真空烧结炉的技术改进

张天龙　于洪斌

摘要：文章首先对真空烧结炉的组成系统进行探讨，并介绍了各个系统在使用阶段所发挥的功能。其次重点探讨真空烧结炉的改进方案，针对技术改进方面来进行，从各个系统的结构改进与技术方法创新方面来探讨。促进真空烧结炉的使用效率不断提升，提高稳定性及安全性。

关键词：真空烧结炉；技术改进；改进方案

一、真空烧结炉的组成系统

真空烧结炉是在真空环境中对被加热物品进行保护性烧结的炉子，其加热方式比较多，如电阻加热、感应加热、微波加热等。真空烧结炉一般由加热系统、真空系统、测控系统、冷却系统及炉体五大系统组成。加热系统是为真空烧结炉提供加热升温及保温功能的系统，由外部电源、电极、加热器、加热室等加热部件及保温部件组成。真空系统是提供炉内真空环境，保证炉内真空度要求的系统，主要是由真空阀门、真空机组、连接导管、电气控制系统及其它真空元件构成。测控系统是监控炉内温度、气氛等环境并作出反馈的系统，使真空烧结炉达到半自动化生产。冷却系统是为真空烧结炉提供加速冷却的系统，可大大提高真空炉使用效率并提高炉子使用寿命。炉体是联接各大系统并容纳加热室提供真空密封环境的主体。传统的真空烧结炉存在使用效率低、损耗严重的现象，引发此类问题的主要原因是设计所用的技术方法不合理，要针对设计环节采取预防控制措施。下面文章将以电阻加热式真空烧结炉为例，针对各系统部件改进所用的技术方法进行具体的探讨，帮助实现更高效、更稳定的烧结处理。

二、改进方案

1、电极结构的改进

电极是加热系统的重要组成部分，是真空炉连接炉内发热组件的端口，是连接炉外电源与炉内发热元件的关键部件[1]。电极装置的设计阶段不仅对密封性有很高要求，而且随着工件队真空烧结炉工作温度要求的提高，对其使用温度也相应的提高。现有电极已经通过在设计阶段增加冷却水循环系统来降低电极的工作温度，但由于复杂的水路循环，多处的焊接方式连接很容易导致漏水的情况发生，在高温真空环境下，漏水会使工件及真空炉各个系统造成严重损害。所以，设计时尽量减少采用焊接方式连接，可以采用更换电极块材料的方式改进电极使用性能，采用耐高温、低电阻、电阻率随温度变化小的材料代替现有铜制电极块，而冷却水只流经腔壁较厚的电极身，从而大大降低漏水的可能性，并保证了电极的使用温度。

此外，电极装置中所使用的密封圈长时间处于高温环境使用很容易老化、损坏，要规定至少3个月进行一次更换，达到更理想的使用效果。

2、热电偶结构的改进

采用热电偶测量真空炉内温度是真空炉测温的主要方式之一，能够准确快速测量真空炉炉内加热时温度。由于真空炉队密封性有一定要求，而热偶的安装需要在炉体上开孔，因此对热偶也提出了密封性能的要求，热电偶密封性能的好坏直接关系到真空炉能否达到指标要求。如果真空烧结炉使用现有工业热电偶测温，一旦保护管受损，将使真空炉连接大气，破坏其密封性，使工件氧化，甚至损坏炉内加热装置[2]。所以在设计阶段，可以添加检测保护装置来确保热电偶在真空炉上的使用。具体实施可以在炉体与热电偶之间增加气氛仓，向气氛仓内通入一定压力的保护气，并接入压力表来检测气氛仓内压力，通过观察压力表读数来直观的检测热电偶是否受损。这种结构的优点是不仅可保证热偶的工作环境，提高使用寿命，重要的是即使保护管在使用过程中产生损坏也不会影响本炉次的测温效果及炉内工件的正常生产，大大提高了热电偶在真空炉上使用的安全性。

与此同时在工作使用期间，要制定合理的检修检修间隔时间，观察在投入使用后可能会遇到的风险隐患因素，确保真空环境的稳定性。

3、水冷系统的改进

水冷系统是真空烧结炉的主要冷却降温方式之一，主要是对炉壳、炉门、电极和真空泵等部件进行冷卻。工作时须向上述部件提供足够流量的冷却水，否则热量聚集会使各部件工作温度持续升高，这会在很短的时间内使各橡胶密封圈因老化、变形而失去密封作用[3]，影响真空炉的使用。同时，应告知真空炉使用人员不能使用硬度过高的冷却水，硬度高的水在流经冷却部件时遇到高温会分解出碳酸盐附在管壁，导致冷却水管有效内径减小甚至堵塞冷却水管，降低冷却水的流量[3]。

为避免真空炉在工作时产生上述水流减小、断水的情况，在设计时要尽量考虑周全。本文从进水系统和排水系统两方面分别考虑。在进水系统方面设置总进水阀门，在总进水管上安装电接点压力表来监测水压，并在所有分流的管路上安设水量调节阀门。另一方面在排水系统部分采用开式水箱，这种结构能够降低各分流管路的排水压力，从而保证各分支排水流畅，并且能够直观的观察到各支路的水流情况。另外，在较大的冷却部件上，在不影响真空密封性的情况下可设置清淤装置以便于清理水垢。在生产资金充足的情况下，也可以在水冷电极、换热器等关键部件设置进口流量开关以实现断水报警及其它联锁控制[4]，从而更直观的监测水路工作状态，确保系统稳定。

当然，定期使用特种化学清洗剂清洗冷却水系统是确保冷却水管路通畅最有效的方法。

4、炉门锁紧结构的改进

炉门锁紧结构是密封炉体最主要的部件，很容易出现密封问题。原有的爪式手轮锁紧方式仅仅通过在炉门的四个点位进行锁紧，并且是通过人工操作的方式进行，很容易出现操作失误，严重的将引发安全隐患。现在在设计时可采用锁紧圈与炉门多齿啮合的形式来改进上述问题。通过气缸的往复动作控制锁紧圈在一定角度内往复旋转，使锁紧圈上均布的齿与炉门上均布的齿产生交错、啮合来执行炉门的开启和锁紧。这种多线性的均匀受力分布大大提高了了炉门的密封性能，采用气动方式控制实现了半自动化操作，并且可以设定程序在炉内温度降低到安全温度前禁止执行炉门开启动作，提高了真空炉使用的稳定性与安全性。

结语：

随着真空烧结炉各系统的优化改进，使设备性能更加稳定，技术指标提高，从而可保证产品的质量，对完善、发展真空烧结工艺有着重要意义。

参考文献：

[1]高温真空炉水冷电极 专利号ZL2015 2 0844057.X（引用格式请予以修正）

[2] 真空炉热电偶测温装置 专利号ZL 2015 2 0845027.0（引用格式请予以修正）

[3]邱秀金，杨勇军，胡银刚，姜宏伟.双炉体真空烧结炉报警系统设计[J].真空，2011（09）.

[4]曹彦祥.大型真空电阻炉的研制.[J].真空，2008（05）.