气高压管与氩气瓶连接构成的充气装置，充气装置连接有充气压力表。

    作为优选，炉体上分布有3个热电偶，其中一个布设在炉体上侧，另一个布设在炉体的下侧，还有一个布设在炉体上与炉门相对的另一端。

    本实用新型的有益效果是：

    1、选用真空泵时备有充足抽气量裕量，配备抽气量具有绝对优势的真空泵，省时省电效率高；

    2、不同类型真空泵配搭，针对初抽真空、抽中真空、抽高真空各阶段和烧结不同阶段有机配合自动程序控制，恰到好处和避免浪费；

    3、在罗茨泵组的输入和输出端并联有旁路阀，可在粗抽真空阶段将罗茨泵组短接；

    4、大换热器和小换热器搭配，按需启动，不仅具有节约的意义，也具有满足不同工艺阶段所要求的最佳工况温度精准调节之所需；

5、机械泵组由2-5台滑阀机械泵并联组成，可选开或全开，机动灵活，强力抽气；

    6、本实用新型性能稳定，运行成本低，可实现安全生产，能有效提高炉内气压场分布及温度场分布的均匀性，实测产品合格率达到98%以上，具有极高的节能意义，本企业试运行一年为企业节约成本达百万以上的经济效益。

    附图说明

    图1是本实用新型一种实施例的结构原理示意图；

图2是本实用新型一种真空泵配置连接示意图；

图3是包括风冷和水冷的冷却系统与炉体连接示意图；

图4是控制柜及扩散泵与炉体连接示意图。

    图中，炉体1；旁路阀10；炉门11；放气阀12；充气阀13；氩气瓶14；控制柜2；扩散泵3；大换热器4；小换热器41；回水箱42；冷却风机5；主阀6；粗抽阀7；前级阀8；大罗茨泵91；小罗茨泵92；滑阀真空泵93。

   具体实施方式

   下面结合附图和具体实施方案对本实用新型作进一步描述。

   实施例1：如图1所示，一种高真空烧结炉，包括炉体1、炉门11、机组系统、真空系统、充气放气系统、气动装置、加热及保温装置、冷却系统及控制柜，炉体1为设置有双层壁水套的卧式圆筒结构，炉门11枢接在圆筒结构的一端，炉门11包括位于外层的保温层和位于内层的钼带加热层，保温层用硅酸铝石棉材料；炉门11的内层为凸台形状的结构，凸台周边设有与炉体配合连接的齿圈；炉体1上分布有3个热电偶，其中一个布设在炉体1上侧，另一个布设在炉体1的下侧，还有一个布设在炉体1上与炉门11相对的另一端，热电偶由具有二根铂铑铂偶丝组成，炉体1上还设有一个放气阀12和一个充气阀13，充气放气系统通过放气阀12和充气阀13与炉体1的内腔连通；控制柜2上设有触摸屏和以CPU为核心的控制机，热电偶分别与CPU的输入端连接；真空系统包括通过管接头和阀门与炉体1的内腔连通的至少3级真空泵，真空泵的总抽气量比炉体内腔气量大1.5倍，真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度的要求2个数量级，真空泵的类型包括扩散泵3和机械真空泵；放气阀12、充气阀13及炉门11的动作由气动装置控制；冷却系统包括通过换热器4与双层壁水套连接的冷却水输送装置以及与换热器4配套的冷却风机5。

    真空系统包括与炉体1的内腔连通且相互为并联关系连接的主阀6和粗抽阀7，主阀6的出口端连接扩散泵3，粗抽阀7出口端的一个支路通过前级阀8与扩散泵3的输出端连接，粗抽阀7出口端的另一个支路与机械真空泵连接。

    真空泵设有4级，包括1级扩散泵3、2级抽气量不同的罗茨泵相串联，以及1级机械泵，其中的扩散泵为油扩散泵，型号KT-600，8-9KW/台；2台型号分别为EJ-1200P的大罗茨泵91和EJ-300的小罗茨泵92组成罗茨泵组， 2台相同的机械泵并联组成机械泵组，罗茨泵组与机械泵组串联连接，罗茨泵组的输入端和输出端并联有旁路阀10。机械泵的具体型号为2H-70B滑阀真空泵93，双级结构，单台抽速 70升/秒，极限压力：5×10^-2 Pa，电机额定功率7.5千瓦/台，如图2所示。

罗茨泵组尤其适用于抽中真空阶段，油扩散泵主要用于抽高真空，机械泵组用于各阶段抽真空，多台并联体现各类泵的优势，特别体现强力抽气的意义。抽低真空不用通过罗茨泵，因其中间有八字型转子，转子与泵腔的间隙只有0.15mm。抽高真空时可以把2H-70B泵关闭一台，EJ-300和EJ-1200P罗茨泵不用开。通过它把炉内的一般性气体或含有少量可凝性蒸汽气体抽出。  

换热器由一台大换热器4和一台容量相对较小的小换热器41串联组成，换热器配有回水箱42，如图3所示。

    充气放气系统包括由GZ-25隔膜阀、GE-10隔膜网和气缸阀依次串联并通过充气高压管与氩气瓶14连接构成的充气装置，充气装置连接有充气压力表，如图4所示。

    烧结炉操作工艺过程如下：

1.通过气动装置打开炉门11，把产品装在置于料车上的料盘上，料车推入炉体1内，关炉门。

2.启动机械泵2H-70B，当管道阀灯亮时，过1分钟后开粗抽阀7，进行抽真空，程序延时5分钟，起动大罗茨泵91和小罗茨泵92，进行抽中真空；相对应的是编导烧结工艺曲线，包括A^#B^#C^#F^#曲线，这一部份工作由工艺员预先已经输入完成，操作A^#B^#C^#F^#的第一条曲线是烧结，第三条曲线是900℃回火，第二条曲线是540℃回火，B^#C^#那条曲线接一下数码开关就行了；在A^#C^#烧结那曲线打开触摸屏后，接编辑曲线键，按程序步骤设定几段，再按确认键和按调用曲线键，修改曲线号，在按调入屏内确认键，再按曲线输入名为MR13的确认键，再按主画面反面主画面上，观察输入程序对不对。

3.烧结炉工艺，：抽真空到9.0E1-1pa，开始加热，此时不开扩散泵；加热到300℃时保温20分种，打开气镇阀进行气镇20分钟，而后关气镇阀并经过大约5分钟，打开放油阀，把沉静在油下面的水进行排放，当温度在580℃∽880℃之间，真空度要是降的较快，较低。约5.0E1∽8.0E1pa时必须要打保持，真空度再继续升温。当880℃∽900℃之间，必须开主阀，当真空度达到5.0E-2pa时方可继续升温，当1090℃保温结束前20分钟测一下压升率完成后关加热，自然降温到860℃以下时，开扩散泵3、开旁通阀10、停罗茨泵组继续加热到900℃，当900℃结束进行冷却。要提前15分钟充气,注意充氩气时，瓶压力必须要留有1mpa压力，剩余的氩气等540℃回火时再用。注意操作工每炉都要经常检查充气管路不能有漏气，检查时可以用洗衣粉水，确认管路不漏气，把氩气瓶14打开充压后再关上，观察压力表指针会不会往低端掉；当温度降到80℃以下时，不抽真空保氩气压力，继续加热至540℃保温，然后由540℃冷却到70℃以下出炉。 

4.产品出炉，开机械泵，开粗抽阀，开炉门齿圈，当炉门齿圈开，关粗抽阀，开放气阀或放气隔膜阀。当产品出炉后，关炉门，进行抽低真空保护，抽到压力表—0.1pa就行,要是烧结炉长时间不用,必须开罗茨泵真空计，抽到2.0E0pa就行了,最后按钮全部关上，整个程序结束。

现有技术的真空烧结炉还存在一点不足，其往往采用较小炉腔结构，因之单次载量少，平均耗电量大，本实用新型采用较大炉腔结构和配置高强抽气装置，抽速上单炉比原有设备缩短了大约2小时，高真空烧结炉原装载量为550kg，现在装载量为800kg；

在耗电量上，原真空烧结炉各用电器每炉为145kW +9kW +15kW +11kW =180kW, 合计 11115kW.h；

现在高真空烧结炉每炉合计为145kW +9kW +7.5kW  =161.5kW, 合计7579.2kW.h,回火145kW+7.5kW=152.5kW, 合计2260.05kW.h,共计7579.2kW.h+2260.05kW.h=9839.25kW.h。

原有每炉生产所用电为11115kW.h，现有每炉生产可节约的电为1275.75kW.h，一年节电1275.75kW.h×300 =382725kW.h，折合电费382725×2.47元=945330.75元,一年总共节约电费945330.75元。

实施例2：真空泵的总抽气量比炉体内腔的气量大2倍，真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度的要求高2个数量级，其余结构同实施例1。

实施例3：2H-70B机械泵并联设有3台，其余结构同实施例1。

    本实用新型适用于稀土永磁铁烧结的高真空烧结炉，具有真空泵储备有充足抽气量裕量，不同类型真空泵科学配搭并自动程序控制，省时省电效率高的优点，本领域的技术人员如果对上述发明内容作简单的修改或替换，这样的改变不能认为是脱离本实用新型的范围，所有这样对所属领域的技术人员显而易见的修改将包括在本实用新型的权利要求的范围之内。 

Claims (9)

1.一种高真空烧结炉，包括炉体、炉门、机组系统、真空系统、充气放气系统、气动装置、加热及保温装置、冷却系统及控制柜，其特征是，炉体为设置有双层壁水套的卧式圆筒结构，炉门枢接在圆筒结构的一端，炉门包括位于外层的保温层和位于内层的钼带加热层，炉门的内层为凸台形状的结构；炉体上分布有若干个热电偶、一个放气阀和一个充气阀，充气放气系统通过放气阀和充气阀与炉体的内腔连通；控制柜上设有触摸屏和以CPU为核心的控制机，热电偶分别与CPU的输入端连接；真空系统包括通过管接头和阀门与炉体的内腔连通的至少3级真空泵，而且真空泵的总抽气量比炉体内腔气量至少大一倍以及真空泵极限真空度高于炉体内腔真空度的要求超过一个数量级，真空泵的类型包括扩散泵和机械真空泵；放气阀、充气阀及炉门的动作由气动装置控制；冷却系统包括通过换热器与双层壁水套连接的冷却水输送装置以及与换热器配套的冷却风机。

2.根据权利要求1所述的一种高真空烧结炉，其特征是，真空系统包括与炉体的内腔连通且相互为并联关系连接的主阀和粗抽阀，主阀的出口端连接扩散泵，粗抽阀出口端的一个支路通过前级阀与扩散泵的输出端连接，粗抽阀出口端的另一个支路与机械真空泵连接。

3.根据权利要求2所述的一种高真空烧结炉，其特征是，真空泵设有4-5级，包括一级扩散泵和3-4级机械真空泵，其中的扩散泵为油扩散泵，机械真空泵包括由若干台串联的罗茨泵所组成的罗茨泵组和若干台并联的机械泵所组成的机械泵组，罗茨泵组与机械泵组串联连接。

4.根据权利要求3所述的一种高真空烧结炉，其特征是，真空泵包括1台油扩散泵、2台罗茨泵及至少2台机械泵，罗茨泵组的输入和输出端并联有旁路阀。

5.根据权利要求3所述的一种高真空烧结炉，其特征是，机械泵组由2-5台规格和性能都相同的滑阀机械泵并联组成。

6.根据权利要求4或5所述的一种高真空烧结炉，其特征是，罗茨泵组由抽气量不同的2台罗茨泵串联组成。

7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种高真空烧结炉，其特征是，换热器由一台大换热器和一台容量相对较小的小换热器串联组成。

8.根据权利要求7所述的一种高真空烧结炉，其特征是，充气放气系统包括由GZ-25隔膜阀、GE-10隔膜网和气缸阀依次串联并通过充气高压管与氩气瓶连接构成的充气装置，充气装置连接有充气压力表。

9.根据权利要求8所述的一种高真空烧结炉，其特征是，炉体上分布有3个热电偶，其中一个布设在炉体上侧，另一个布设在炉体的下侧，还有一个布设在炉体上与炉门相对的另一端。

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