服务热线:18217387787  
技术文章您的位置:网站首页 >技术文章>大型气氛炉较为全面的优化设计解析
大型气氛炉较为全面的优化设计解析
发布时间:2019-07-24   点击次数:738次
   大型气氛炉较为全面的优化设计解析
  气氛炉又称钢包炉、气氛保护炉,通常包括一个可以抽真空充气氛的容器及一个可置于其内的箱式炉。在工业领域用途很广,尤其适用于磁性材料行业磁芯的烧结,主要用于实验室的小试及小批量生产。磁芯的烧结过程对氧分压有一定的要求,通常是抽真空后充入氮气保护进行烧结。
  传统气氛炉采用硅碳棒加热,烧结温度低,炉腔温度均匀性差,维修工作量大,自动化程度低,相应的烧结产品档次低,性能一致性差。随着磁性材料行业的发展、电子设备的小型化、集成化,高性能产品的市场需求量越来越大,相应地对气氛炉也提出了更高的要求。基于传统气氛炉的不足,结合烧结工艺对气氛炉的具体要求,进行针对性的改进与优化设计。
  1.加热元件及其分布的优化
  传统的气氛炉采用硅碳棒加热,高工作温度为1350℃,缺点是寿命短,存在老化问题,断一根需要一组全部更换,劳动强度大;此外加热元件是两侧均布,炉门、炉尾温度明显偏低,导致烧结产品的一致性差。在优化方案中,加热元件采用硅钼棒,其正常工作温度为1450℃,符合烧结高性能磁芯的温度要求,使用寿命长达1年左右,不存在老化问题,一根只需换一根,操作方便;炉尾部加装加热元件,成三面加热,同时靠炉门的热电偶前移,这样就能保证炉内温度的均匀性达到±5℃。
  2.热电偶插入方式的优化
  传统的气氛炉热电偶是整体密封在炉体内的,其冷端通过耐高温补偿导线与炉体上的接线柱相连,接线柱再与温控仪相连。由于热电偶冷端温度较高,造成温控仪显示温度与箱式炉炉腔温度不一致,且相差较大。优化设计方案中,热电偶从炉体顶部穿过两层铁板插入到箱式炉内,这样由于热电偶冷端温度较低,保证了温控仪显示温度与箱式炉炉腔温度的一致性。但需要密封热电偶的尾部,与外界只有一根补偿导线相连。这样改进后,尽管每次更换硅钼棒前,需要先拔出热电偶,比较麻烦,但由于硅钼棒寿命较长,箱式炉拖出来的次数较少。
  3.温控仪的优化
  传统的温控仪只能设定温度-时间曲线,对于阻值一定的阻性负载,只要设定好适当的PID(比例、微分、积分)值,就能得到设定的温度曲线。而优化设计中的气氛炉加热元件是硅钼棒,其阻值随温度的变化而变化。特别是硅钼棒冷态阻值极小,初始升温时,即使电压调整器触发可控硅很小的导通角,反映到负载上的电流就可能很大,以致于烧毁快速熔断器或可控硅。传统的做法是在电压调整器上装一个10k电位器,对温控仪送给电压调整器的标准信号限幅,使负载上的电流减小。但随着温度的升高,硅钼棒的阻值迅速变大,这样又要求手工增大10k电位器的输出,一直到硅钼棒阻值变化不大时,才能把10k电位器调节到大,以保证设定的温度曲线,这样达不到全自动升温的目的。在温控仪的优化方案中,温控仪可自动地将送给电压调整器的标准信号通过程序来加以限幅,每一程序段增加一个限幅(F)参数,这样就能保证全自动升温。当然理想的控温方式是自始至终限制大电流值,这需要采用闭环控制,需增加硬件,比较繁琐。
  4.冷却速度的优化
  传统的气氛炉冷却主要靠炉体夹层内的循环水带走部分热量,冷却速度比较慢。优化设计中提出了以下几种方案:
  (1)循环风冷法:冷却时把充入炉内的氮气抽出来经过冷凝塔,再送入炉内,循环使用。同时为了防止泄漏,需要向炉内不断补充一部分氮气,以保证炉内的氮分压;
  (2)炉底开孔,与硅钼棒的冷端的缝隙形成气体对流,带走箱式炉内的热量;
  (3)炉内通入氮气,带出烧结产品的热量;
  (4)加快炉体夹层内的水流速度。