一种硬质合金压力烧结炉串级控温装置的制作方法

本实用新型属于烧结设备技术领域，具体涉及一种硬质合金压力烧结炉串级控温装置。

背景技术：

对于硬质合金压力烧结炉来说，最重要的性能指标是炉内碳气氛均匀性和炉内温度均匀性，而炉内碳气氛均匀性在某种程度上受脱蜡阶段(低温段室温～600℃)温度均匀性的影响。因为低温阶段温度不均匀会造成温度高的位置先脱蜡，温度低的位置后脱蜡，造成炉内产品脱蜡程度不一致，引起产品碳气氛不均匀。尤其对于目前国内普遍采用的H₂脱蜡工艺来说，低温阶段的温度均匀性直接影响到了碳气氛均匀性。即炉内高温和低温均匀性是影响压力烧结炉性能的关键指标。

就目前国外进口的最好的500*500*1800压力烧结炉来说，在H₂脱蜡状态下，低温段(室温～600℃)升温过程中，炉内低温均匀性极差为50～60℃，需要保温150分钟左右产品区内达到平衡时，温度均匀性极差为18℃。这样造成炉内产品在脱蜡阶段在炉内低温达到平衡之前的各温度段产品脱蜡时间长短不一样，产品碳量差异大，产品气氛不均匀，钴磁均匀性差。同时大大延长了产品脱蜡的工艺时间，浪费了电能和H₂消耗，脱蜡效率低下。另外在高温阶段炉内温度极差指标为14℃，造成产品高温均匀性差，产品磁力均匀性差。

目前国内外压力烧结炉热电偶检测和控温结构均在石墨料盒外检测和控温，如图1所示：热电偶1在石墨料盒4外面，直接检测的发热体的温度。而实际工艺需要控制的是石墨料盒内产品区5的温度，这两个温度点温度会有较大差异，尤其在低温阶段差异会非常大。针对500*500*1800德国进口炉子这种传统结构的热电偶安装和控温方式，在低温段(室温～600℃)升温过程中，以一个温度点(380℃)升温段为例，使用另外的九支软体热电偶分布在料盒内产品区5的不同位置的九个点，检测产品区5内九个点的温度，结果九个点的温度极差为50～60℃，且产品区5的温度与工艺设定温度，即第一热电偶1的温度相差70℃，这种内外温度差异和内部各个点温度差异需要保温150分钟以后才能逐步缩小到产品区5温度与工艺设定温度，即第一热电偶1温度相差10℃，而产品区5内各个点温度极差18℃。这么大的温差在低温脱蜡阶段对于产品气氛均匀性影响是致命的。同时这种传统热电偶安装和控温方式在高温阶段，采用高温测温陶瓷环测量产品内5温度与工艺设定温度，即第一热电偶1的温度相差20℃，且产品区内各个点同样也采用高温测温陶瓷环测量炉内三十二个点温度相差14℃，这样的温度差异将影响产品工艺温度的设定准确性以及产品磁力均匀性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种硬质合金压力烧结炉串级控温装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种硬质合金压力烧结炉串级控温装置，包括烧结炉炉体内从外至内依次设置的保温桶、发热体以及石墨料盒，还包括主温度控制器、与主温度控制器串联的辅助温度控制器、前置于石墨料盒内的括第一热电偶、前置于发热体与石墨料盒之间的第二热电偶、与辅助温度控制器输出端连接的调功器以及与调功器输出端连接的变压器，所述第一热电偶与主温度控制器输入端连接，所述第二热电偶与辅助温度控制器的输入段连接。

优选地，所述第一电热偶通过开设于石墨料盒壁上的电热偶插孔设置在石墨料盒上。

优选地，所述第一热电偶通过石墨动密封装置设至于热电偶插孔上。

优选地，所述墨动密封装置包括孔塞、塞帽以及密封片，孔塞设置于热电偶孔内，塞帽设置于孔塞的前端，密封片设置于孔塞和塞帽的间隙内。

优选地，所述第一热电偶与孔塞、塞帽间均具有热膨胀间隙，所述密封片与孔塞的侧壁间有热膨胀间隙。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的硬质合金压力烧结炉串级控温装置通过内外级联热电偶安装和控温方式，能有效提高炉内产品区低温及高温均匀性指标，改善产品钴磁和磁力均匀性，有效缩短产品脱蜡及烧结保温时间，提高烧结生产效率的同时提高硬质合金产品烧结性能指标，为国内硬质合金压力烧结炉温度均匀性指标超过国外同类进口压力烧结炉温度均匀性指标奠定了基础。

附图说明

图1是现有技术中温控设计图；

图2是本实用新型的温控设计图；

图3是本实用新型的温控设计剖面图；

图4是本实用新型串级控温原理图。

附图标记说明：1、第一热电偶；2、保温桶；3、发热体；4、石墨料盒；5、产品区；6、第二热电偶。

具体实施方式

实施例

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明，为更便于突显现有技术和本实用新型的对比性，对于相同的零部件采用相同的零件编号。

如图2-3所示，本实用新型的硬质合金压力烧结铝串级控温装置，包括保温桶2、发热体3、石墨料盒4、第一热电偶1、第二热电偶6、主温度控制器T1C、辅助温度控制器T2C、调功器CTR以及变压器TS。

保温桶2、发热体3以及石墨料盒4从外之内依次设置于烧结炉炉体内，石墨料盒4内设有产品区5。第一热电偶1前置于石墨料盒4里面产品区5内，第二热电偶6前置于石墨料盒4和发热体3之间。辅助温度控制器T2C与主温度控制器T1C串联。主温度控制器T1C的输入端与第一热电偶1连接。辅助温度控制器T2C的输入端与第二热电偶6连接，输出端与调功器CTR的输入端连接。变压器TS的输入端和输出端分别与调功器CTR输出端、发热体3相连接。主温度控制器T1C的输出控制信号(0-10V电压信号)通过西门子串级控温模块(FM 355C PID Control)的软硬件设置和接线作为辅助温度控制器T2C的设定值信号，而辅助温度控制器T2C的输出控制信号(4-20mA电流信号)作为调功器CTR和变压器TS的执行信号。

石墨料盒4壁上设置有热电偶插孔，为保证密封需要，热电偶插孔处设置有石墨动密封装置，第一热电偶1通过石墨动密封装置设置在石墨料盒4上。石墨料盒4截面为环形，产品区5位于石墨料盒4的中心处。石墨动密封装置可以保证热电偶局部左右和轴向微小移动，以消除第一热电偶1和石墨料盒4在加热和冷却过程中热胀冷缩引起的微小位移，保证石墨料盒4的整体密封性。值得说明的是，石墨动密封装置的具体结构并没有特殊的限制。在本实施例中，石墨动密封装置包括孔塞、塞帽以及密封片。孔塞设置于热电偶孔内，塞帽设置于孔塞的前端，密封片设置于孔塞和塞帽的间隙内。第一热电偶1与孔塞、塞帽间均具有热膨胀间隙。密封片与孔塞的侧壁间有热膨胀间隙。

第一热电偶1作为产品区5产品的主要控温热电偶，控制产品区5产品的实际温度达到产品设定的实际工艺温度。而第二热电偶6作为产品区5的辅助热电偶，主要起到消除主控制热电偶由于伸入石墨料盒4产生的温度严重滞后的影响。

如图3所示，第一热电偶1检测的温度信号反馈至主温度控制器T1C，第二热电偶6检测的温度信号反馈至辅助温度控制器T2C。主温度控制器T1C根据工艺设定值S1及第一热电偶1的反馈值控制输出信号作为辅助温度控制器T2C的设定值，辅助温度控制器T2C根据前述设定值及第二热电偶6的反馈值控制输出信号，最终辅助温度控制器T2C的输出信号作为调功器CTR和变压器TS的执行信号，通过该执行信号控制发热体3的加热功率，从而使产品区5的工艺设定值和检测值接近。

实验例

下面将通过发明人对本实用新型进行的实验例，对本实用新型进行进一步的说明，以进一步展示本实用新型的优点。

如图2-3所示，以500*500*1800型压力烧结炉为例，同时通过采用本实用新型的热电偶安装和检测方式以及串级控温方式，在低温段(室温～600℃)升温过程中，同样以温度点380℃升温段为例，使用九支软体热电偶分布在石墨料盒4内产品区5不同位置的九个点，检测产品区5内九个点的温度，九个点的温度极差为18℃，且产品区5的温度与工艺设定温度，即第一热电偶1相差20℃，这种内外温度差异和内部各个点温度差异在保温30分钟以后就缩小到产品区5温度与工艺设定温度，即第一热电偶1相差10℃，且产品区5内各个点温度极差13℃。同时在高温段，采用高温测温陶瓷环测量石墨料盒内产品区5的温度与工艺设定温度，即第一热电偶5的温度相差5℃，且产品区5内各个点同样也采用高温测温陶瓷环测量炉内三十二个点温度相差9℃。因此本实用新型的温控设置无论是低温段产品区5内各个点的温度均匀性，还是高温均匀性，以及产品区5内温度与工艺设定温度差值，相对于传统热电偶安装和控温方式都有非常大的性能改善，该种热电偶安装和控温方式经实际烧结硬质合金产品，测试钴磁(受炉子低温均匀性影响)和磁力(受炉子高温均匀性影响)均匀性极差由原来0.3％/1.0KA/M，变为0.05％/0.64KA/M，大大改善了产品钴磁和磁力均匀性，该项技术突破了国际国内市场上现有硬质合金压力烧结炉温度均匀性指标，提升了硬质合金压力烧结炉整体技术实力，在温度均匀性指标上超过同类进口设备技术水平。

此外，本发明人将该串级控温装置在公司生产的两台压力烧结炉上使用近半年验证，无论是低温均匀性还是高温均匀性指标，以及生产效率和产品质量相对于同类进口压力炉均有大幅提高，充分证实本实用新型的实用性。

整体而言，本发明专利主要针对硬质合金压力烧结炉温度均匀性指标提升，增加了一种内外级联热电偶安装和控温方式，该装置和控温方式能大大提高炉内产品区5低温及高温均匀性指标，改善产品钴磁和磁力均匀性，可有效缩短产品脱蜡及烧结保温时间，提高烧结生产效率的同时提高了硬质合金产品烧结性能指标，为国内硬质合金压力炉温度均匀性指标超过国外同类进口压力炉温度均匀性指标奠定了基础。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。