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连续式陶瓷高温金属化炉的研制.doc

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连续式陶瓷高温金属化炉的研制连续式陶瓷高温金属化炉的研制皮乐民,李征(北京中础窑炉设备制造有限责任公司,北京100049)ManufactureoftheContinuousFurnaceforHighTemperatureCeramicMetallizationPlLemin.LIZheng(BeOingZhongchuFurnace.,Ltd.,Beijing100049,China)Abstract:Thepaperbrieflyintroducedthefurnaceforhightemperatureceramicmetallizationinaspectsofpurpose。

style,structure,characteristicsetc.Itemphasizedtheworkoftheimport,digestionandmanufactureinthefurnace.Keywords:Metallization;Furnace;Atmosphereprotected;Homemanufacture摘要:简要介绍了陶瓷金属化炉的用途,类型,结构形式,特点等内容,以及在高温陶瓷金属化炉的引进,消化吸收,国产化方面所作的工作及经验,教训等.关键词:陶瓷金属化;窑炉;保护气氛;国产化中圈分类号:TQ174文献标识码:A文章编号:1002—8935(2006}04—0074一O4真空电子器件的用途非常广泛。

已经应用于几乎所有的国民经济领域.在其制造过程中,陶瓷与金属通常不能直接封接,而要先将陶瓷表面进行金属化.目前国内外最常用的金属化工艺是Mo—Mn法,金属化温度多在1450~1600℃,也称高温金属化法.金属化的烧结工艺需在H2保护条件下进行,采用的烧结设备有立式炉和卧式炉两大类.立式炉属间歇式炉,其特点是可烧结尺寸较大的产品;温度曲线可随不同产品变化;生产安排灵活,可随时开炉,停炉;各温度段的H2露点可以严格控制,但产量受到限制.卧式炉属连续式炉,适合于工业化大批量生产,但要求产品规格尽量一致,烧结温度曲线不要经常变化,炉内各段H2的露点控制也比较困难。

北京中础窑炉设备制造有限责任公司自2001年起,在消化,吸收,改进国外引进的先进卧式高温金属化炉的基础上,开发研制了多台卧式金属化炉,至今已是第三代产品,设备某些性能指标已达到或超过同类进口产品,总体上完全可替代进口设备.下面就简要介绍研制连续式高温金属化炉的过程中.圃至二1窑炉各系统介绍1.1炉体结构部分卧式金属化炉主体结构分为入口炉门,入口横舱,入口过渡段,预热段,高温段,自然冷却段,水冷段,出口横舱,出口炉门等部分.1.1.1耐火主体预热,高温和自然冷却段是用耐火材料砌筑在牢固,气密性的金属外壳之内.高温内衬为氧化铝含量在95%以上的刚玉莫来石材料。

炉顶为拱形结构,充分保证了高温下的结构强度,不会塌顶.保温层按窑体不同温度部位选用不同材质由高温到低温依次为JM一32,JM一28,JM一26,LG一0.6,NG0.6,A一2等,所有标型砖均选用高精度的磨加工砖.高温滑道由高纯氧化铝陶瓷制成,耐磨性和高温强度良好.耐火砖在砌筑时采用干法砌筑.除少数部位外一般不使用耐火泥浆.耐火砖如受潮,应烘干后再使用.1.1.2冷却结构形式冷却段分为四段:第一冷却段在结构上是高温段的延续,因产品温度很高,保温层与高温段相似;第二冷却段是自然冷却,仍然有保温层;第三,第四冷却段为水冷段,每段分为4组,

每组可以单独调节流量,冷却水的8个出水口引入一个水槽,操作人员调整时可以清楚地看到每一路回水流量的大小.水冷形式一般有以下几种:金属盘管形式,分片水套形式,整体水套形式,每种形式各有特点.从冷却效率讲,整体水套式最好,分片水套式次之;从调节,维修方便讲,金属盘管式和分片水套式占优.整体水套式虽然冷却效率高,但也容易造成推板急冷开裂,炉内结露影响产品质量等问题.具体采用哪种形式,还要根据不同用户的工艺条件来决定.冷却水建议采用去离子循环水,普通自来水容易产生结垢现象,影响冷却效果,尤其是在自来水硬度较高的地区,这种现象更为严重.1.1.3炉门形式连续式金属化炉前后都有炉门。

一般都采用自动升降式.炉门方向有与推进方向一致的,也有与推进方向成90.的.国外进口窑炉一般采用后者形式.在分析了各种形式的优缺点后,本文设计采取的形式是:90.入口,180.出口.采用与推进方向相反的180.出口炉门形式,有以下优点:一是延长了冷却段,使产品出窑温度进一步降低;二是出口横舱中有一列推板和产品,增加了对炉内气流的阻力,开门时有利于保持炉内压力,减少外部空气进入炉内而造成产品的氧化;三是开门点燃火幕时炉内喷出的火焰是沿着外循环轨道的方向,减少了对操作人员意外伤害的可能.炉门的开启时间对于保护气体的消耗量,产品的质量和加热元件的寿命都是有影响的。

因此在保证炉门和推进器运动平稳的前提下,要尽量减少开门的时间.炉门提升位置不要过高,产品高度够用即可,推进器推头退回时不要等到完全到位后炉门才动作.这些都可通过调整发讯行程开关的位置来解决.1.1.4推板推板又称移进板,推舟,作为承烧产品的载体,每炉都要经受预热,高温,冷却(包括水冷)等温度变化过程,还要经受产品的压力,前后推板的挤压力和滑道的摩擦力以及炉内气氛的侵蚀,因此,推板质量的好坏,关系到产品的质量,运行成本和运行过程中炉体的安全.金属化炉所用推板通常有耐火材料板,钼板.耐火材料推板最常用,一般为刚玉莫来石材质,与钼板相比价格便宜。

国内许多厂家都可生产,但也存在质量不稳定的问题,有掉粉,开裂断板,挥发物较多等现象.国外进口的耐火材料推板质量会好些,但价格较贵.钼板也有少数厂家使用,在寿命,耐磨性等方面优势明显,无断板,挥发物污染等问题,但价格极高,一套钼板的价格相当于一两台窑炉的价格,一般使用厂家承受不起,而且钼板不能在氧化气氛下使用,一旦炉内气氛出现问题,钼板的氧化损坏是相当严重的.还有的厂家采用复合板,即在耐火材料板外包一层薄钼板或钼带,目的是在耐火材料板断裂后不致散开,延长耐火板的使用周期,减少塞窑事故的发生.1.2电气控制部分1.2.1控温方式温度的控制方式是由可控硅及控温用智能化仪表(通常选用日本进口仪表)根据热电偶传来的温度信号按PID原理实现连续自动控制。

各加热组的温度数字显示,仪表带有超温报警等功能.由于钼的电阻率低,电阻温度系数大,电气控制系统需配备电压调整装置.1.2.2加热元件高温金属化炉一般使用金属钼制成的电热体.金属钼作为加热元件必须在保护气体中使用,在H2,氨分解气(体积百分比为75%H2与25%N2的混合气体)气氛中温度允许达到1800℃,在一定的湿氢条件下可以正常使用.钼加热体通常做成丝,带,棒等几种形式,国内金属化炉最常用的形式是钼丝.加热体在炉内的布置通常有三种方式:外绕式,内穿丝式和内挂式.外绕式是将钼丝缠绕在耐火材料炉管外侧,在炉管四周间接对产品加热.内穿丝式是将钼丝穿在耐火材料炉丝板内。

由炉丝板组成炉膛,对产品间接加热.内挂式是将钼丝或钼带挂在炉膛内侧,对产品直接加热.每种加热方式都有各自的特点,在分析了国内外同类炉型结构和使用效果后,作者认为:对于炉膛截面较大的高温金属化炉,采用内挂式安装电热体,直接加热的方式是较好的方案,因为前两种方案属于间接加热形式,发热体的温度比炉膛温度要高大约100~120℃.而直接加热时发热体的温度比炉膛温度只高约30~40℃,炉膛耐火材料所承受的温度较低,寿命更长.炉管和炉丝板的厚度较薄,本身的高温强度就较低,又与加热丝直接接触,因钼在高温下与耐火材料接触时会起化学作用,所以容易发生耐火材料损坏的现象。

造成塌炉等事故.有关资至鱼:困料指出:钼与Al2O3在1900℃时就会发生化学反应.Al2O3是炉膛高温耐火材料的主要成分,化学稳定性很好,耐火材料在成型和烧成时还要添加一些其它成分,使得钼和耐火材料发生反应的温度进一步降低.国内有些间接加热的钼丝炉在1400℃左右使用时就发生了炉管或炉丝板烧熔和塌顶的事故,据分析一方面与耐火材料的质量有关,另一方面与各种因素引起的局部过热有关.内挂式安装电热体由于钼丝(钼带)不与耐火材料直接接触,就可避免以上事故的发生.据了解,不论是国外进口的此种形式的窑炉还是近几年中础公司生产的十几台此种形式的窑炉。

都没有发生过类似事故.1.2.3热电偶高温金属化炉的控温热偶分为两大类:一种是铂铑热偶,另一种是钨铼热偶.铂铑热偶不能在H2气氛下使用,必须使用致密的刚玉保护套管.由于H2的分子直径很小,可渗透过刚玉瓷管壁,对铂铑丝造成腐蚀,所以还要向瓷管内充入N2等惰性保护气体.目前国产的热偶套管用于H炉中还不太过关,铂铑热偶的使用寿命很短.日美等国的产品质量相对好些,使用寿命较长,但价格也较贵.钨铼热偶可以在H2气氛下使用,不能在空气气氛下使用,价格比铂铑热偶要便宜许多,很适合用于高温金属化炉,目前国内许多厂家都使用这种热偶.但钨铼热偶也有它的缺点,

最主要的是在使用一段时间后输出信号产生漂移,造成测温不准,影响产品质量甚至造成超温事故.解决这一问题的办法是经常检测炉温,定期对热偶进行校验,及时调整控温仪表的温度设定值.1.3气路系统1.3.1气源种类高温金属化炉的主要保护气氛是H或氨分解气,主要用于炉膛内保护加热元件和满足烧结工艺对气氛的要求,炉内某些部位还要通入湿氢.次要保护气氛是N2,用于吹扫炉膛,开炉门时的气封,炉体某些运动部件的密封和H2气源发生故障时作为备用气源使用.其它气源还有煤气(液化气,天然气),压缩空气等,前者主要用于长明火,炉门火幕等处,后者用于炉门,传动机构的动力气源。

许多厂家为减少气源种类,直接用H2或氨分解气作为长明火和火幕气源,这样做也是可行的.国内目前使用最多的保护气体是氨分解气,其成分是H2占75%,N2占25%(体积比).在实际生困至二产过程中往往采用混合罐的形式,向氨分解气中加入N2,降低保护气体中H2的比例,其作用主要有:降低成本,安全生产,H2比例最低可降至2O%.在设备调试过程中也曾将H:比例降至30%,仍可满足产品金属化的要求,而且在这种H2比例条件下,与空气混合不会发生爆炸,可以做到真正的安全生产.1.3.2炉内进气点布置炉内气体的流动方向正常情况下是由炉尾向炉头流动,与产品行进方向相反。

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