中温氮气烧结炉加热及通风系统设计.doc

中温氮气烧结炉加热及通风系统设计 指导老师： 周杰敏老师 （安徽农业大学工学院 04级机械设计制造及自动化专业 ） 【摘 要】本设计主要从炉体优化，加热通风系统的改进，以及提高设备在长期的工作中保持可靠的封气和隔热效果来介绍中温氮气烧结炉的研制及设计过程。这种烧结炉要求节能、节气、环保、高效，能够满足社会主义市场经济又好又快发展的需求。在基础工业不断现代化，即传统的制造技术与计算机技术、信息技术自动化技术、新材料技术、现代管理技术的紧密结合，市场竞争更趋于白日化，产品的质量不仅要求更加严格，同时在如何提高效率、效益、保护环境方面也更上一层楼，因此对本设计中新型氮气烧结炉的研制与设计急不可待。本设计包括总体图、主要部件装配图、主要零件图。侧重于加热循环系统的设计，即风循环系统、风扇系统设计。 关键词：通风系统改进；中温氮气烧结；优质高效低耗 1.引言钢背－铜粉－改性PTFE三层复合自润滑轴承材料（简称DU材料）是60年代末英国GLACIER公司发明的一种新型自润滑轴承材料，由于其综合机械性能和导热性能优良，抗磨减摩性能好，特别是可在无油润滑条件下工作，对配偶材料磨损低，自问世以来很快在机械领域中推广应用。我国从70年代末，在参照国外产品的基础上开始了国产三层复合材料的开发与应用，并在其制备技术、摩擦学特性分析和性能改善，以及轴承设计中摩擦学问题的研究方面开 展了很多工作。特别是90年代以来，随着先进机械技术的引进和交流，国产三层复合材料的应用和行业生产也进入了一个新的发展时期。但是与先进工业国家产品质量相比，国产三层复合材料的品质仍存在较大差距。 目前，国内对三层复合材料的塑化烧结主要使用上海实验仪器厂的箱151型炉作为烧结装置。这种烧结方式主要在空气气氛中加热烧结，这种烧结方式的严重不足是，DU材料层中的填料如铅粉、铜粉等成份在高温下氧化反应、使复合层的成份和组织结构发生变化，并导致使用性能特别是摩擦磨损性能的降低。因此，改进金属基与氟塑材料层的复合方法，对于提高DU材料的性能，进一步拓宽其使用范围就具有很大的现实意义。基于这种思想我们在研究烧结气氛对氟塑料复合自润滑材料摩擦学性能影响的基础上，提出了氮气保护烧结DU材料的工艺方法，并研制开发了新型高效节能氮气保护烧结装置—中温氮气烧结炉。 1.1　中温氮气烧结炉的技术要求及技术关键问题 1.1.1　中温氮气烧结炉的技术要求 为了保证烧结出具有优良摩擦磨损性能和综合使用性能的DU材料要求塑化烧结设备具有以下三个要求： (1) 炉内温度均匀、温度波动小，使三层复合材料在最佳温度下塑化烧结； (2). 炉内外伸的传动元件在高速运转下要有良好的动态密封，减少窜气和氮气泄漏，使设备在长期工作中保持可靠的封气和隔热效果，尽量避免烧结高温下炉内三层复合材料的氧化； (3). 提高炉膛内塑化烧结区的温度控制精度，以满足氟塑料充分塑化对控温精度的要求。 1.1.2中温氮气烧结炉技术关键问题 (1) 如何在炉膛内减小温度场的分布梯度，使炉内温度充分均匀、温度波动达到最小； (2) 如何提高炉膛内塑化烧结区的温度控制精度，以满足氟塑料充分塑化对控温精度的要求； (3).如何设计炉内外伸的传动元件在高速运转下的动态密封结构，使设备在长期工作中保持可靠的封气和隔热效果； (4).如何避免在炉膛内特别是炉底部出现局部高温区，保证撒落到炉底的氟塑料颗粒不过热分解出剧毒的氟化氢气体，以避免对操作人员造成身体伤害和对环境的污染。 为解决这些技术难题，在对设计方案进行充分论证基础上，运用所掌握的跨学科知识优势，科学的采用新技术和新材料，对一些技术关键点还通过试验验证来指导设计的改进优化和新材料的应用。如为防止烧结过程中三层复合材料的氧化，采取氮气保护气氛；为减少氮气和热能的损失，采用全封闭状态烧结，并要求达到一定的真空度等等。 2．中温氮气烧结炉的主体设计 2.1.机械部分 中温氮气烧结炉的整体设计不仅考虑到使用性能的实现，还考虑了几何结构和色彩搭配等视觉效果。其炉体采用焊接式钢架结构、钢板外壳、不锈钢内胆中间用矿棉作隔热保温介质。炉门采用石棉、玻纤布和耐热橡胶组成的三重复合隔热密封结构。进气口位于风机电机的上方，出气口位于炉顶部排气阀的下方。同时考虑到电热丝维护方便，风扇便于拆卸。 2.1.1. 炉膛内温度场强制均化设计——风循环系统 三层复合材料的塑化烧结质量对烧结温度的波动较为敏感，烧结温度不够或过烧都严重影响三层复合材料的使用性能。因此，新型炉体设计中首先要解决温度场分布的均匀性和温控精度问题。传统底热式烧结炉主要缺点是冷炉升温慢，炉内温差大，工件容易产生氧化和脱碳，受热不均匀，低层容易产生加热高温区。为解决这一问题我们增加一通风系统，使炉内各层受热均匀。如图（B）单