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，b、丫／ I卜I8 维普资讯 第 6卷 第4期 糟 末 冶 金 业 Vol6No { FOI~q)ER metaLLURGY INDUSTRy Aug 6 · 专题讨论 ‘ 粉末冶金烧结炉的现状与发展 V=o6 韩 凤 麟 丁 2 (中国机协粉末冶金专业协会 ．北京 190044) 编者按 奉刊 自开展 “关于铁基粉末冶金 制品用烧结炉的发展方 向”的专题讨论 以来，在广大科技工作者的关怀与支持下展开了热烈讨论并陆续刊出7篇有关文 章介绍国内外烧坫炉 的现状与发展趋势，受到广大读者的欢迎 与好评一无疑这对 进一步提高我国烧结炉的制造水平、操作水平和制 品的烧结质量起到推动作用。 现便肚下交作为此班专题讨论的阶段性总结，欢迎大家来函来稿提出宝贵意见。 摘 要 本文对 国内外粉末冶叠机械零件烧结设备 的现状进行了介绍一同时分析 了当前烧结妒生产和使用 中存在的问题。作者最后指 出，节能型网带传送式烧结 炉和组合式步进粱烧结炉是当前烧结设备发展的新趋 向。 关键词 粉束冶刽烧结炉 现状 发展 ——-j- THEPRESENT SITUATION ANDDEVELOPM ENT OF PM SINTERING FURNACES HartFen窖Jia (PM SpecialityAssociationofChinaMachineGeneralPartsIndustrySocietyBeiiing100044) Abstract InthepaperhasbeenintroducedthepresentsituationofPm mechmaica[ partssinterlngapDaratusathomeandabroad，andanalyzedtheproblemsexisting it, thecurrentproducdonandapplicationforsniterlngiumaee．FinaI]ytheauthorhas indicatedthatenergy—economictypeofmesh-beltconveying furnaceandcombinde typeofwalkingbeam furnacebotharenew developingtrendstotakingassinternig apparatus ＆tpresent． K钉 words PM sinteringfurnace presentsituation devdopmem t粉末冶金工业》期刊编辑部组织 “关于 状与发展 2篇。兹就我国铁基粉末冶金制品 铁基粉末冶金制 品用烧结炉的发展方 向 的 生产用烧结炉的现状与发展谈谈看法 ，和大 讨论 以来 ，已连续发表了 7篇文章，其中关于 家讨论 。 步进絷式炉 3篇，推杆式炉2篇，烧结炉的现 韩凤羹 ．北京科技亢学精驭教授．中国机协糟束冶盘专业协台及中国馏协栅束砖盘协台段同． 收蒋 日期}199~-04,-14 维普资讯 粉末冶金工业 第 6卷 如，成都平和、扬州保来得公司等)拥有的烧 1 我国粉末冶金机械零件行业 结炉。此外，还从国外引进 了粉末冶金铝基零 生产用烧结设备现状 件烧结炉、铜台金粉一钢带双金属烧结炉，用 喷撒技术制造铜基孽擦片用 的烧结炉 ，水蒸 l989年 中国机 协粉末冶金专业协会和 汽处理炉，铁粉精还原炉等。 中匡锕协粉末冶金协会 曾联合对我 国粉末冶 进入 90年代 来，我国的一些粉末冶金 金行业进行过一次基本情况调查 。据调查资 烧结设备生产企业 ，或与国外有关厂商合作， 料 “]，1989年铁基与铜基粉末冶金结构零件 或参照国外相关设备试制与生产了一些粉末 与含油轴承生产企业共 136家，铁基与铜基 冶金烧结设备，诸如南京粉末冶金专用设备 粉末冶金零件年产量为 16476t，其中铜基零 厂与英国FHD炉子制造公司合作 ，试制 了推 件 占12．34 。在这 136家企业 中，13Z家企 杆式高温烧结炉；淄博鲁京热工技术研究所 业共拥有烧结炉 435台 鉴于我 国粉来冶金 等舍作生产 了RST一]20推杆式烧结炉 ；贵 械零件生产企业绝大多数使用的是推杆式 州高强度螺栓厂可控气象热处理设备研 究所 烧结炉 ，假定 435台全部为推杆式炉 ，每 台烧 试制了sJ1O0步进装式烧结炉。 结炉都完好正常地用于生产的线年 关于烧结保护气氛气体，60年代和 70年 平均每台烧结炉的年产量为 37．88t。按照每 代 ，我国粉末冶金零件生产企业大多采用木 个月22个工作 日计算 ，平均每台烧结炉的产 炭发生炉煤气作为烧结保护气氛气体 。进入 量只有 6kg／h左右。根据 日本玉川机械 (株) 8O年代 以后，随着烧结炉的引进 ，也引进 了 的资料，推杆式烧结炉 的生产能力 为 3O～ 氯基气氛气体的生产装置，国内有关厂家 已 90kg／h。由此可看出，就我国粉末冶金机械 开发井生产了系列化的氮基气氛的生产装置 。 零件行业整体而言 ，烧结炉生产率太低 。 为适应我国粉末冶金机械零件行业生产 2 国外粉末冶金机械零件生产 技术发展 的需要 ，1982年 以来 (截止 1995年 用烧结炉状况 9月)．据作者不完全统计 ，我 国从美 国、日 本、德国引进 了铁基与铜基粉末冶金零件生 粉末冶金机械零件生产企业都是根据烧 产用烧结炉 21台．其中铁基零件烧结用同带 结零件的大小、材质、产量 、所需烧结温度及 传送式烧结炉 12台，铜基零件烧结用同带传 烧结保护气氛气体来选用烧结炉。表 1示烧 送式烧结炉 2台，推杆式烧结炉 3台，步进梁 结零件的材质与烧结炉的选择 。表 2示 3类 式炉 4台。这 21台炉中不包括三资企业 (诸 常用烧结炉的技术性能比较 表 1 烧结零件的材质与烧结妒的选择 维普资讯 第4期 韩凰撩 ：精柬冶盎烧结护的现状与发展 表 2 常用 3婪娆结炉技术性能的比较 * 指长 20m、宽 1OOmm 的蛲结炉 由表 1与表 2可看出，对于大批量生产 必须高于 1150(2的场合 ，主要使用推杆式炉。 的一般铁基粉末冶金零件来说，最适用 的是 8O年代初 ，西欧粉末冶金机械零件行业 网带传送式烧结炉。 共拥有网带式 7O台和步进粱式炉25台 “]。 日本粉末冶金机械零件总产量的80 3 烧结炉生产与使用 中的一些 左右用于汽车工业，这就是说 ，其中 80 左 右为粉末冶金汽车零件。就使用的烧结炉来 问题 看，大体上可将 日本的粉末冶金机械零件生 铁基粉末冶金零件的烧结过程至少可分 产企业分为 3类 。 为 5个阶段 ：脱蜡、预热、烧结 、疆冷及快冷。 (1)汽车制造企业内部的粉末冶金零件 固此 ，烧结铁基零件用 的娆结炉也必须出 j 生产厂。主要生产大型粉末冶金零件 ，且批量 个相应的依序连接的区段 (或带)组成 ，每一 大。因此，所 用烧结炉几乎都是 宽 GlOmm 区段 (或带)的温度、保温时间、气氛气体融芝 (24)的网带式炉 成、流量及流 向都是 由零件烧结过程 的相应 (2)生产大型粉末冶金机械零件 的专业 阶段决定的。只有当烧结炉各区段 (或带)的 粉末冶金厂 这些企业主要生产较大型的粉 温度与气氛气体都符合零件烧结过程相应阶 末冶金汽车零件，可是小型粉末冶金零件数 段的要求时 ，粉末冶金零件的整个烧结过程 量也很多 ，生产批量也比较大。因此，所用烧 才能经济地顺利实现。 结炉 以宽 300~6]Omm(12 24)的网带式 3．1 脱蜡 炉为主，也有推枰式炉与真空炉。 我国生产的烧结炉和粉末冶金零件生产 (3)小型粉末冶金零件专业生产厂。这些 企业在烧结炉使用中存在的一个最大}可题是 企业的主要产品是家电甩粉束冶金零件及其 脱蜡不彻底 。 它小型粉末冶金零件，品种多，生产批摄较 脱蜡是指将粉末压坯中吉有的润滑剂烧 小。因此，所用烧结炉主要是宽 300mm (12) 除掉。在粉末冶金零件生产中，为减小粉末颗 的网带炉或较小型的推杆式炉。 粒之同和粉末颗粒与阴模及上下模冲之蚵的 日本的粉末冶金零件生产企业除60年代 摩擦，在原料橙末中都掺有 0．7 ～1．0％ 引进过几台步进梁式炉外 。生产中主要用的 (wt)固体润精剂．常用固体润滑剂的成分与 是网带式炉 。在烧结不锈钢零件和烧结温度 熔点见表 3。 维普资讯 · 14 · 粉末冶盘工业 第 6卷 墨!堕里里竺塑塑 塑壁坌量垄皇 脱蜡带温度不应高于 540C 橱滑耕名称 成 分 熔点 ／C 脱蜡是一项昂贵且复杂的工艺过程，需 硬脂酸锌 Zn{C】sH,~Oz)z ]30 要额外的能源单独进行脱蜡处理 现在，北美 硬脂酸攫 LiC,,H,sO~ 22] 市场上有 4种工业用快速脱蜡装置，它们是 石 蜡 C．H x【；22~27；y一46~56) 40~ 7] Drever公司的快速脱蜡装置，简称 RBO Acrsw sx 叫 “ (RapidBurnOffDevice)} A CHj 】4 143 Am e )t~ Wax) c2 NHCOCH2 m e c2H Airco公司的湿N：装置 { … u · ABB rT公司 的QDP(QualityDelube - 瑞典 H衄aⅡI‘公司生产的一种粉状润滑剂，平均粒 Process0r)装置 ； 度 30m ． Sinterite公 司的 ADS(AcceleratedDe． LubeStation)装置 。 烧结铁基粉末冶金零件时 ，在达到铁基 就脱蜡而言，一般烧结炉 的烧结带和预 材料 的烧结温度 (700℃左右)以前，必须在脱 热带的长度比以1：1较合适。在某些烧结炉 蜡带于氧化性气氛气体中将润措剂全部烧除 中，这个长度可取 1t0．67 若在预热带前加 掉，否则 ，可能产生下列问题 ： 装快速脱蜡装置时，可将这个长度 比缩小为 (1)在烧结件表面与 内部产生积碳} 1：0．25，从而可使网带传送式烧结炉的生产 (2)烧结件表面发生微开裂 (或爆皮)； 能力增高 113左右。 (3)润措荆或其分解产物沉积在烧结炉 现在我国已引进 了装有 RBO与ADS的 的预热带或烧结带 ； 网带传送式烧结炉。图1示美国Drever公司 (4)烧结件材料拉伸强度低或材料强度 的RBO装置 这个装置顶部装有一些 Dura— 波动大 diantCup喷嘴。它是以丁烷为燃料，经与空 脱蜡不彻底的原因可能有： 气混合、燃烧及转化后，再经喷嘴通入RBO ①脱蜡带气氛气体露点太低； 装置中，对压坯进行辐射加热 这时 ，RBO装 ②脱蜡带长度太短 ； 置 中的气体组成，按 (容积) 为 ：CO 6．08， ③压坯密度太高； CO 11．17，H：O 9．15，H：12．42，Nz61 18； ④脱 蜡带 的温度设定或温度 曲线℃ 应注意的是 ，RBO装置 内的 确 { 保护气体为高露点的放热性煤气 ，这 种保护 ⑤网带传送式炉的网带载荷太大} 气体不宜于用作烧结铁基零件的保护气氛气 ⑨压坯太大。 体 。 改进脱蜡工况的有效措施大致有 ： 图2~3ADS装置示意 图。由之可看出 它 (1)将压坯较快地加热到 425～540~2， 的构造和RBO装置的不同处在于 ，燃烧 的气 但不能太快 ，以免压坯开裂； 体是通过辐射管后部喷出的。这更有利于在 (2)使润滑剂从压坯中溢出和进行挥发 ， ADS装置前端排出气化润滑剂的燃烧产物 以免压坯 内部积碳； Mayerc~认为，未来烧 结炉与气氛气体 (3)气化润滑剂必须从烧结炉进辩端排 生产厂家面临的一个重大课题是，寻找缩短 出，不得使之进入烧结带； 有效脱蜡时间的方法 必须研究开发快速测 (4)应使气化的润滑剂氧化，并在进料端 定脱蜡的方法和改进脱蜡时用传感器的监 炉门处烧掉I 控．应该研究将润滑剂涂覆在粉末混合料颢 (5)在将压坯中的润措剂全部烧除以前 ， 粒表面的工艺，以减少添加润滑剂的总量 ，使 维普资讯 第 ‘期 韩凤曩，橱末冶盒烧结炉的瑰牧与发展 。15。 圉 1 RBO装置示意 囤 进 了一些氢基气氛气体生产装置。 起初，氯基气氛气体是 由纯氮气 化之惹 气 与氢气和 (或)碳氢化台物气体混合制戚 的。美 国AirProducts销售的 Purifire—SN 气氛气体系统就是制造这种氮基气氛气体的 设备。用这种设备 以液氮为原料制造之组成 为 (97 N：+3 H )的氮基气氯气体，虽适 用于烧结铁基粉末冶金零件，但其费用高于 吸热性煤气 (图 3)，不过 ，比氪分解气体费用 固2 ADs装置示意囤 低 。为此 ，AlrPr。dUC~]S又开发了用变压吸附 1．喷嘴混合物燃烧器 z+辐射管 3．辐射热与 (PSA)装置与隔膜分离系统制造之氯气和天 教热性苦}气 4．阿带上的产品 5，脚轮 6．清理 然气制取氮基气氛气体的设备，其商品名张 为PurifireSN。由于这种设备制取之氮基皇( 之仅用于所需处。 3．2 氮基气氛气体 氛气体含氧量小于 3ppm，露点为一42=。这 国外 70年代初出现了能源危机。为节省 种基于空气分离制取之氯基气氛气体和嗳热 能源，7O年代末开始用氨基气氨气体作为烧 性煤气及 由液氮制取之氢基气氛气庠的相对 结保护气体 。我国在 ；进烧结炉的同时，也引 费用比较见图4 很 明显，基于空气分离制取 维普资讯 粉末冶金工业 第 6卷 口 15000sCF 臣囝 5∞0SCFH 分解氯 哑热蚀蒜气 蕞氨与氢 由空气分 取 的氰基 囝3 几种饶结像护气体每月的费用比较伽 ‘ 气氧气体 sc阿 -每小时标准立方英尺 (蝙注 Iln -‘28-32L) 囝4 非液甄箭取之氮基气氛气体和其它 保护气体每月的费用比较 之氢基气氛气体 ，大量生产时，其费用已低于 吸热性煤气 ，远低于氨分解气体。应该说明的 烧结炉内各相应点的真实烧结温度 ，必须根 是，用变压吸附或隔膜分离 由空气制取之氮 据将热偶插到炉内相应点接测量的温度来校 气和天然气的混合气体必须用专有净化技术 对控制盘温度表显示之温度 。而且必须隔 6 预处理后 ，才能生成适用于烧结的保护气氛 个月校对一次 ，才能确保烧结的温度曲线正 气体。 确，也就是保证烧结件的烧结质量。 3、3 温度控制 3．4 加热元件 对用于烧结铁基零件 的连续烧结炉，为 根据对国外烧结炉的分析 ，烧结炉中使 保证其烧结温度 曲线正确，在设计烧结炉时， 用的加热元件因烧结温度高低而异，情况太 除各区段 (或带)的长度比倒必须合适之外， 体如下 ： 对每一区段 (或带)的温度精确控制也很重 最高托结温度 ／℃ 加热元件 要 表 4示 日本玉川机械 (株)的一些烧结炉 1。00 35N[一2OCt一45Fe合盘 各区段 (或带)的长度与控温区数。 1150 SiC棒~Fe-Cr-AI合盘 为保证烧结的零件尺寸精度与性能均匀 1350 Mo或 SiC替 一 致，烧结带横 向的温差一般都必须控制在 烧结铁基零件时，含碳量的控制也是一 士2℃以内。 个大同题 。关于这个同题．可参阅文献[7]。 通常控制盎温度表显示之温度不一定是 衰 4 日本玉川机械 (株)制造的烧结炉备区段(蛾带)的长度与拉蕾区蠡 维普资讯 第 4期 韩风蜂；粉末i自金烧结炉的现状与发展 ’17 丙烷)气体与空气直接在烧结带燃烧 ，转化为 4 烧结炉的新进展 吸热性煤气作为烧结保护气氛气体和借助于 节能是粉末冶金烧结炉的一个永恒研究 从烧结带流入脱蜡带的吸热性煤气与通入的 课 题 。德 国马勒公 司 (MahlerDiensfleistungs 空气燃烧 ，转 化成放 热性煤 气 ，将 压坯 从 OmbH)开发了一种节能型网带传送 式烧结 20C左右加热到 50。～600C‘进行快速脱蜡 。 炉。这种烧结炉在 日本由其技术合作厂家山 图 5为节能型网带传送式烧结炉的示意图。 崎电机工业 (抹)生产，商品名称~J；YDLME--S 兹就其特点说明如下： 型烧结炉 _9]。 (1)烧结带的保护气氛气体为吸热性煤 4．1 马勒公司的节能型网带传送式烧结炉 气。吸热性煤气不是在吸热性煤气发生装置 这种烧结炉的主要特点是，通过燃料 (如 中生成后，经冷却、干燥，再通八烧结炉的烧 圉 5 马勒公司的节能型卿带传送式烧结炉示意圉∞ 结带中，而是将燃料 (如丙烷)气体和空气直 ●玲却带用的冷却承 。 接通入烧结带经燃烧转化形成； 表 5所示为 3种类型 (同带宽 450rc．m) (2)将从烧结带流入脱蜡带的吸热性煤 网带传送式烧结炉的净产量、资源消耗及单 气通过燃烧变成放热性煤气，仅只需要在脱 位相对烧结费用的比较。由表 5可看出，节能 蜡带通八空气，即可在脱蜡带实现快速脱蜡 ： 型炉对于节能和降低烧结费用敛果都十分显 (3)用一调节器通过氧探头可是动控制 著。应该注意的是 ，这种烧结炉 能用氮基气 烧结带吸热性煤气的碳势 ，从而使烧结含碳 氛气体作为烧结保护气氛气体 。 的铁基零件时，其表面含碳量 的精度可达蓟 粉末冶金铁基零件生产用烧结炉值僻 士0．05 ； 意的另外一项发展是步进粱式炉。这姊饶结 (4)烧结粉末冶金合金锕零件时，烧结后 炉通常用于烧结温度需要高于 1l：0C种生 可在气体淬火带进行高速淬火硬化。依据烧 产能力 须大 于 146．7kg／h的工况 否砌， 结零件大小、同带载荷与网带速度、在 900℃ 由于其价格较高 ．较少为铁基粉末暗壶零件 与 400℃之间冷却速率可达到 5℃／sf 生产厂家所采用。我国引进的都是生产能力 (5)烧结炉使用的资源仅限于： 小于 lOOkg／h的单 一 步进 粱 式炉 德 国 ●烧结带用的电力； Cremer公司现在巳开始生产以步进粱式炉为 ●产生保护气体用的燃料(如丙烷)气体l 主的组合式烧鳍炉。 维普资讯 ．I8 · 粉末暗盘工业 第6卷 1 2 3 4 5 普通 电加热 援 热带炉 差 RB0装置炉 10 5 346 0 8 — 2 4{ 节能型炉 1O 5 346 0 8 一 一 ·网带宽庄 450mm，网带载荷 75~33kg／m F烧结件通过烧结带的时同为 30mia。 * ·单位相对烧结费甩以节能型炉为 1。口 进行 比较 ． 4．2 组合式步进梁烧结炉 ] 耕舟通过烧结带后，再经过～隔热区．即 这种组合式步进粱式烧结炉 由3个系统 被步进粱终端推到位于冷却带的网带上 使 组合而成。烧结炉的预热部分采用推杆机构 ， 用网带传送可防止热的料舟和冷 的水套直接 烧结带运用了步进梁机构 ，而玲却带使用的 接触，从而可将热冲击与料舟变形减小到最 却是 网带传送机构。由这 3个系统顺序组成 低限度 的烧结炉，工作时可充分发挥各系统的功能， 5 结束语 形成一高效烧结炉 。 预热带采用推杆机构的好处在于，可在 铁基粉末冶金零件的烧结过程十分复 预热带采用窄截面马弗，从而使马弗与料舟 杂，不仅涉及全属学原理 ，而且和气一固相 、固 ； 之 间可保持较小的间隙，以将所需之保护气 一 固相、固一液相的物 理一化学反应密切相关。 衢 氛气体量减小到最小值 间隙小还有利于保 因此，粉末冶金零件生产企业的技术人员和 n 嘶 护气氛气体带着气化的润滑剂 以高速通过预 烧结设备制造厂应该密切合作，从烧结实践 ； 3 热带进入排气管。 出发，共 同研究烧结过程 中发生的问题．不断 _a 在烧结带 (即高温带)采用步进梁机构最 地改进生产用的烧结设备，才能使我 国生产 们 扣 适宜 ，因为梁的移动机构都在炉子的加热范 的烧结设备逐步满足粉末冶金机械零件行业 鼬 ； 围以外，仅只耐火材料部分位于高温带。 发展的需要。 ； 参考文献 m㈣ 韩风麟．粉末冶金工业．1991，1(6)：10~16 PetziF．20Yearso P／M SJnter~ng PowdermetathlrgyI口rerDatjoDaI，1989I2】(2)f29~32 M eta【PowderReport，198l，36(2)I604～605 M eta[PowderReport，1994，49(2)i14 M eta[PowderReport，1994，49(2)t26 M eta[PowderReport，1994，49(2)：32～37 韩风麟．粉末冶金饶结炉发展中的几个问题．粉末怕金技术 ．1990．8(3)t170~178 蓑毛 宽．粉末冶金饶结炉0勘 向．攫槭殷射-l986，30(10)t39~43 M etalPowderReport．1994．49(2)：13 M毗a【PowderRepot$-l990，45(9)l6Z3～ 624 迪特尔 华尔卡．粉末冶金工业．1995．5(4)tl57～159 meta[PowderRe口on，1994，45(2)IZO～Zl
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