真空燒結爐的技術改進

張天龍　于洪斌

摘要：文章首先對真空燒結爐的組成系統進行探討，并介紹了各個系統在使用階段所發揮的功能。其次重點探討真空燒結爐的改進方案，針對技術改進方面來進行，從各個系統的結構改進與技術方法創新方面來探討。促進真空燒結爐的使用效率不斷提升，提高穩定性及安全性。

關鍵詞：真空燒結爐；技術改進；改進方案

一、真空燒結爐的組成系統

真空燒結爐是在真空環境中對被加熱物品進行保護性燒結的爐子，其加熱方式比較多，如電阻加熱、感應加熱、微波加熱等。真空燒結爐一般由加熱系統、真空系統、測控系統、冷卻系統及爐體五大系統組成。加熱系統是為真空燒結爐提供加熱升溫及保溫功能的系統，由外部電源、電極、加熱器、加熱室等加熱部件及保溫部件組成。真空系統是提供爐內真空環境，保證爐內真空度要求的系統，主要是由真空閥門、真空機組、連接導管、電氣控制系統及其它真空元件構成。測控系統是監控爐內溫度、氣氛等環境并作出反饋的系統，使真空燒結爐達到半自動化生產。冷卻系統是為真空燒結爐提供加速冷卻的系統，可大大提高真空爐使用效率并提高爐子使用壽命。爐體是聯接各大系統并容納加熱室提供真空密封環境的主體。傳統的真空燒結爐存在使用效率低、損耗嚴重的現象，引發此類問題的主要原因是設計所用的技術方法不合理，要針對設計環節采取預防控制措施。下面文章將以電阻加熱式真空燒結爐為例，針對各系統部件改進所用的技術方法進行具體的探討，幫助實現更高效、更穩定的燒結處理。

二、改進方案

1、電極結構的改進

電極是加熱系統的重要組成部分，是真空爐連接爐內發熱組件的端口，是連接爐外電源與爐內發熱元件的關鍵部件[1]。電極裝置的設計階段不僅對密封性有很高要求，而且隨著工件隊真空燒結爐工作溫度要求的提高，對其使用溫度也相應的提高?，F有電極已經通過在設計階段增加冷卻水循環系統來降低電極的工作溫度，但由于復雜的水路循環，多處的焊接方式連接很容易導致漏水的情況發生，在高溫真空環境下，漏水會使工件及真空爐各個系統造成嚴重損害。所以，設計時盡量減少采用焊接方式連接，可以采用更換電極塊材料的方式改進電極使用性能，采用耐高溫、低電阻、電阻率隨溫度變化小的材料代替現有銅制電極塊，而冷卻水只流經腔壁較厚的電極身，從而大大降低漏水的可能性，并保證了電極的使用溫度。

此外，電極裝置中所使用的密封圈長時間處于高溫環境使用很容易老化、損壞，要規定至少3個月進行一次更換，達到更理想的使用效果。

2、熱電偶結構的改進

采用熱電偶測量真空爐內溫度是真空爐測溫的主要方式之一，能夠準確快速測量真空爐爐內加熱時溫度。由于真空爐隊密封性有一定要求，而熱偶的安裝需要在爐體上開孔，因此對熱偶也提出了密封性能的要求，熱電偶密封性能的好壞直接關系到真空爐能否達到指標要求。如果真空燒結爐使用現有工業熱電偶測溫，一旦保護管受損，將使真空爐連接大氣，破壞其密封性，使工件氧化，甚至損壞爐內加熱裝置[2]。所以在設計階段，可以添加檢測保護裝置來確保熱電偶在真空爐上的使用。具體實施可以在爐體與熱電偶之間增加氣氛倉，向氣氛倉內通入一定壓力的保護氣，并接入壓力表來檢測氣氛倉內壓力，通過觀察壓力表讀數來直觀的檢測熱電偶是否受損。這種結構的優點是不僅可保證熱偶的工作環境，提高使用壽命，重要的是即使保護管在使用過程中產生損壞也不會影響本爐次的測溫效果及爐內工件的正常生產，大大提高了熱電偶在真空爐上使用的安全性。

與此同時在工作使用期間，要制定合理的檢修檢修間隔時間，觀察在投入使用后可能會遇到的風險隱患因素，確保真空環境的穩定性。

3、水冷系統的改進

水冷系統是真空燒結爐的主要冷卻降溫方式之一，主要是對爐殼、爐門、電極和真空泵等部件進行冷卻。工作時須向上述部件提供足夠流量的冷卻水，否則熱量聚集會使各部件工作溫度持續升高，這會在很短的時間內使各橡膠密封圈因老化、變形而失去密封作用[3]，影響真空爐的使用。同時，應告知真空爐使用人員不能使用硬度過高的冷卻水，硬度高的水在流經冷卻部件時遇到高溫會分解出碳酸鹽附在管壁，導致冷卻水管有效內徑減小甚至堵塞冷卻水管，降低冷卻水的流量[3]。

為避免真空爐在工作時產生上述水流減小、斷水的情況，在設計時要盡量考慮周全。本文從進水系統和排水系統兩方面分別考慮。在進水系統方面設置總進水閥門，在總進水管上安裝電接點壓力表來監測水壓，并在所有分流的管路上安設水量調節閥門。另一方面在排水系統部分采用開式水箱，這種結構能夠降低各分流管路的排水壓力，從而保證各分支排水流暢，并且能夠直觀的觀察到各支路的水流情況。另外，在較大的冷卻部件上，在不影響真空密封性的情況下可設置清淤裝置以便于清理水垢。在生產資金充足的情況下，也可以在水冷電極、換熱器等關鍵部件設置進口流量開關以實現斷水報警及其它聯鎖控制[4]，從而更直觀的監測水路工作狀態，確保系統穩定。

當然，定期使用特種化學清洗劑清洗冷卻水系統是確保冷卻水管路通暢最有效的方法。

4、爐門鎖緊結構的改進

爐門鎖緊結構是密封爐體最主要的部件，很容易出現密封問題。原有的爪式手輪鎖緊方式僅僅通過在爐門的四個點位進行鎖緊，并且是通過人工操作的方式進行，很容易出現操作失誤，嚴重的將引發安全隱患?，F在在設計時可采用鎖緊圈與爐門多齒嚙合的形式來改進上述問題。通過氣缸的往復動作控制鎖緊圈在一定角度內往復旋轉，使鎖緊圈上均布的齒與爐門上均布的齒產生交錯、嚙合來執行爐門的開啟和鎖緊。這種多線性的均勻受力分布大大提高了了爐門的密封性能，采用氣動方式控制實現了半自動化操作，并且可以設定程序在爐內溫度降低到安全溫度前禁止執行爐門開啟動作，提高了真空爐使用的穩定性與安全性。

結語：

隨著真空燒結爐各系統的優化改進，使設備性能更加穩定，技術指標提高，從而可保證產品的質量，對完善、發展真空燒結工藝有著重要意義。

參考文獻：

[1]高溫真空爐水冷電極 專利號ZL2015 2 0844057.X（引用格式請予以修正）

[2] 真空爐熱電偶測溫裝置 專利號ZL 2015 2 0845027.0（引用格式請予以修正）

[3]邱秀金，楊勇軍，胡銀剛，姜宏偉.雙爐體真空燒結爐報警系統設計[J].真空，2011（09）.

[4]曹彥祥.大型真空電阻爐的研制.[J].真空，2008（05）.