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保证钟罩炉气氛和炉温均匀性的有效措施
2019.08.22
对生产型烧结炉来说,重点应解决有效工作区内的温度和气氛均匀性,只有温度和气氛均匀性满足一定的要求,才能保证批量烧结产品的一致性。那么如何才能保证钟罩炉气氛和炉温均匀性呢?

在钟罩炉气氛烧结过程中,每一时刻的温度与气氛要求是要一一对应的。在间歇工作的钟罩式气氛烧结炉中,温度是一条实时变化的曲线,则气氛也是一条实时变化的曲线,只有两条曲线同步运行,才能保证一一对应的关系。对生产型烧结炉来说,更重要的是要保证温度与气氛曲线在空间的一致性,对温度和气氛曲线中的平台段,这是容易实现的,只要时间足够长就总能达到热平衡和气氛平衡状态,关键是升降温过程中温度和气氛保持一致,即温度、气氛同步动态均匀。只有这样才能提高产品的一致性和成品率。

事实上,温度与气氛的均匀是相互矛盾和相互依存的。一方面,温度过于均匀不利于气体的扩散,即气氛均匀速度慢。另一方面,若气氛是均匀的,温度有可能不均匀,不均匀的温度必然会产生对流破坏气氛的均匀。解决这个矛盾的方法是加快气体对流,使温度、气氛均趋于均匀。

综上考虑,在设计中主要对钟罩炉和钟罩炉自动化控制系统采取了如下措施:

(1)通过配置控制计算机,实现温度和气氛曲线在时间轴上的同步运行。

(2)全陶瓷纤维炉衬。多年研制设备的实践证明,全陶瓷纤维炉比砖砌炉的温度均匀性要好一些,因为纤维炉衬的保温性能好,散热缓慢而均匀:同时因其惰性小为快速升降温提供了可能。

(3)分区分段加热控温。生产型烧结炉炉腔大,上下分布温差可能超出设计要求;同时,摆料可能也不均匀,各处吸放热不一致也将造成温差。

 分区分段加热控温,就是在工件堆两侧布置多根加热器,分区分组分别控制加热,以补偿各处的温差。详细的可以参考《多温区功率自动平衡技术》

(4)分堆摆料,减小加热距离。将料堆分开,料堆之间保持一定的空隙,并在分开的料堆之间插入加热器,缩短传热距离,增大工件的辐射受热面积,形成气体扩散通道,方便气体扩散,减小承烧板中部与边缘的传导温差与气氛差,使承烧板上的所有工件尽可能同步吸放热和浸润新鲜气氛,进而保持温度或气氛的一致。

(5)气体循环强制冷却。降温时采用强制风冷,加大工件周围的气流,强化对流传热,带走热量,加速降温;同时强制风冷加快了气体的对流,使温度、气氛趋于均匀,改善降温过程的温度气氛均匀性;气体循环使用,因为降温过程是渐趋无氧的过程,若通人高纯氮气渐渐置换排空,浪费很大,将氮气回收循环再利用无疑是有价值的。

(6)多点进气。在炉墙上布置多个送气喷嘴,气体经多点进入炉膛,流过工件后,从炉膛上部排出,使尽可能多的工件都得到新鲜气氛的作用以及短的作用时间。

综上所述,没有单一作用的技术,也没有哪条技术措施是独立的、起决定作用的。各种技术的应用都是相辅相成,缺一不可的。一方面全陶瓷纤维炉衬,分堆摆料,为快速、均匀的升降温消除了障碍;循环型强制风冷加速了降温速率;

另一方面,气体循环,气流速度较快,促进了温度、气氛的均匀,同时多点送气、分堆摆料使气流充分围绕工件运动,使工件得以滋润在最新鲜最及时的气氛中,温度、气氛的均匀性得到保证。 

特别是分堆摆料,看似没有什么技术含量,实则蕴藏着深奥的技术底蕴,最易被设计和用户忽略。总之分堆摆料、多点送气和气体循环等共同作用,形成稳定的、升降温过程均匀的温度和气氛场的综合设计思想是这种钟罩式气氛烧结炉的最大创新点。
数据提供:天助网    
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