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）

超高溫真空燒結爐碳質隔熱屏維修技術

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）

超高溫真空燒結爐長期工作的高溫和復雜氣氛環(huán)境易造成其關鍵組件碳質隔熱屏損壞。采用自主設計的碳氈縫制技術與專用刀具，結合新的隔熱屏裝配技術對維修工藝進行改進，可降低維修成本，提高爐溫均勻性，且延長隔熱屏使用壽命。

超高溫真空燒結爐；隔熱屏；碳氈；專用刀具

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.17

0 前言

超高溫真空燒結爐是特種粉末冶金與陶瓷產品生產中的關鍵設備之一。由于超高的溫度（2300℃）以及復雜多變的燒結氣氛與控溫，導致燒結爐軟質碳氈隔熱屏產生粉化、鼓泡和燒蝕等問題，必須定期進行維修與更換。采用自制的專用維修刀具，結合獨特的碳氈縫制方法，高質量的實現(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 碳氈的縫制

以往的碳氈縫制沒有統(tǒng)一有序的基礎針法，對針距、行距和縫制的具體位置等細節(jié)均無明確要求。這使碳氈在高溫燒結過程中易出現(xiàn)膨脹、鼓泡和變形，嚴重制約爐體的使用壽命；另外，還可能導致碳氈與發(fā)熱體接觸，引發(fā)安全隱患。因此，隔熱屏在維修時，碳氈的縫制技術極其重要。

通過對碳氈變形現(xiàn)象進行分析，對碳氈的縫制方法進行了全面改進，對碳氈的不同部位設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，用于大面積碳氈的平鋪定位；b是之字形針法，用于邊角料碳氈接縫處的對接定位；c是菱形針法，碳氈孔＜60 mm的加固定位；d是圓形針法，碳氈孔＞60 mm的加固定位。通過采用這些新的縫制針法，抑制了碳氈在高溫燒結過程中的膨脹、鼓泡和變形等現(xiàn)象。

圖1 碳氈縫制針法

2 碳氈裝配

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

針對這一問題，設計了二次循環(huán)疊加法。首先將第一次碳氈循環(huán)疊加層數(shù)減少為5層縫制；再將5層碳氈進行二次循環(huán)疊加縫制，轉角結合處呈階梯式咬合（圖2b）。通過降低單次縫制的碳氈層數(shù)和進行二次疊加，基本消除了碳氈轉角部位縫隙。

圖2 碳氈裝配示意圖

裝配涉及的另一個關鍵問題是碳氈定位孔的加工。碳氈縫制完成后，需要進行打孔以便于相關部件的連接與安裝。已有的加工方法嚴重依賴于操作者的經(jīng)驗，極易產生孔洞偏差，使維修質量不可控，維修費用也居高不下。為解決這一問題，設計了一次打孔法進行碳氈定位孔的加工。將已縫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，通過特制的“筒刀”在對應的氈體位置,逐一對電極、發(fā)熱體、導軌、熱偶和引管等部位進行原位定位開孔，實現(xiàn)定位與開孔同步，保證定位孔的加工與定位精度。

由于爐體內特殊的空間結構，需要特殊的工具來實現(xiàn)碳氈的精確定位、打孔與修邊。為滿足這一要求，結合軟質碳氈的特點，設計了專用組合刀具，包括電極孔開孔刀、支撐柱開孔刀、熱偶保護套管開孔刀、碳氈修邊刀架和包邊接合壓邊刀。

由于操作空間狹小，電極孔是所有孔洞中加工難度最大的。電極孔開孔刀設計成分體式，主要由筒刀、頂桿、導向法蘭、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行刀具和頂桿的對接，然后通過導向法蘭裝置確保垂直度，維修人員只需手持開關即可在爐內作業(yè)。

圖3 電極孔專用開孔刀

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

圖4 支撐柱開孔刀

熱偶保護套管孔位于隔熱屏的側邊并與殼體預留孔洞垂直。以爐體外側的連接孔內孔為基準，由小于殼體基準孔直徑的頂桿、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)時利用外側的連接孔內孔作導向，手工旋轉開孔刀至隔熱屏碳氈部位進行切割開孔。

圖5 熱偶保護套管開孔刀

碳氈修邊刀架（圖6）的作用是解決隔熱屏前后端面與碳氈門的相對密封性問題，保證爐體運行時的溫度均勻性。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。

通過設計制作一套專用的固定刀架和可調節(jié)導向刀槽，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節(jié)導向刀槽，使用自制的修邊刀切割多余的碳氈，有效保證了裁剪面的裁剪質量。

圖6 碳氈修邊刀架組件

包邊接合壓邊刀（圖7）主要用于處理碳氈端面四角轉角處的包邊。傳統(tǒng)方法是采取45°拼接或疊加，缺點是易產生收縮縫與突棱，導致端面密封不嚴，降低保溫效果差。將包邊接合壓邊刀直接放入轉角預留氈體中，一次性在上下厚度分別為10 mm的碳氈上，同步進行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氈，使轉角接合部位處的碳氈呈現(xiàn)放射狀階梯式咬合，實現(xiàn)端面平整一致。

圖7 壓邊刀結構與使用效果

3 結論

采用自主設計的碳氈縫制方法與專用刀具，并結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碳氈的裁剪、縫制、開孔與裝配質量。實踐證明，采用本文方法進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用。

TH17 文獻標識碼：B

〔編輯 利 文〕