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保證鐘罩爐氣氛和爐溫均勻性的有效措施
對(duì)生產(chǎn)型燒結(jié)爐來(lái)說(shuō),重點(diǎn)應(yīng)解決有效工作區(qū)內(nèi)的溫度和氣氛均勻性,只有溫度和氣氛均勻性滿足一定的要求,才能保證批量燒結(jié)產(chǎn)品的一致性。那么如何才能保證鐘罩爐氣氛和爐溫均勻性呢?
在鐘罩爐氣氛燒結(jié)過(guò)程中,每一時(shí)刻的溫度與氣氛要求是要一一對(duì)應(yīng)的。在間歇工作的鐘罩式氣氛燒結(jié)爐中,溫度是一條實(shí)時(shí)變化的曲線,則氣氛也是一條實(shí)時(shí)變化的曲線,只有兩條曲線同步運(yùn)行,才能保證一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。對(duì)生產(chǎn)型燒結(jié)爐來(lái)說(shuō),更重要的是要保證溫度與氣氛曲線在空間的一致性,對(duì)溫度和氣氛曲線中的平臺(tái)段,這是容易實(shí)現(xiàn)的,只要時(shí)間足夠長(zhǎng)就總能達(dá)到熱平衡和氣氛平衡狀態(tài),關(guān)鍵是升降溫過(guò)程中溫度和氣氛保持一致,即溫度、氣氛同步動(dòng)態(tài)均勻。只有這樣才能提高產(chǎn)品的一致性和成品率。
事實(shí)上,溫度與氣氛的均勻是相互矛盾和相互依存的。一方面,溫度過(guò)于均勻不利于氣體的擴(kuò)散,即氣氛均勻速度慢。另一方面,若氣氛是均勻的,溫度有可能不均勻,不均勻的溫度必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)流破壞氣氛的均勻。解決這個(gè)矛盾的方法是加快氣體對(duì)流,使溫度、氣氛均趨于均勻。
綜上考慮,在設(shè)計(jì)中主要對(duì)鐘罩爐和鐘罩爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)采取了如下措施:
(1)通過(guò)配置控制計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)溫度和氣氛曲線在時(shí)間軸上的同步運(yùn)行。
(2)全陶瓷纖維爐襯。多年研制設(shè)備的實(shí)踐證明,全陶瓷纖維爐比磚砌爐的溫度均勻性要好一些,因?yàn)槔w維爐襯的保溫性能好,散熱緩慢而均勻:同時(shí)因其惰性小為快速升降溫提供了可能。
(3)分區(qū)分段加熱控溫。生產(chǎn)型燒結(jié)爐爐腔大,上下分布溫差可能超出設(shè)計(jì)要求;同時(shí),擺料可能也不均勻,各處吸放熱不一致也將造成溫差。
分區(qū)分段加熱控溫,就是在工件堆兩側(cè)布置多根加熱器,分區(qū)分組分別控制加熱,以補(bǔ)償各處的溫差。詳細(xì)的可以參考《多溫區(qū)功率自動(dòng)平衡技術(shù)》
(4)分堆擺料,減小加熱距離。將料堆分開(kāi),料堆之間保持一定的空隙,并在分開(kāi)的料堆之間插入加熱器,縮短傳熱距離,增大工件的輻射受熱面積,形成氣體擴(kuò)散通道,方便氣體擴(kuò)散,減小承燒板中部與邊緣的傳導(dǎo)溫差與氣氛差,使承燒板上的所有工件盡可能同步吸放熱和浸潤(rùn)新鮮氣氛,進(jìn)而保持溫度或氣氛的一致。
(5)氣體循環(huán)強(qiáng)制冷卻。降溫時(shí)采用強(qiáng)制風(fēng)冷,加大工件周?chē)臍饬?,?qiáng)化對(duì)流傳熱,帶走熱量,加速降溫;同時(shí)強(qiáng)制風(fēng)冷加快了氣體的對(duì)流,使溫度、氣氛趨于均勻,改善降溫過(guò)程的溫度氣氛均勻性;氣體循環(huán)使用,因?yàn)榻禍剡^(guò)程是漸趨無(wú)氧的過(guò)程,若通人高純氮?dú)鉂u漸置換排空,浪費(fèi)很大,將氮?dú)饣厥昭h(huán)再利用無(wú)疑是有價(jià)值的。
(6)多點(diǎn)進(jìn)氣。在爐墻上布置多個(gè)送氣噴嘴,氣體經(jīng)多點(diǎn)進(jìn)入爐膛,流過(guò)工件后,從爐膛上部排出,使盡可能多的工件都得到新鮮氣氛的作用以及短的作用時(shí)間。
綜上所述,沒(méi)有單一作用的技術(shù),也沒(méi)有哪條技術(shù)措施是獨(dú)立的、起決定作用的。各種技術(shù)的應(yīng)用都是相輔相成,缺一不可的。一方面全陶瓷纖維爐襯,分堆擺料,為快速、均勻的升降溫消除了障礙;循環(huán)型強(qiáng)制風(fēng)冷加速了降溫速率;
另一方面,氣體循環(huán),氣流速度較快,促進(jìn)了溫度、氣氛的均勻,同時(shí)多點(diǎn)送氣、分堆擺料使氣流充分圍繞工件運(yùn)動(dòng),使工件得以滋潤(rùn)在新鮮及時(shí)的氣氛中,溫度、氣氛的均勻性得到保證。
特別是分堆擺料,看似沒(méi)有什么技術(shù)含量,實(shí)則蘊(yùn)藏著深?yuàn)W的技術(shù)底蘊(yùn),易被設(shè)計(jì)和用戶忽略。總之分堆擺料、多點(diǎn)送氣和氣體循環(huán)等共同作用,形成穩(wěn)定的、升降溫過(guò)程均勻的溫度和氣氛?qǐng)龅木C合設(shè)計(jì)思想是這種鐘罩式氣氛燒結(jié)爐的大創(chuàng)新點(diǎn)。
在鐘罩爐氣氛燒結(jié)過(guò)程中,每一時(shí)刻的溫度與氣氛要求是要一一對(duì)應(yīng)的。在間歇工作的鐘罩式氣氛燒結(jié)爐中,溫度是一條實(shí)時(shí)變化的曲線,則氣氛也是一條實(shí)時(shí)變化的曲線,只有兩條曲線同步運(yùn)行,才能保證一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。對(duì)生產(chǎn)型燒結(jié)爐來(lái)說(shuō),更重要的是要保證溫度與氣氛曲線在空間的一致性,對(duì)溫度和氣氛曲線中的平臺(tái)段,這是容易實(shí)現(xiàn)的,只要時(shí)間足夠長(zhǎng)就總能達(dá)到熱平衡和氣氛平衡狀態(tài),關(guān)鍵是升降溫過(guò)程中溫度和氣氛保持一致,即溫度、氣氛同步動(dòng)態(tài)均勻。只有這樣才能提高產(chǎn)品的一致性和成品率。
事實(shí)上,溫度與氣氛的均勻是相互矛盾和相互依存的。一方面,溫度過(guò)于均勻不利于氣體的擴(kuò)散,即氣氛均勻速度慢。另一方面,若氣氛是均勻的,溫度有可能不均勻,不均勻的溫度必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)流破壞氣氛的均勻。解決這個(gè)矛盾的方法是加快氣體對(duì)流,使溫度、氣氛均趨于均勻。
綜上考慮,在設(shè)計(jì)中主要對(duì)鐘罩爐和鐘罩爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)采取了如下措施:
(1)通過(guò)配置控制計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)溫度和氣氛曲線在時(shí)間軸上的同步運(yùn)行。
(2)全陶瓷纖維爐襯。多年研制設(shè)備的實(shí)踐證明,全陶瓷纖維爐比磚砌爐的溫度均勻性要好一些,因?yàn)槔w維爐襯的保溫性能好,散熱緩慢而均勻:同時(shí)因其惰性小為快速升降溫提供了可能。
(3)分區(qū)分段加熱控溫。生產(chǎn)型燒結(jié)爐爐腔大,上下分布溫差可能超出設(shè)計(jì)要求;同時(shí),擺料可能也不均勻,各處吸放熱不一致也將造成溫差。
分區(qū)分段加熱控溫,就是在工件堆兩側(cè)布置多根加熱器,分區(qū)分組分別控制加熱,以補(bǔ)償各處的溫差。詳細(xì)的可以參考《多溫區(qū)功率自動(dòng)平衡技術(shù)》
(4)分堆擺料,減小加熱距離。將料堆分開(kāi),料堆之間保持一定的空隙,并在分開(kāi)的料堆之間插入加熱器,縮短傳熱距離,增大工件的輻射受熱面積,形成氣體擴(kuò)散通道,方便氣體擴(kuò)散,減小承燒板中部與邊緣的傳導(dǎo)溫差與氣氛差,使承燒板上的所有工件盡可能同步吸放熱和浸潤(rùn)新鮮氣氛,進(jìn)而保持溫度或氣氛的一致。
(5)氣體循環(huán)強(qiáng)制冷卻。降溫時(shí)采用強(qiáng)制風(fēng)冷,加大工件周?chē)臍饬?,?qiáng)化對(duì)流傳熱,帶走熱量,加速降溫;同時(shí)強(qiáng)制風(fēng)冷加快了氣體的對(duì)流,使溫度、氣氛趨于均勻,改善降溫過(guò)程的溫度氣氛均勻性;氣體循環(huán)使用,因?yàn)榻禍剡^(guò)程是漸趨無(wú)氧的過(guò)程,若通人高純氮?dú)鉂u漸置換排空,浪費(fèi)很大,將氮?dú)饣厥昭h(huán)再利用無(wú)疑是有價(jià)值的。
(6)多點(diǎn)進(jìn)氣。在爐墻上布置多個(gè)送氣噴嘴,氣體經(jīng)多點(diǎn)進(jìn)入爐膛,流過(guò)工件后,從爐膛上部排出,使盡可能多的工件都得到新鮮氣氛的作用以及短的作用時(shí)間。
綜上所述,沒(méi)有單一作用的技術(shù),也沒(méi)有哪條技術(shù)措施是獨(dú)立的、起決定作用的。各種技術(shù)的應(yīng)用都是相輔相成,缺一不可的。一方面全陶瓷纖維爐襯,分堆擺料,為快速、均勻的升降溫消除了障礙;循環(huán)型強(qiáng)制風(fēng)冷加速了降溫速率;
另一方面,氣體循環(huán),氣流速度較快,促進(jìn)了溫度、氣氛的均勻,同時(shí)多點(diǎn)送氣、分堆擺料使氣流充分圍繞工件運(yùn)動(dòng),使工件得以滋潤(rùn)在新鮮及時(shí)的氣氛中,溫度、氣氛的均勻性得到保證。
特別是分堆擺料,看似沒(méi)有什么技術(shù)含量,實(shí)則蘊(yùn)藏著深?yuàn)W的技術(shù)底蘊(yùn),易被設(shè)計(jì)和用戶忽略。總之分堆擺料、多點(diǎn)送氣和氣體循環(huán)等共同作用,形成穩(wěn)定的、升降溫過(guò)程均勻的溫度和氣氛?qǐng)龅木C合設(shè)計(jì)思想是這種鐘罩式氣氛燒結(jié)爐的大創(chuàng)新點(diǎn)。