超高溫真空燒結(jié)爐碳質(zhì)隔熱屏維修技術(shù)

程東軍，李先容，柯祖斌，馬 駿，徐 俊，王 彤，楊 廣，陳 廣

（中國工程物理研究院材料研究所，四川綿陽 621908）

超高溫真空燒結(jié)爐碳質(zhì)隔熱屏維修技術(shù)

程東軍，李先容，柯祖斌，馬 駿，徐 俊，王 彤，楊 廣，陳 廣

（中國工程物理研究院材料研究所，四川綿陽 621908）

超高溫真空燒結(jié)爐長期工作的高溫和復(fù)雜氣氛環(huán)境易造成其關(guān)鍵組件碳質(zhì)隔熱屏損壞。采用自主設(shè)計的碳?xì)挚p制技術(shù)與專用刀具，結(jié)合新的隔熱屏裝配技術(shù)對維修工藝進(jìn)行改進(jìn)，可降低維修成本，提高爐溫均勻性，且延長隔熱屏使用壽命。

超高溫真空燒結(jié)爐；隔熱屏；碳?xì)?；專用刀?/p>

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.17

0 前言

超高溫真空燒結(jié)爐是特種粉末冶金與陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。由于超高的溫度（2300℃）以及復(fù)雜多變的燒結(jié)氣氛與控溫，導(dǎo)致燒結(jié)爐軟質(zhì)碳?xì)指魺崞廉a(chǎn)生粉化、鼓泡和燒蝕等問題，必須定期進(jìn)行維修與更換。采用自制的專用維修刀具，結(jié)合獨(dú)特的碳?xì)挚p制方法，高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)了隔熱屏的維修與更換，大大提高了隔熱屏的使用壽命。

1 碳?xì)值目p制

以往的碳?xì)挚p制沒有統(tǒng)一有序的基礎(chǔ)針法，對針距、行距和縫制的具體位置等細(xì)節(jié)均無明確要求。這使碳?xì)衷诟邷責(zé)Y(jié)過程中易出現(xiàn)膨脹、鼓泡和變形，嚴(yán)重制約爐體的使用壽命；另外，還可能導(dǎo)致碳?xì)峙c發(fā)熱體接觸，引發(fā)安全隱患。因此，隔熱屏在維修時，碳?xì)值目p制技術(shù)極其重要。

通過對碳?xì)肿冃维F(xiàn)象進(jìn)行分析，對碳?xì)值目p制方法進(jìn)行了全面改進(jìn)，對碳?xì)值牟煌课辉O(shè)計了不同的縫制針法，即“平行”、“之字形”、“菱形”和“圓形”針法（圖1）。圖1中，a是平行針法，用于大面積碳?xì)值钠戒伓ㄎ?；b是之字形針法，用于邊角料碳?xì)纸涌p處的對接定位；c是菱形針法，碳?xì)挚祝?0 mm的加固定位；d是圓形針法，碳?xì)挚祝?0 mm的加固定位。通過采用這些新的縫制針法，抑制了碳?xì)衷诟邷責(zé)Y(jié)過程中的膨脹、鼓泡和變形等現(xiàn)象。

圖1 碳?xì)挚p制針法

2 碳?xì)盅b配

傳統(tǒng)裝配是采取一次循環(huán)疊加法進(jìn)行裝配。首先在鼠籠框架底面平鋪10層碳?xì)?，寬度與兩側(cè)框架相接觸，加固縫制；然后將鼠籠框架翻轉(zhuǎn)90°后，在底面再平鋪10層碳?xì)挚p制；依此類推完成鼠籠框架裝配與縫制（圖2a）。該方法的弊端是轉(zhuǎn)角部位易形成縫隙，高溫環(huán)境下碳?xì)謽O易膨脹，使用壽命短。

針對這一問題，設(shè)計了二次循環(huán)疊加法。首先將第一次碳?xì)盅h(huán)疊加層數(shù)減少為5層縫制；再將5層碳?xì)诌M(jìn)行二次循環(huán)疊加縫制，轉(zhuǎn)角結(jié)合處呈階梯式咬合（圖2b）。通過降低單次縫制的碳?xì)謱訑?shù)和進(jìn)行二次疊加，基本消除了碳?xì)洲D(zhuǎn)角部位縫隙。

圖2 碳?xì)盅b配示意圖

裝配涉及的另一個關(guān)鍵問題是碳?xì)侄ㄎ豢椎募庸?。碳?xì)挚p制完成后，需要進(jìn)行打孔以便于相關(guān)部件的連接與安裝。已有的加工方法嚴(yán)重依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，極易產(chǎn)生孔洞偏差，使維修質(zhì)量不可控，維修費(fèi)用也居高不下。為解決這一問題，設(shè)計了一次打孔法進(jìn)行碳?xì)侄ㄎ豢椎募庸ぁ⒁芽p制好的新隔熱屏送入爐體，以爐殼底部上的連接孔、柱為基準(zhǔn)，通過特制的“筒刀”在對應(yīng)的氈體位置,逐一對電極、發(fā)熱體、導(dǎo)軌、熱偶和引管等部位進(jìn)行原位定位開孔，實(shí)現(xiàn)定位與開孔同步，保證定位孔的加工與定位精度。

由于爐體內(nèi)特殊的空間結(jié)構(gòu)，需要特殊的工具來實(shí)現(xiàn)碳?xì)值木_定位、打孔與修邊。為滿足這一要求，結(jié)合軟質(zhì)碳?xì)值奶攸c(diǎn)，設(shè)計了專用組合刀具，包括電極孔開孔刀、支撐柱開孔刀、熱偶保護(hù)套管開孔刀、碳?xì)中捱叺都芎桶吔雍蠅哼叺丁?/p>

由于操作空間狹小，電極孔是所有孔洞中加工難度最大的。電極孔開孔刀設(shè)計成分體式，主要由筒刀、頂桿、導(dǎo)向法蘭、電動推桿和基座5部分組成（圖3）。操作時首先在殼體與氈體間進(jìn)行刀具和頂桿的對接，然后通過導(dǎo)向法蘭裝置確保垂直度，維修人員只需手持開關(guān)即可在爐內(nèi)作業(yè)。

圖3 電極孔專用開孔刀

支撐柱開孔刀分為外置和內(nèi)置導(dǎo)向式2種（圖4），作業(yè)時，以爐膛底部支撐柱為基準(zhǔn)，在支撐柱上安裝導(dǎo)向柱或管，將開孔刀套在其上或內(nèi)置其中，當(dāng)新隔熱屏整體定位后，手工旋轉(zhuǎn)并提升開孔刀至對應(yīng)氈體部位開孔。圖4中a是外置導(dǎo)向式發(fā)熱體支撐柱開孔刀組件；b是內(nèi)置導(dǎo)向式導(dǎo)軌支撐柱開孔刀組件。

圖4 支撐柱開孔刀

熱偶保護(hù)套管孔位于隔熱屏的側(cè)邊并與殼體預(yù)留孔洞垂直。以爐體外側(cè)的連接孔內(nèi)孔為基準(zhǔn)，由小于殼體基準(zhǔn)孔直徑的頂桿、過渡接頭和略大于連接孔直徑的開孔刀組合成專用刀具（圖5），作業(yè)時利用外側(cè)的連接孔內(nèi)孔作導(dǎo)向，手工旋轉(zhuǎn)開孔刀至隔熱屏碳?xì)植课贿M(jìn)行切割開孔。

圖5 熱偶保護(hù)套管開孔刀

碳?xì)中捱叺都埽▓D6）的作用是解決隔熱屏前后端面與碳?xì)珠T的相對密封性問題，保證爐體運(yùn)行時的溫度均勻性。要求被修的端面平整，端面四周處于同一基面，防止端面出現(xiàn)波浪、傾斜截面現(xiàn)象。

通過設(shè)計制作一套專用的固定刀架和可調(diào)節(jié)導(dǎo)向刀槽，使之與隔熱屏鼠籠框架端面上的環(huán)行龍骨連接，依托固定刀架和可調(diào)節(jié)導(dǎo)向刀槽，使用自制的修邊刀切割多余的碳?xì)郑行ПＷC了裁剪面的裁剪質(zhì)量。

圖6 碳?xì)中捱叺都芙M件

包邊接合壓邊刀（圖7）主要用于處理碳?xì)侄嗣嫠慕寝D(zhuǎn)角處的包邊。傳統(tǒng)方法是采取45°拼接或疊加，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生收縮縫與突棱，導(dǎo)致端面密封不嚴(yán)，降低保溫效果差。將包邊接合壓邊刀直接放入轉(zhuǎn)角預(yù)留氈體中，一次性在上下厚度分別為10 mm的碳?xì)稚?，同步進(jìn)行3次等厚的階梯式分割，取出刀具后按序分層撕下多余的碳?xì)郑罐D(zhuǎn)角接合部位處的碳?xì)殖尸F(xiàn)放射狀階梯式咬合，實(shí)現(xiàn)端面平整一致。

圖7 壓邊刀結(jié)構(gòu)與使用效果

3 結(jié)論

采用自主設(shè)計的碳?xì)挚p制方法與專用刀具，并結(jié)合新的隔熱屏裝配工藝，極大地提高了隔熱屏維修過程中軟質(zhì)碳?xì)值牟眉?、縫制、開孔與裝配質(zhì)量。實(shí)踐證明，采用本文方法進(jìn)行維修的超高溫真空爐，使用壽命從原來的幾十余爐次增加到150爐次以上，爐體均溫性能有較大提升并可顯著降低維修費(fèi)用。

TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

〔編輯 利 文〕