锰锌软磁铁氧体主要烧结设备全自动氮气保护推板窑设计改进

徐仲达

锰锌软磁铁氧体主要烧结设备全自动氮气保护推板窑设计改进

徐仲达

（浙江春晖复合材料有限公司，浙江绍兴，312300）

在我国锰锌软磁铁氧体主要烧结设备的规模化生产中，全自动氮气保护推板窑系统不能满足烧成工艺制度的严格要求，问题出在结构设计方面。作者通过多年的实践总结，分析了自动氮气保护推板窑工艺，并以此为基础提出了结构性的改进措施，改善了烧成工艺的可控性和精确度。实践证明：新系统可满足大件和高性能锰锌软磁铁氧体产品的规模化生产。研究能够为我国软磁铁氧体行业的升级换代提供重要思路。

锰锌铁氧体；软磁铁氧体；推板窑；烧结；氮气保护；规模化生产

引言

锰锌软磁铁氧体作为电子技术的基础材料，广泛应用于通讯、家电、办公设备、汽车、航空航天、自动化、绿色照明等各个领域。随着电子技术及设备的快速发展，锰锌软磁铁氧体用量不断增加，对其电磁性能也提出了更高的要求。

目前国内有不少全自动氮气保护推板窑烧成的材料不能满足高性能软磁材料的质量需求。要解决这些问题，虽在烧成工艺控制经验上可以得到诸多帮助，但很大程度上还是取决于窑炉的本身设计结构，以及其温度、气氛环境等方面能否精确调控到位。

本文针对推板窑存在的问题，基于烧成工艺，提出了具体改进措施。

1　全自动氮气保护推板窑烧成工艺分析及存在的问题

锰锌软磁铁氧体材料的电磁特性是由其本身的组成成分、晶体结构、晶粒大小、均匀性、晶界组成及厚度等因素决实的[1]。低功耗功率、高磁导率高阻抗等各种材料对以上因素均有不同的要求。在锰锌软磁铁氧体的多种参数配比中，除原料配方、制粉工艺等因素影响外，烧成工艺是最主要的决定因素。因此，锰锌软磁铁氧体材料在相对稳定的原料配方和制粉工艺的情况下，影响其电磁性能最为主要的因素仍为烧成工艺条件。

1.1烧成工艺分析

烧成工艺条件主要是指排胶阶段、升温阶段、高温保温阶段和冷却阶段等四阶段的温度、气氛、压力等制度的工艺控制[2]。烧成窑炉的结构设计决定着烧成温度、气氛制度的可控性、控制精度，以及实际温度、气氛的均匀性程度。不同产品的烧成工艺要求都是不同的，如大件产品对排胶要求非常严格，一不小心就会造成排胶开裂；高性能的锰锌软磁铁氧体材料对烧成制度（温度、气氛）的要求十分严格，即使保温温度升降仅1℃，或氧含量变化仅0.05%，都会对产品性能产生较大的变化。目前较为先进的PC95、PC47、HS72、HS10、H5C4等锰锌软磁铁氧体材料对温度、气氛制度的要求都十分严格，稍有不到位，其电磁性能就无法达到要求[3]。

目前我国连续生产锰锌软磁铁氧体材料的全自动氮气保护推板窑大都是由早期德国瑞德哈姆公司和日本NGK公司等生产的全自动氮气保护推板窑的基础上逐步改进而来。但是生产中，存在一些问题。

1.2存在的问题

通过多年努力，几家全自动氮气保护推板窑生产厂家，在进口窑炉的技术基础上，不断改进和完善设备，现已发展到多种长度不一、带副窑或不带副窑的单、双推全自动氮气保护推板窑。因带副窑时设计能耗更大，最近几年大多已改为不带副窑的结构。

由于国内耐火材料质量进步快，早期因耐火材料质量问题引起的拱窑、塌顶等窑体事故已基本消除，窑体使用寿命大大提高；同时自动控制、工艺控制等方面水平都有很大改善。

但是普遍存在着排胶不够彻底，温度、气氛等工艺制度的控制不够稳定，温度、气氛的均匀性差，能源浪费严重等弊端。除此之外，大件产品易排胶开裂，产品上下、左右、前后性能一致性差，高性能产品合格率低，不能形成规模生产，能耗难以降低等问题依旧存在。

2　推板窑设计方面技改造

2.1增加抽风口和搅拌风机

为了更彻底的排胶，增加抽风口等。

在排胶阶段，排胶不彻底和排胶不均匀易造成产品的开裂，并影响后期产品的结构性能。排胶不彻底主要是由排胶强度不够，即抽风和对流强度不够引起的。因此在排胶阶段，主要应从增强排胶强度上考虑，采取增加搅拌风机，同时增加抽风口（搅拌风机与抽风口对应）和改变搅拌方式的办法，即将搅拌风机间隔由以前的1.5 m～2.0 m减小到0.8 m～1.0 m，并增加到8～10台（同时也增加抽风口），由顶部搅拌改为侧向强对流搅拌，并且为了加强排胶的均匀性，由单侧排列改为两侧交替排列。基本消除了排胶段窑腔内的结胶情况，说明排胶效果提高十分明显。

2.2增加温控点

为了实现温度易控、更精准，增加温控点。

全自动氮气保护推板窑温度控制的最大弊端是由“一点控制一段”。国内全自动氮气保护推板窑温控点间隔大都在1.2 m以上，有的甚至在2.0 m以上。在这样的间距下，前后的实际温度相差已远远超过5℃。各点的实际温度得不到反映，其实际温度也就根本无法得到精确的控制，导致窑腔内的实际温度控制不到位，同时造成温度的可控性和准确性大大降低，严重影响着产品电磁性能的控制。

为了能精确控制主要温度段（指升温1 250℃处到降温950℃处）的实际温度，必须增加主要温度段的温控点。因此在1 250℃以上段，包括高温保温段。根据经验，各温控点间隔应缩小到0.8 m到1.0 m；冷却段温控点按进气点确定，以便准确反映各点的实际温度，从而实现实际温度的精确控制，保证合理温度曲线的严格实现，真正满足烧结产品所需的温度制度。

2.3缩小氮气进气口间距

锰锌软磁铁氧体材料要达到的电磁性能是以各金属离子价态稳定的组成为基础的，所以烧结过程中必须要有严格的氧气气氛制度来保证各金属离子价态的稳定[4]。只有气氛制度稳定、均匀，才能烧出性能优良、一致性好的产品。氧气气氛制度实际上是通过各段充入氮气来实现的，也即通过氮气的压力制度来实现的。气氛制度的稳定和均匀是产品一致性的保证。如果各阶段氮气进气口少、进气分布不匀等，就无法保证气氛制度的要求。现在许多窑炉就存在进气口间隔过大（进气口间隔最小也有50 cm，甚至有超过1 m的）、进气分布不匀的弊病。特别在冷却段，如进气口间隔过大，上下左右进气不均匀，造成窑腔内气氛变化大、均匀性差，严重影响到产品的电磁性能好坏及其一致性。因此，为保证气氛曲线的实现和上下左右气氛的均匀一致，在冷却段（1 300℃～1 200℃）采用密集（间隔不超过30 cm）上下、右左进气；在冷却段（1 200℃～950℃）采用密集（间隔不超过30 cm）上下、右左进气的同时，用左、右、中抽气的办法来实现气氛的稳定和均匀。这样的设计改变使窑内气氛调节变得相当容易、可控。

为保证窑内气氛制度的稳定，窑尾保持3 Pa以上的正压是必须的，我们采用了独创性的适当降低冷却段的窑腔空间来保证窑尾的压力，即采用降低窑腔高度2～3 cm（通常窑体的高度前后是一致的）的办法，在不增加氮气量的前提下提高冷却段的窑腔内压力（可提高2～3 Pa），这一改变不但保证窑内气氛曲线更易可控，稳定性得到更好保证，同时还有利于排胶段和升温段负压的提高，可以增加抽风量，更有利排胶和排酸根，对提高产品的性能十分有利。

2.4增加冷却段风冷长度

锰锌软磁铁氧体材料要经过高温烧结，在升温阶段排胶和去酸根离子排气时要带走大量热量，在冷却过程又要释放大量热量，利用好这些热能，可以大大减少能源的浪费。当前国内还有许多带副窑的全自动推板窑，因技术上还无法解决过渡仓能在120℃以上运转，主副窑过渡处要重新降温，造成能量的大量浪费，这种带副窑的结构能耗大、结构复杂、设备故障频发，已不被业内看好，比较节能的窑炉都已取消了副窑。

国内节能和先进的窑炉虽已经在利用冷却余热热风，但利用的余热只占很少一部。余热热风在排胶段只有部分替代常温进风，仅使排胶段的能耗降低30%左右[5]。我们采用增加冷却段风冷部分长度，增加余热热风量，把排胶段8～10个常温进风全部改为余热热风进风（余热热风温度可达120℃以上）。经测算可降低排胶段的能耗60%以上，说明充分利用冷却余热还是有很大潜力可挖的。

目前全自动氮气保护推板窑在升温段后期都留有排气孔，排气孔的存在使窑体的保温效果大打折扣，会造成大量的热量散失。凭多年的窑炉控制经验，只要排胶阶段排胶比较彻底，升温段1 200℃以后就基本已不再有废气排放。因此，在升温段1 200℃以后的余留排气孔应取消，以减少此位置窑顶的散热。据初步测算，每减少一个排气孔可减少电耗5 kWh左右。

另外，目前国内窑体表层温度普遍偏高。经测算，窑体表面每升高10℃会增加能耗1%以上。造成窑体表面温度偏高的原因主要是由保温材料的选择和砌筑设计工艺两方面原因造成的。目前国内窑炉厂家对耐火、保温材料的选择是非常重视的，在选料上不大存在问题。主要还是在砌筑设计工艺上，砌筑质量普遍不高，很少按高温窑炉的砌筑规范来砌筑设计，砌筑砖缝普遍达3 cm以上。作者认为这是导致窑体表层温度普遍偏高的主要原因。因此窑炉生产厂家不仅要重视对耐火、保温材料的选择，更应重视砌筑设计的规范和提高，提高砌筑质量，特别应重视砖缝的控制（控制在2 cm以内），严格按标准要求砌筑，以降低窑体表面温度，减少能耗。

3　结束语

随着国内外电子技术的迅速发展，对锰锌软磁铁氧体材料的性能要求的逐步提高，高性能锰锌软磁铁氧体材料用量和种类日益增加。锰锌软磁铁氧作为EMC的主要材料，近几年发展更为迅猛，前景被看好，这就要求锰锌软磁铁氧体企业必须具备规模化生产的能力。全自动氮气保护推板窑作为规模化生产的主要设备，其设计结构需要不断改进和完善，来满足高性能材料的烧成工艺要求。

本文所提出的一些结构设计改进是在生产实践中的一点肤浅认识，望起到抛砖引玉的作用，共同为我国软磁铁氧体行业的升级换代做出贡献。

[1]职工高等学校教材: 磁性材料[M]. 南京电子工业职工大学.

[2]职工高等学校教材: 磁性材料工艺学[M]. 南京电子工业职工大学.

[3]张继松, 王燕明, 何虹. 中国软磁铁氧体材料的发展前景[J]. 磁性元件与电源, 2012(6): 101-113.

[4]段希萌, 陈文革. 锰锌软磁铁氧体的制备、应用及研究进展[J]. 电工材料, 2008(4): 42-46.

[5]新型节能型氮气保护推板窑的研发与进展[C]. 电子信息产业2011年度工业炉窑技术改造与新材料新能源节能交流会会议资料.

Design and Improvement of Automatic Nitrogen Protective Sliding Plate Kiln in Mn-Zn Soft Magnetic Ferrite Main Sintering Device

XU Zhong-da
(Zhejiang Chunhui Composite Materials Co., Ltd., Shaoxing, Zhejiang, 312300, China)

In the existing scale production of Mn-Zn soft magnetic ferrite main sintering device, structure design of automatic Nitrogen protective sliding plate kiln cannot meet the actual requirements of sintering process system. Based on author’s practical experiments in many years, corresponding measures of design and improvement are put forward, improving the controllability and accuracy of sintering process system, and also satisfying scale production of Mn-Zn soft magnetic ferrite with large size and high performance. The research can provide essential ideas for upgrade and update of Mn-Zn soft magnetic ferrite field in China.

Mn-Zn Ferrite; Soft Magnetic Ferrite; Sliding Plate Kiln; Sintering; Nitrogen Protective; Scale Production

T-19

B

2095-8412 (2016) 05-852-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.005

徐仲达(1964-)，男，浙江绍兴人，高级工程师，浙江春晖复合材料有限公司副总经理。研究方向：精细陶瓷配方、成型、烧成等工艺的开发研究，现重视锰锌软磁铁氧体的开发、生产等方面的工作。

E-mail: ada_66@126.com。