一种多区域控制真空烧结炉及其温度场、气氛场控制方法

摘要

本发明公开了一种多区域控制真空烧结炉及其温度场、气氛场控制方法，属于粉末冶金技术领域，包括料箱（4），料箱（4）通过隔离塞（45）分隔成工作区（8）和气压调节区（9），隔离塞（45）可在料箱（4）内移动，所述隔离塞（45）上位于工作区（8）一侧设置有辅助加热装置（452）。通过调节工作区和气压调节区的气压差产生的推力来调节隔离塞的位置，从而调节工作区和气压调节区的空间体积的大小，在保证工作需求的条件下尽可能的将工作区体积调小，提高温度场和气氛场的均匀性。将加热装置置于料箱中并可以移动，可以控制加热位置，精准控制料箱内的温度分布，提高能源的利用率。

权利要求

1.一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，包括料箱（4），料箱（4）通过隔离塞（45）分隔成工作区（8）和气压调节区（9），隔离塞（45）可在料箱内移动，所述隔离塞（45）上位于工作区（8）一侧设置有辅助加热装置（452）；

所述料箱（4）内横向设置有若干层料板（43）将料箱（4）分隔成若干置物腔，每个置物腔中设置有纵向布置的隔离塞（45）将置物腔分隔成工作区（8）和气压调节区（9），隔离塞（45）可沿料板（43）平移；

位于工作区一侧的料箱（4）外设置有工作区抽真空管（413）、烧结气体入口气管（41）和烧结气体出口气管（42），每个置物腔均与烧结气体入口气管（41）、烧结气体出口气管（42）、工作区抽真空管（413）连通；

位于气压调节区（9）一侧的料箱（4）外设置有调节区抽真空管（414）、调节气体入口气管（46）和调节气体出口气管（47），每个置物腔均与调节气体入口气管（46）、调节气体出口气管（47）、调节区抽真空管（414）连通。

2.根据权利要求1所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述隔离塞（45）上下两侧面的两端开设有隔离塞滑槽（451），所述料板（43）上下两侧面的两端设置有导轨（431）与隔离塞滑槽（451）装配，所述料箱（4）内顶面、内底面的两端分别设置有顶面导轨（411）、底面导轨（412）与隔离塞滑槽（451）装配；所述隔离塞（45）采用柔性石墨复合密封材料制作。

3.根据权利要求1所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述料箱（4）外依次设置有保温层（3）、内壳（2）、外壳（1），烧结气体入口气管（41）、烧结气体出口气管（42）、调节气体入口气管（46）、调节气体出口气管（47）分别伸出外壳（1）外，烧结气体入口气管（41）、调节气体入口气管（46）内设置有质量流量计（11）。

4.根据权利要求3所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述内壳（2）底部的内侧壁上固设有放料台支架（71），放料台支架（71）穿过保温层，并在放料台支架（71）顶部设置有放料台（7），放料台（7）上安装有料箱（4）。

5.根据权利要求3所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述外壳（1）上设置有通气管（10），通气管（10）一端与内壳（2）、外壳（1）之间的空腔连通。

6.根据权利要求3所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述料箱（4）一方设有门洞，并设置有料箱门（48）与门洞呈开合式装配，位于料箱门（48）同一侧的外壳（1）、内壳（2）、保温层（3）均设有开口，并设置有箱体门（5）与外壳（1）的开口呈开合式装配。

7.根据权利要求1所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述料板（43）两侧面设置有料板滑槽（432），料箱（4）两内侧壁上设置有若干排凸条与料板滑槽（432）配合安装。

8.根据权利要求1所述的一种多区域控制真空烧结炉，其特征在于，所述料箱（4）内设置有压力和温度组合传感器（44）和氮化硅加热器（415）。

9.一种上述任一权利要求所述烧结炉的温度场、气氛场控制方法，其特征在于，通过调节气压调节区（9）的进气量，使工作区（8）和气压调节区（9）出现气压差，产生推力调节隔离塞（45）的位置，从而调节工作区（8）和气压调节区（9）的体积大小，并同步调节了辅助加热装置（452）的位置，使工作区（8）内气氛和温度分布均匀。

说明书

一种多区域控制真空烧结炉及其温度场、气氛场控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于粉末冶金技术领域，具体是一种多区域控制真空烧结炉及其温度场、气氛场控制方法。

背景技术

[0002] 烧结炉是将粉末压坯通过高温烧结获得所需结构的高温热处理炉具，粉末压坯在烧结中需要经历脱蜡、还原、合金化、组织转变等过程，这个过程中需要对烧结温度、保护气氛、压坯传送方式、加热和冷却速度等因素进行精准控制。因此，一个烧结炉的温度均匀性、烧结气氛都对烧结产品的质量有重要影响。

[0003] 现有的真空烧结炉为了获得更高的产能，通常会设计成一体式的大空间烧结炉，尽管能够同时加工更多的产品。但是由于各种因素，实际生产中经常存在需加工的产品不满一炉的情况，过大的空间会导致烧结炉内部的温度均匀性变差，从而影响产品的烧结质量。通常料箱内温度会有±10℃的差距，并且随着料箱空间加大，在升温过程中，由于热容、加热、保温等因素，不同区域的温差会更大，甚至出现±20℃的差距，这对加工产品来说是不容许的，一般允许的料箱温差不超过5℃。同时，过大的空间也会影响各区域的升温速度，这对于需要精准控制烧结温度和加热冷却速度的烧结过程影响极大，并且也会造成大量不必要的能耗。因此，如何在保证产能的同时提高烧结温度的均匀性是现有烧结炉亟需解决的一大问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种多区域控制真空烧结炉及其温度场、气氛场控制方法，可以根据实际生产量调节工作区空间大小，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 本发明提供一种多区域控制真空烧结炉，包括料箱4，料箱4通过隔离塞45分隔成工作区8和气压调节区9，隔离塞45可在料箱内移动，所述隔离塞45上位于工作区8一侧设置有辅助加热装置452。

[0006] 作为本发明进一步的方案：所述料箱4内横向设置有若干层料板43将料箱4分隔成若干置物腔，每个置物腔中设置有纵向布置的隔离塞45将置物腔分隔成工作区8和气压调节区9，隔离塞45可沿料板43平移；

[0007] 位于工作区一侧的料箱4外设置有工作区抽真空管413、烧结气体入口气管41和烧结气体出口气管42，每个置物腔均与烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42、工作区抽真空管413连通；

[0008] 位于气压调节区9一侧的料箱4外设置有调节区抽真空管414、调节气体入口气管46和调节气体出口气管47，每个置物腔均与调节气体入口气管46、调节气体出口气管47、调节区抽真空管414连通。

[0009] 作为本发明进一步的方案：所述隔离塞45上下两侧面的两端开设有隔离塞滑槽451，所述料板43上下两侧面的两端设置有导轨431与隔离塞滑槽451装配，所述料箱4内顶面、内底面的两端分别设置有顶面导轨411、底面导轨412与隔离塞滑槽451装配，所述隔离塞45采用柔性石墨复合密封材料制作。

[0010] 作为本发明进一步的方案：所述料箱4外依次设置有保温层3、内壳2、外壳1，烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42、调节气体入口气管46、调节气体出口气管47分别伸出外壳1外，烧结气体入口气管41、调节气体入口气管46内设置有质量流量计11。

[0011] 作为本发明进一步的方案：所述内壳2底部的内侧壁上固设有放料台支架71，放料台支架71穿过保温层，并在放料台支架71顶部设置有放料台7，放料台7上安装有料箱4。

[0012] 作为本发明进一步的方案：所述外壳1上设置有通气管10，通气管10一端与内壳2、外壳1之间的空腔连通。

[0013] 作为本发明进一步的方案：所述料箱4一方设有门洞，并设置有料箱门48与门洞呈开合式装配，位于料箱门48同一侧的外壳1、内壳2、保温层3均设有开口，并设置有箱体门5与外壳1的开口呈开合式装配。

[0014] 作为本发明进一步的方案：所述料板43两侧面设置有料板滑槽432，料箱4两内侧壁上设置有若干排凸条与料板滑槽432配合安装。

[0015] 作为本发明进一步的方案：所述料箱4内设置有压力和温度组合传感器44和氮化硅加热器415。

[0016] 本发明还提供一种上述烧结炉的温度场、气氛场控制方法，通过调节气压调节区9的进气量，使工作区8和气压调节区9出现气压差，产生推力调节隔离塞45的位置，从而调节工作区8和气压调节区9的体积大小，并同步调节了辅助加热装置452的位置，使工作区8内气氛和温度分布均匀。

[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0018] 1.本发明可以通过调节工作区和气压调节区的气压差产生的推力来调节隔离塞的位置，从而调节工作区和气压调节区的空间体积的大小。在保证工作需求的条件下尽可能的将工作区体积调小，提高温度场和气氛场的均匀性。

[0019] 2.将辅助加热装置置于料箱中并可以移动，可以控制加热位置，配合料箱内布置的氮化硅加热器，精准控制料箱内的温度分布，提高能源的利用率。

[0020] 3.能够根据待加工产品的尺寸来安装料板，合理划分料箱的空间体积，提高料箱有限空间的利用率，提高产量。

[0021] 4.外壳与内壳之间填充气体，减少热传导和对流热损失，避免外壳温度过高。

附图说明

[0022] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0023] 图1为本发明的结构示意图；

[0024] 图2为图1拆掉箱体门后的结构示意图；

[0025] 图3为图1的侧剖视图；

[0026] 图4为料箱的结构示意图；

[0027] 图5为料箱的侧视图；

[0028] 图6为图5中G‑G剖视图；

[0029] 图7为图6中H‑H剖视图；

[0030] 图8为图7中S‑S剖视图；

[0031] 图9为图7中V部放大图；

[0032] 图10为料板的结构示意图；

[0033] 图11为隔离塞的结构示意图。

[0034] 图中：1‑外壳，101‑栓座；2‑内壳；3‑保温层；4‑料箱；41‑烧结气体入口气管；42‑烧结气体出口气管；43‑料板；431‑料板导轨；432‑料板滑槽；44‑压力和温度组合传感器；45‑隔离塞；451‑隔离塞滑槽；452‑辅助加热装置；46‑调节气体入口气管；47‑调节气体出口气管；48‑料箱门；49‑进气支管；410‑出气支管；411‑顶面导轨；412‑底面导轨；413‑工作区抽真空管；414‑调节区抽真空管；415‑氮化硅加热器；5‑箱体门；51‑门栓；6‑箱体支腿；7‑放料台；71‑放料台支架；8‑工作区；9‑气压调节区；10‑通气管；11‑质量流量计。

具体实施方式

[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0036] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 实施例1，请参阅图1所示，本发明所述的多区域控制真空烧结炉，通过箱体支腿6稳定支撑，外壳1外形为圆筒形，外壳1一端开口作为进出料口，并于该端侧壁上设置栓座101，箱体门5与开口可开合式装配，可通过门栓51固定在栓座101上。箱体门5与外壳1接触位置设置有密封垫。烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42、调节气体入口气管46、调节气体出口气管47、工作区抽真空管413、调节区抽真空管414分别穿过外壳1。

[0038] 在本实施例中，请参阅图2所示，打开箱体门5，可见外壳1内依次设置有内壳2、保温层3、料箱4，料箱4设置于放料台7，并通过放料台支架71穿过保温层3固定于内壳2。烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42、调节气体入口气管46、调节气体出口气管47、工作区抽真空管413、调节区抽真空管414分别与料箱4连通。烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42、调节气体入口气管46、调节气体出口气管47另一端连通供气装置，并在管路上设置电磁阀进行供排气调节。烧结气体入口气管41、调节气体入口气管46内设置有质量流量计11。工作区抽真空管413、调节区抽真空管414分别连接真空系统。

[0039] 在本实施例中，所述料箱4一方设有门洞，并设置有料箱门48与门洞呈可开合式装配，料箱门48与箱体门5位于同一端，料板43和待加工产品通过该门洞进入料箱4。料箱门48与料箱4接触位置设有密封垫。

[0040] 在本实施例中，请参阅图3所示，所述外壳1上设置有通气管10，通气管10一端与内壳2、外壳1之间的空腔连通，另一端连通供气装置，并在管路上设置阀门进行供气调节，可往外壳1与内壳2之间的腔体内填充气体，减少热传导和对流热损失，避免外壳1温度过高。

[0041] 在本实施例中，请参阅图4‑7所示，所述料箱4为方体腔式结构，内部横向设置有四层料板43将料箱4分隔成五个置物腔，每个置物腔中设置有纵向布置的隔离塞45将置物腔分隔成工作区8和气压调节区9。所述隔离塞（45）采用柔性石墨复合密封材料制作。

[0042] 请参阅图11所示，所述隔离塞45上位于工作区8一侧设置有辅助加热装置452，所述隔离塞45上下两侧面的两端开设有隔离塞滑槽451。请参阅图10所示，所述料板43上下两侧面的两端设置有导轨431与隔离塞滑槽451装配。请参阅图5所示，所述料箱4内顶面、内底面的两端分别设置有顶面导轨411、底面导轨412与隔离塞滑槽451装配。因此，料箱4内最上面的一个置物腔内设置的隔离塞45，上端隔离塞滑槽451与顶面导轨411装配，下端的离塞滑槽451与导轨431装配；料箱4内最下面的一个置物腔内设置的隔离塞45，上端隔离塞滑槽451与导轨431装配，下端的离塞滑槽451与底面导轨412装配。从而，隔离塞45可在置物腔内平移。

[0043] 进一步地，所述料板43左右两侧面设置有料板滑槽432，料箱4两内侧壁上设置有若干排凸条与料板滑槽432配合安装，方便料板43的拆装，可以根据待加工产品的尺寸来合理选择料板43的安装位置。

[0044] 位于工作区8一侧的料箱4外设置有工作区抽真空管413，每个置物腔均与工作区抽真空管413连通；位于气压调节区9一侧的料箱4外设置有调节区抽真空管414，每个置物腔均与调节区抽真空管414连通。

[0045] 位于工作区8一侧的料箱4外设置有烧结气体入口气管41和烧结气体出口气管42，烧结气体入口气管41、烧结气体出口气管42分别位于料箱4两端，每个置物腔均通过进气支管49与烧结气体入口气管41连通，并通过出气支管410与烧结气体出口气管42连通。通过烧结气体入口气管41可以向工作区8注入烧结气体，烧结气体流经待加工产品后从烧结气体出口气管42流出。

[0046] 位于气压调节区9一侧的料箱4外设置有调节气体入口气管46和调节气体出口气管47，调节气体入口气管46、调节气体出口气管47分别位于料箱4两端，每个置物腔均通过进气支管49与调节气体入口气管46连通，并通过出气支管410与调节气体出口气管47连通。通过调节气体入口气管46可以向气压调节区9注入调节气体，并从调节气体出口气管47排出。

[0047] 请参阅图8、9所示，料箱4侧壁内嵌设有若干组压力和温度组合传感器44和氮化硅加热器415，即于料箱4侧壁每根凸条两侧布置有一排压力和温度组合传感器44和氮化硅加热器415。每层置物腔的压力和温度组合传感器44和氮化硅加热器415间隔布置若干组，使隔离塞45不论移动到何位置，都有压力和温度组合传感器44读取每层置物腔的工作区8两侧的温度、压力信息，并有氮化硅加热器415可以对工作区8进行加热。压力和温度组合传感器44测得的温度、压力信息反馈到控制系统控制管路上的电磁阀、氮化硅加热器415的启闭。本发明还提供一种上述烧结炉的温度场、气氛场控制方法，通过调节气压调节区9的进气量，使工作区8和气压调节区9出现气压差，产生推力调节隔离塞45的位置，从而调节工作区8和气压调节区9的体积大小，并同步调节了辅助加热装置452的位置，提高能源的利用率，利用有限元的思想，在保证工作需求的条件下尽可能的将工作区体积调小，实现工作区8内气氛和温度的均匀分布。

[0048] 综上所述，烧结炉的具体生产过程：

[0049] 根据待加工产品的尺寸大小，合理选择料板43的安装层数，并将待加工产品放置在料板43上，然后将料板43分层手动插入合适的料箱4内壁凸条上，将料箱在竖直方向上划分为置物腔。需要说明的是，也可以设置可放入料箱4的料板架，将放置有待加工产品的料板43插入料板架，再由料车将料板架送进料箱。

[0050] 在最上一层置物腔内将隔离塞45沿着导轨431、顶面导轨411装入，在最下一层置物腔内将隔离塞45沿着导轨431、底面导轨412装入，在中间层则将隔离塞45上下两导轨431装入，从而将每一层置物腔划分为工作区8和调节气体区9。

[0051] 依次关紧料箱门48、箱体门5。

[0052] 通过通气管10往外壳1与内壳2之间的腔体内填充气体，减少热传导和对流热损失，避免外壳1温度过高。

[0053] 真空系统通过工作区抽真空管413、调节区抽真空管414分别将工作区8、气压调节区9抽真空。

[0054] 通过烧结气体入口气管41向工作区8注入烧结气体，烧结气体流经待加工产品后从烧结气体出口气管42流出，烧结气体入口气管41内设置有质量流量计11，测量进气流量是否达到预设工作流量，并保持以预设工作流量供气。同时开启隔离塞45上的辅助加热装置452给工作区8内烧结气体加热。通过各压力和温度组合传感器44反馈的温度，可以判断隔离塞45的位置，从而得知工作区8两侧的温度，与预设温度比较，当离热源较远的压力和温度组合传感器测量温度低于预设温度允许偏差时，说明气氛和温度分布不均。

[0055] 调节气体出口气管47上的电磁阀处于关闭状态，并通过调节气体入口气管46向气压调节区9注入调节气体，使气压调节区9气压高于工作区8，从而促使隔离塞45向工作区8移动，减小工作区8空间，并使辅助加热装置452更靠近待加工产品，提高工作区8温度，直至工作区8温度达到工作要求，说明工作区8空间减小到适宜大小。并使工作区8、气压调节区9达到新的气压平衡，关闭调节气体入口气管46上的电磁阀，完成待加工产品的加工。在适宜的空间大小下，工作区8内各处的温度差值和气氛差值小，温度场和气氛场越均匀，能提高能源的利用率，更加节能。气压调节区9的气流调节气体入口气管46进入，可以从调节气体出口气管47流出，位于工作区8的压力和温度组合传感器44和位于气压调节区9的压力和温度组合传感器44随时向控制系统传输检测压力和检测温度，当检测到工作区8的压力过高时，控制调节气体出口气管47上的电磁阀开启，降低气压调节区9的压力，使隔离塞45向气压调节区9移动，避免工作区8加热过程中形成超高压，损伤待加工产品，或危害安全。当检测到工作区8的压力和温度低，开启气流调节气体入口气管46上的电磁阀，注入适量调节气体。

[0056] 料箱内侧点阵布置若干氮化硅加热器415，根据相应区域的压力和温度组合传感器44反馈料箱4内实时温度信息来控制该区域内氮化硅加热器415的工作状态，实现网格化温度管理。当不同区域内的压力和温度组合传感器44检测的正常加工温度相差较大，比如相差5‑20℃，可调节低温区域内的氮化硅加热器415的温度以及隔离塞45上的辅助加热器452的位置达到精准控制料箱内的温度分布的目的。所有氮化硅加热器415上带有位置感应装置，当氮化硅加热器415感应到隔离塞45从氮化硅加热器415自远工作区侧向近工作区侧移动且整个隔离塞45划过该氮化硅加热器415，则该氮化硅加热器415停止加热。使位于气压调节区9的氮化硅加热器415停止工作，提高能源的利用率。

[0057] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。