CN2781304Y - 钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉 - Google Patents

Abstract

一种钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉，包括三室炉体、冷阱、真空系统、电器控制柜、电源变压器和液压站。三室炉体包括烧结室30、气淬室20和密封室10。烧结室30自壳体由外向内依次为保温层31、加热棒38、马弗胆37和料筐36。烧结室30上边设有热补偿波纹管32、上隔热屏39、热电偶41和排气管40。烧结室30下边为托盘盖25、下隔热屏33、料筐支腿34。上隔热屏39的气道连接到冷阱44的上部。烧结室30与马弗胆37形成夹层空间连接到冷阱44下部。气淬室20与烧结室30之间设有水平闸板阀23。气淬室20内设有气淬风机22，热交换器24、千斤顶21。密封室10与气淬室20之间设有垂直闸板阀15；密封室10设有手套口14和观察窗13。本实用新型全密封、低氧化、脱脂、节能、高效率。

Description

钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉

技术领域

本实用新型涉及真空热处理设备，尤其是一种为制造高性能的钕铁硼永磁体的专用钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉。

背景技术

现在随着电脑和手机小型化的迅猛发展，也直接地带动钕铁硼永磁体向小型化，高性能化方向发展，因为硬盘驱动器的VCM以及手机上的振动电机、微型扬声器等器件，都要求小型化高性能的钕铁硼永磁体来制造。制造高性能的钕铁硼永磁体必须采用低氧工艺，在低氧烧结工段，国外采用专门连续真空炉，其结构复杂，价格昂贵。国内长期以来多采用真空气淬炉，这种炉型属于内热式，它们原来专用于工具钢，模具钢的热处理和真空钎焊等，用作钕铁硼永磁体烧结炉，存在许多缺点。高性能钕铁硼永磁体制造工艺属于粉末冶金的低氧工艺，说它是粉末就区别于钢铁固体，说它低氧就区别于WC和陶瓷粉末冶金的工艺。高性能钕铁硼永磁体的工艺：合金铸片(SC)→制粉(HD+JM)→磁场成形→烧结。由于钕铁硼细的粉末在空气中遇氧马上燃烧，氧化对其性能有致命的影响，所以从头到尾需要低氧的工艺环境。烧结中高性能钕铁硼永磁体的工艺要求：

1.低氧化无污染(钕铁硼永磁压坯遇空气氧化发热甚至燃烧，气氛有氧下加热烧结时，气淬时出炉容易氧化)；

2.脱气，脱脂或脱油(钕铁硼永磁压坯中可能含有氢、氮、CO₂、水汽等，还有矿物油、硬脂酸、硬脂酸锌、甲苯、己烷、汽油等)；

3.在真空或氩气中烧结热处理；

4.氩气中淬火。

钕铁硼永磁体产业发展前期普遍采用真空气淬炉，因为它能基本满足上述第3、4条要求，对于低或中低性能的钕铁硼永磁体产品还能过得去，因为这些产品氧含量在4000-10000ppm，对于高性能的钕铁硼永磁体产品，其氧含量＜2000ppm，采用真空气淬炉的问题就完全暴露出来了。本来真空气淬炉是为工具钢，模具钢等的热处理和真空钎焊而设计的，它是很好的设备。把它用于钕铁硼永磁体的烧结炉，实际上是一个错位。问题出现在那里呢：

(a)不能脱气，脱脂。从炉体结构上看，为内热式，冷的炉壳向内包围了保温层，依次加热体，中央为产品。产品为钕铁硼粉末压坯，当处于低真空脱气，脱脂时废汽不能全部被抽走，相当部分被吸附或凝结在保温层冷面，炉壳以及气淬冷的风管上，当炉温和真空度都升高时，废汽也不能全部被抽走，因为保温层冷面，炉壳以及气淬冷的风管形成了高效的“冷阱”。事实证明当粉末压坯含油脂~5％时，极或升温总有部分油脂挥发，真空度也上不去，冷凝了的油脂从炉壳流出，致使炉子真空报废，这就是不能脱气，脱脂的原因。

(b)不能充氩烧结热处理。在高真空状态的炉体内，热量只能靠辐射方式传播，冷凝了的油脂废汽只有少部分被加热抽走，一旦炉体内充入氩气，氩气成了热对流的介质，高效的“冷阱”被加热，油脂废汽被蒸发，它们混入氩气中成了热对流的介质对产品产生污染。

(c)氩气中淬火产生污染。在产品完成烧结热处理需要淬火冷却，炉体内充人强劲冷的氩气流，如同(b)的原因一样，炉体和产品的热量使高效的“冷阱”被加热，油脂废汽被蒸发分解变成气体，它们混入氩气中成了冷却介质对产品产生污染。

(d)产品出炉时的氧化污染。当产品完成氩气淬火时，产品温度实际并非指示的70-80℃而可能是200-300℃，因为温度计位置远离产品，并不代表产品实际温度，短时间淬火冷却热交换不畅通，热惯性很大所致，这时炉内气压小于1atm为负压，炉门打不开，于是开阀门放入空气，从此产品在空气中冷却再次遭受污染直到室温。

(e)产品进炉时的氧化污染，钕铁硼粉末压坯因为也容易氧化(遇空气发热，时间长甚至燃烧)入炉前都有保护，当装坯入料筐，送筐入炉的环境都在空气包围中(炉门大开)，使钕铁硼粉末压坯遭受一定程度的氧化污染。

以上分析是多年来对真空气淬炉用于钕铁硼的总结。为了解决高性能的钕铁硼永磁体专用烧结炉，发明人以前设计了钕铁硼永磁材料多功能烧结炉(CN2567535Y ZL 02269247。9董中天，陈虞才)经过实施发现许多问题：马弗胆的热膨胀和裂纹，烧结室真空度低，冷阱效率低，密封室送料车和PC机控制问题等。本实用新型改进了上述问题成为新的有实用价值的实用新型专利。

发明内容

本实用新型的目的是针对高性能钕铁硼永磁体生产要采用低氧工艺，现在所用的真空气淬炉不能满足需要这一问题，提供一种全密封、低氧化、能充氩气、脱脂、气淬、节能、高效率的多功能三室烧结炉。

本实用新型所述的钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉包括三室炉体、冷阱、真空系统、电器控制柜、电源变压器和液压站。

三室炉体包括烧结室30、气淬室20和密封室10。气淬室20位于烧结室30下部。密封室10位于气淬室20的一侧。

烧结室30自壳体由外向内依次为保温层31、马弗胆37和料筐36。保温层31与马弗胆37之间设有石墨加热棒38。烧结室30上边设有热补偿波纹管32、上隔热屏39、测温热电偶41和顶部排气管40。测温热电偶41支持着上隔热屏39。烧结室30下边为可密封或打开的托盘盖25。托盘盖25的上侧设有下隔热屏33。托盘盖25上面设有四条料筐支腿34，料筐支腿34套有下隔热屏33，料筐支腿34支持着料筐垫板35，料筐垫板35上面放置料筐36。上隔热屏39的气道通过顶部排气管40再经过电动真空碟阀43连接到冷阱44的上部。冷阱44与由真空扩散泵4、真空罗茨泵、旋片泵机组5构成的真空装置相连。烧结室30与马弗胆37形成夹层空间，该空间通过夹层电动真空碟阀46连接到冷阱44下部，再与由真空扩散泵4、真空罗茨泵，旋片泵机组5构成的真空装置相连。烧结室30设有可以独立对夹层空间充氩气的夹层电动充氩气阀45。烧结室30还设有只向马弗胆37内充氩气的电动充氩气阀42。

气淬室20位于烧结室30的下面。气淬室20与烧结室30之间设有水平闸板阀23。气淬室20内设有气淬风机22，热交换器24。气淬室底部设有用以支持着可密封或打开的托盘盖25的多级千斤顶21。

密封室10在气淬室20的一侧，密封室10与气淬室20之间设有垂直闸板阀15；密封室10为六面体，其上设有橡皮手套密封室手套口14和密封室观察窗13。密封室10内底边装有将料筐36送入和气淬室20或将料筐36退回密封室10的送料车，送料车定位于多级千斤顶21托架上方。

本实用新型的真空系统、冷阱44、电器控制柜8、电源变压器7和液压站6可选用现有技术或按常规技术设计。

本实用新型的设计特点和操作过程如下：

本实用新型是针对在烧结中高性能钕铁硼永磁体的工艺要求，提出的设计方案。带有马弗胆的复合烧结室，形成热壁，彻底消除“冷阱”效应。发明的技术思想是把内热式和外热式真空炉的优点结合起来，而把缺点克服掉。本实用新型把马弗胆放在内热式真空炉中间，用它把烧结产品包围起来，加热器加热了马弗胆，马弗胆再加热烧结产品，马弗胆内外可以抽真空和充氩气，互不干扰成为复合结构。气淬室，由风机和热交换器形成内循环，水平真空闸板阀把气淬室和复合烧结室分开，当要气淬冷却时，将烧结产品从烧结室移动到下边气淬室，关上水平真空闸板阀门后，开动风机进行氩气淬火。由于气淬室是冷的，只冷却烧结产品和料筐，所以淬火效率高，潜伏在气淬室的废物也很少。密封室，它可以被抽成低真空，或充氩气，内有送料车，料筐，工具等，其功能上要保证钕铁硼粉末压坯入炉时和烧结产品出炉时在氩气中进行，使其不受氧化和污染，密封室和气淬室由垂直真空闸板阀相连接。密封室、气淬室和烧结室三室之间的连接呈L形，烧结工艺全过程可以实现低氧操作，入炉操作：密封室→气淬室→烧结室，钕铁硼粉末压坯进入密封室，密封室属于卧式结构，氩气中人工装料入料筐，打开垂直真空闸板阀，由料车将料筐送入气淬室，定位于多级千斤顶托架上方，氩气中关闭垂直真空闸板阀，打开水平真空闸板阀，启用液压多级千斤顶将料筐送入上部烧结室，当托架底盘与烧结室底部密封后就可以进行烧结操作。气淬室和烧结室处于L形垂直部分。

出炉操作：与入炉操作相反，完成烧结热处理后，产品料筐从烧结室→气淬室→密封室，都是在氩气中进行。

实用新型的有益效果：本实用新型三室多功能烧结炉实现了全密封，低氧化的结果，具有：真空，充氩，脱脂，气淬等多功能的烧结炉，其对钕铁硼永磁的效果与真空连续烧结炉相当。本实用新型三室多功能烧结炉还有高效率和节能的优点，钕铁硼永磁的烧结周期用真空气淬炉一般为24-32小时，本实用新型三室多功能烧结炉只用12-13小时。

附图说明

图1钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉主体结构图；

图2钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉总体结构俯视图。

图中，10密封室 11密封室支架 12密封室门 13密封室观察窗 14密封室手套口 15垂直闸板阀 20气淬室 21多级千斤顶22气淬风机 23水平闸板阀 24热交换器 25托盘盖 26气淬室底座 30烧结室 31保温层 32波纹管 33下隔热屏 34料筐支腿 35料筐垫板 36料筐 37马弗胆 38石墨加热棒 39上隔热屏 40顶部排气管 41测温热电偶 42电动充Ar气阀 43电动真空碟阀 44冷阱 45夹层电动充Ar气阀 46夹层电动真空碟阀 4真空扩散泵 5真空罗茨泵，旋片泵机组 6多级千斤顶用液压站 7电源变压器 8操作电器控制柜

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1、图2所示，本实用新型三室多功能烧结炉由五部分组成：(一)三室炉体，(二)冷阱，(三)真空系统，(四)电器控制柜，

(五)电源变压器和液压站等。

三室炉体是设备主体，而主体的核心是在烧结室，焦点又在马弗胆，马弗胆工作1150-1200℃，材料选择了耐热合金钢Cr25Ni20Si2用高温合金钢更可靠。本实用新型中所用马弗胆工作环境比一般外热式真空炉的要好，因为马弗胆内外压力一样，除了自重外不受外力作用，不受急冷急热应力作用。马弗胆主要起“热壁”作用。

(一)三室炉体。图1中烧结室30，钟罩式马弗胆37包围了料筐36形成炉膛，上边有波纹管32热补偿，下边由托盘盖25密封或打开，上边有测温热电偶41，因为它离料筐36很近，所以测温较准确，热电偶管支持着上隔热屏39，下隔热屏33阻挡对托盘盖25的热辐射。由上隔热屏39的气道上通到顶部排气管40，再经过电动真空碟阀43连接到冷阱44再到真空系统5。加热体一石墨加热棒38围绕于马弗胆37外面，石墨加热棒38的外面是保温层31，它由石墨纤维毡做成，烧结室30与马弗胆37形成夹层空间，通过夹层电动真空碟阀46连接到冷阱44再到真空系统5。夹层电动充Ar气阀45可以独立对夹层空间充Ar气，而电动充Ar气阀42只向马弗胆37内充Ar气。气淬室20位于烧结室30的下面，由水平闸板阀23将它们分开，气淬室20除了气淬冷却功能之外，还有运输过渡功能。气淬风机22，热交换器24在气淬室20内形成内热式交换系统，气淬室底部设有多级千斤顶21，它支持着托盘盖25

为保证托盘盖与烧结室30的良好密封，双方面都要通水冷却。托盘盖25上面有四条料筐支腿34，料筐支腿34套有下隔热屏33，四条料筐支腿34支持着料筐垫板35，料筐垫板35上面放置着料筐36。图1表示了烧结状态，淬火时由多级千斤顶21将料筐36移至淬火室20内，然后关闭水平闸板阀23，隔断烧结室30，进行淬火处理。

密封室10在淬火室20侧面，由垂直闸板阀15分开，密封室是钕铁硼粉末压坯入口和钕铁硼烧结体的出口，工作温度为室温，气氛为粗真空后充氩气。室体为六面体，设有橡皮手套密封室手套口14和密封室观察窗13，以便于人工操作。密封室内底边装有送料车，它可以将料筐送入气淬室，定位于多级千斤顶托架上方，也可以反向操作将料筐退回密封室(出料)。

(二)冷阱，本实用新型认为钕铁烧结炉应该有高效率的冷阱，这是脱脂脱油所必须的捕集器，图1中冷阱44上方经过电动真空碟阀43，再经过顶部排气管40与炉膛相通，下方经过夹层电动真空碟阀46与炉体夹层相通，冷阱44下面与真空系统连接。

(三)真空系统5，由高真空机组包括扩散泵，罗茨泵和旋片式真空泵组成。

(四)电器控制柜8，主要有两套等效的控制模拟屏：按钮式和电脑触摸屏。实现自动程序控制，指示并记录控制温度和炉膛温度，指示并记录炉膛和夹层真空度，电脑显示和存储烧结热处理曲线，数据等。

(五)电源变压器和液压站等，电源变压器是专门向烧结室供应电力，液压站是为多级千斤顶提供动力。

Claims (1)

1.一种钕铁硼永磁体用多功能三室烧结炉，包括三室炉体、冷阱、真空系统、电器控制柜、电源变压器和液压站，其特征在于：三室炉体包括烧结室(30)、气淬室(20)和密封室(10)；气淬室(20)位于烧结室(30)下部，密封室(10)位于气淬室(20)的一侧，烧结室(30)自壳体由外向内依次为保温层(31)、马弗胆(37)和料筐(36)；保温层(31)与马弗胆(37)之间设有石墨加热棒(38)；烧结室(30)上边设有热补偿波纹管(32)、上隔热屏(39)、测温热电偶(41)和顶部排气管(40)，测温热电偶(41)支持着上隔热屏(39)；烧结室(30)下边为可密封或打的托盘盖(25)，托盘盖(25)的上侧设有下隔热屏(33)，托盘盖(25)上面设有四条料筐支腿(34)，料筐支腿(34)套有下隔热屏(33)，料筐支腿(34)支持着料筐垫板(35)，料筐垫板(35)上面放置料筐(36)；上隔热屏(39)的气道通过顶部排气管(40)再经过电动真空碟阀(43)连接到冷阱(44)的上部，冷阱(44)与由真空扩散泵(4)、真空罗茨泵、旋片泵机组(5)构成的真空装置相连；烧结室(30)与马弗胆(37)形成夹层空间，该空间通过夹层电动真空碟阀(46)连接到冷阱(44)下部，再与由真空扩散泵(4)、真空罗茨泵，旋片泵机组(5)构成的真空装置相连；烧结室(30)设有可以独立对夹层空间充氩气的夹层电动充氩气阀(45)，烧结室(30)还设有只向马弗胆(37)内充氩气的电动充氩气阀(42)；气淬室(20)位于烧结室(30)的下面，气淬室(20)与烧结室(30)之间设有水平闸板阀(23)，气淬室(20)内设有气淬风机(22)，热交换器(24)，气淬室底部设有用以支持着可密封或打开的托盘盖(25)的多级千斤顶(21)；密封室(10)在气淬室(20)的一侧，密封室(10)与气淬室(20)之间设有垂直闸板阀(15)；密封室(10)为六面体，其上设有橡皮手套密封室手套口(14)和密封室观察窗(13)，密封室(10)内底边装有将料筐(36)送入和气淬室(20)或将料筐(36)退回密封室(10)的送料车，送料车定位于多级千斤顶(21)托架上方。

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