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摘 要:介绍了2100℃高温真空氢气烧结炉的技术性能及结构,阐述了设备的工作过程和机构特点,指出了安装调试过程中遇到的问题和解决办法,目前此种设备已设计10多台套,广泛地应用于电子材料以及其它特种材料行业中.
关键词:真空氢气烧结炉 真空 氢气 加热器 控制系统
中图分类号:TK175 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)03(c)-0011-02
高温真空、氢气烧结炉作为一种在真空和氢气两种状态下烧结新型材料的设备,一台设备可以工作在不同两中环境下的设备,此设备广泛应用于特种陶瓷的烧结和电子材料的烧结.本文介绍一种由我们自行设计研制的2100℃高温真空氢气烧结炉,其特点:(1)加热器采用钨丝网编制和焊接加工而成,依靠钨丝网加热器上的三个引出电极固定在上炉盖的电极上,钨丝网加热器表面复合低,使用寿命长.(2)采用高精度控制仪器,控温精度高,均温区温差±6℃.(3)加热器外部的反射屏采用整体悬挂式全金属屏结构,使得反射屏的高温变形量已得到控制.(4)设备的控温采用日本导电FP23高精度温控仪,使得设备的升降温可按工艺设定曲线运行,以满足不同工艺要求.(5)传动系统由涡轮蜗杆减速机控制升降,减速机带动涡轮传动到滚珠丝杠上带动下炉盖升降传动,滚珠丝杠和导向杆是垂直和平行安装,保证炉盖的定位和平稳.此传动机构紧凑,滚珠丝杠不受到扭矩、弯矩的作用,式丝杠处于最佳受力状态.(6)设备的使用状态分为真空和氢气两种工作环境,可分别单独控制使用,根据烧结材料的特性选择工作环境及工艺曲线.真空环境使用时设备的氢气控制系统停止,则在氢气环境下使用真空系统停止.目前此设备已通过生产长期检验,其性能指标均达到了设计要求,广泛应用于电子行业和其它特种材料行业.
1.设备的性能参数及构成
1.1 设备性能参数
最高温度 2100℃
烧结温度 2000℃
控温精度 ±1℃
均温区温度精度 ±6℃
有效均温区尺寸 φ205mm×高300mm
加热器尺寸 φ290mm×620mm
加热器形式 钨丝网发热体,单区三相Y形
加热功率 120kW
供电方式 输入端 380V(±10％)三相 50Hz
升温速率 5～8℃/min (1300℃以下),3～5℃/min (1300℃以上)
隔热屏 5层钨屏＋7层钼屏(共12层)
极限真空度 5.0E-论文范文a
工作真空度 1.0E-2Pa
升压率 小于1Pa/h
装料方式 上装料方式,手动升降,炉盖旋转
工作环境 高真空或氢气环境
测温方式 钨铼热电偶WRe5/26
真空测量 ZDF-III-LED复合真空计,电阻规管ZJ-52T和ZJ-27电离规管
水路系统 供水压力及耗量
0.3～0.4MPa 4T/h
气体耗量 H2≤4(压力1.5-2.5kPa)立方每小时,N2≤6(压力1.5-2.5kPa)立方每小时
1.2 设备的构成
2.100℃高温真空氢气烧结炉是由11个部件组成,其详细结构见图1,2.
2.设备各部分工作过程及结构
(1)炉体.炉体为立式圆筒形,炉体下端为椭圆封头,上炉盖为球冠形封头,上炉盖与炉体用密封圈密封,以上均采用双层水冷结构,内层不锈钢,外层为优质碳钢,夹层内有不锈钢隔水环,以使冷却均匀无死区,炉体上设有水冷电极、热电偶、真空管道,炉筒上部有引出电极,在炉底上用3个钨支撑杆,用以支撑料盘.
(2)炉内隔热屏.为保证真空所需要的高洁净度及生产工艺,反射屏采用全金属结构,内5层为钨屏,接着为7层钼屏,所有侧隔热屏通过钨杆悬挂在高温不锈钢筒上.所有隔热屏采用最新工艺,单片之间的膨胀互不干涉,可有效的消除热变形.
(3)加热器.加热器采用钨丝网加热体,三相星形接法,加热功率为120KW.加热电源采用可靠先进的调压器,正常使用时免维护.采用钨丝网加热体可有效的降低加热器的表面负荷,提高加热器的使用寿命.
(4)测温装置.采用WRe5/26钨铼热电偶外套钨保护管进行控温测温,工作可靠、性能稳定,寿命长.
(5)真空系统.采用2X-30旋片泵和K-300T油扩散泵组合对炉子进行抽空.油扩散选用兰州真空公司,旋片泵选用四川南光真空公司产品,真空阀门选用上海阀门二厂,均为国内知名品牌.
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(6)水冷系统:总进水管上装有管道过滤器、电接点压力表,在冷却水回水管路上装有流量开关、供水压低、缺水、报警以及联锁保护用.各个加热电极水冷部位采用快卸结构,方便清洗检修.
(7)升降机构及平台:平台由标准型钢组成框架和支腿,上铺钢板,外形美观.(图3)
3. 电控系统
真空氢气烧结炉炉系统控制采用日本欧姆龙PLC可编程控制器和昆仑通态上位触摸屏实现人机对话.欧姆龙PLC和上位触摸屏之间通过以太连接,实现数据交换.欧姆龙PLC控制器主要控制真空氢气烧结炉炉的真空系统和氢气工作状态下阀门的逻辑控制,报警信号的采集,炉子具有过流、短路、缺水、超温、联锁、互锁等完善的自动保护措施,出现故障时立即发出声光报警,延时数分钟后才切断加热电源,以留出必要的时间供操作者判断及处理故障,重要故障发出报警后立即执行.上位触摸屏实现人机对话画面:真空系统控制画面,气路系统控制画面,温度曲线监控画面.为避免突然断电引起炉子工作失常,系统安装有在线式UPS不间断电源,当突然停电时,可维持原始控制系统0.5小时,5分钟来电后即可从原工作状态执行程序.关键器件均为进口产品,用户可放心使用.控制柜装有通风散热以及自动照明装置.温度控制选用日本导电温度控制仪,实现温度曲线的设定和温度的控制.用无纸记录仪时时记录温度曲线,可实现拷贝打印功能.
温度控制采用1支WRe5/26铠装热电偶采集温度,日本导电FP23高精度温控仪表进行温度工艺曲线控制.日本导电FP23高精度温控仪表和上位触摸屏通过RS485通讯协议实现温度曲线的在线观测和记录.
真空系统和上位触摸屏也是通过RS485通讯协议实现真空度的在线检测和记录.(图4)
4.外观及布局
设备整体布局紧凑合理,操作维护方便,电控柜、配气柜、供水柜均采用喷塑处理,设备整体采用光亮喷漆,局部零件电镀以及发黑处理,显得外形美观大方.
5.调试、设计过程中注意问题
通过多台同类设备的组装调试,设备各方面性能指标均达到或由于设计要求,得到了用户的认可.
6.结语
2100℃高温真空氢气烧结炉经过不断改进,设备性能稳定,运行良好,技术参数达到客户的要求,在此基础上又开发了2400℃高温真空炉.
参考文献
[1]王诗宓.自动控制理论.北京:清华大学出版社,2007.
[2]王天泉.电阻炉设计.北京:航空工业出版社,2000.
[3]张继玉.真空炉设计.北京:冶金工业出版社,1994.
总结：该文是关于真空氢气论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
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