蘇文生

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所 長沙 410111)

推板窯升降溫段結(jié)構(gòu)設(shè)計*

蘇文生

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所 長沙 410111)

推板窯作為熱工燒結(jié)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子材料的高溫處理。筆者從推板窯的壓強(qiáng)分布特點(diǎn)入手，介紹了其升降溫段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及在升溫段采用此結(jié)構(gòu)的推板窯，對提高產(chǎn)品的合格率的價值。

推板窯 壓強(qiáng)分布 結(jié)構(gòu)設(shè)計

推板窯作為熱工燒結(jié)設(shè)備是決定電子產(chǎn)品最終性能的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品制造業(yè)。電子產(chǎn)品中含有結(jié)合劑及溶劑等物質(zhì)，這些物質(zhì)將在推板窯的升溫段揮發(fā)，如果推板窯該段截面溫差過大，部分產(chǎn)品中含有的結(jié)合劑及溶劑等不能完全排除;進(jìn)入高溫區(qū)后，揮發(fā)物更不易排出，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。電子產(chǎn)品經(jīng)高溫發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)后，在降溫過程中，如果截面溫差過大，產(chǎn)品內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)品開裂。針對這一現(xiàn)象，筆者對推板窯升、降溫段進(jìn)行了熱工分析，得出推板窯中氣體運(yùn)動的動力條件，根據(jù)壓強(qiáng)分布特性，在升降溫段采取特殊的結(jié)構(gòu)，減小截面溫差，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 推板窯升降溫段壓強(qiáng)分布特性

推板窯中氣體流動的動力是壓強(qiáng)差。推板窯升溫段氣體縱向自然對流分析示意圖見圖1。在截面1和2截面之間，推板面的壓強(qiáng)差為：

式中：Z——窯道高度，m;

ρ0——?dú)怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3，

T1、T2——分別為截面1和截面2的氣體平均溫度，K。

將式(3)、(4)代入式(2)，并考慮與式(1)關(guān)系，則：

由上式可看出，窯拱頂下和推板面在截面1、截面2壓強(qiáng)差的差值為：

圖1 氣體縱向自然對流分析示意圖

在升溫段由于T2＜T1、故截面1、截面2之間的上部壓強(qiáng)差大于下部壓強(qiáng)差;在降溫段則是T2＞T1，故拱頂下壓強(qiáng)差小于推板面上的壓強(qiáng)差。

2 推板窯升降溫段結(jié)構(gòu)設(shè)計

推板窯窯道內(nèi)氣體流動的動力條件是壓強(qiáng)差，在升溫段上部壓強(qiáng)差大于下部壓強(qiáng)差，使上部氣體流速加快而有利于上部傳熱;在降溫段拱頂下壓強(qiáng)差小于推板面上的壓強(qiáng)差，其下部氣流速度大于上部氣流速度。這是在升降溫段產(chǎn)生截面溫差的主要原因。與此同時，推板窯預(yù)熱帶通常處于負(fù)壓操作，易使冷空氣進(jìn)入，因而造成預(yù)熱帶上下溫差增大。由于窯具蓄熱，也會影響截面溫差。針對升、降溫段產(chǎn)生截面溫差的原因，筆者在設(shè)計時采取了相應(yīng)的技術(shù)措施。

2.1 相鄰溫區(qū)間設(shè)置鎖口

推板窯窯道內(nèi)因壓強(qiáng)分布不均，沿窯道長度方向?qū)a(chǎn)生氣體流動。設(shè)計時，在溫區(qū)間設(shè)置鎖口(見圖2)，可以防止相鄰溫區(qū)間氣體的對流，從而減小截面溫差，同時也可以防止溫區(qū)間的溫度相互影響。

圖2 溫區(qū)間鎖口設(shè)置示意圖

2.2 控制氣流方向

推板窯的熱工特點(diǎn)是被加熱產(chǎn)品與熱介質(zhì)呈逆向運(yùn)動，并進(jìn)行熱量傳遞。傳遞過程在很大程度上取決于推板窯橫截面的溫度均勻性。如果能在升溫段使氣體與產(chǎn)品順流流動(見圖3);在降溫段使氣體與產(chǎn)品逆流流動(見圖4)，通過改變升降溫段壓強(qiáng)分布，就可減小截面溫差。在設(shè)置進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)口時，升溫段將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在窯道截面上部且在出風(fēng)口之前，風(fēng)道磚斜口45°向后，使氣體與產(chǎn)品順向流動;降溫段將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在窯道截面下部且在出風(fēng)口之后，風(fēng)道磚斜口45°向前，同時在出口設(shè)置強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)，出口向前，使氣體與產(chǎn)品逆向流動。這樣引導(dǎo)氣體流動，能使氣體阻力分布合理亦可減小截面溫差。

圖3 升溫段氣體與產(chǎn)品順流流動示意圖

圖4 降溫段氣體與產(chǎn)品逆流流動示意圖

2.3 溫區(qū)合理分布

推板窯中氣體流動的動力是壓強(qiáng)差，而壓強(qiáng)差的大小與溫度差密切相關(guān)。在升溫段分布溫區(qū)時，應(yīng)盡可能使溫區(qū)分布緊湊，這樣可減小溫區(qū)間的溫差，從而降低壓強(qiáng)差，達(dá)到減小截面溫差的目的。與此同時，緊湊的溫區(qū)分布，有利于工藝曲線的調(diào)節(jié)，滿足了不同產(chǎn)品的燒結(jié)需要。

2.4 采用合理的產(chǎn)品碼放方式

推板窯的窯道高度上壓強(qiáng)分布不均，使窯道上下(同一截面)氣流速度不同，造成截面溫差。在碼放產(chǎn)品時，適當(dāng)增大上部裝窯密度，在保證正常燒結(jié)高度的同時，盡量減小產(chǎn)品與窯頂之間的間隙，這樣可以增加上部氣體流動的阻力，使氣流阻力分布合理，減小截面溫差。

2.5 采用曲折式進(jìn)氣方式

升、降溫段窯內(nèi)排放出大量廢氣，同時也從外界吸入冷空氣。如吸入的空氣與窯內(nèi)氣體溫差過大，將導(dǎo)致窯內(nèi)氣體分層，使截面溫差增大。為了減小這一溫差，筆者將進(jìn)氣管路設(shè)計成曲折式(見圖5)，使冷空氣的預(yù)熱時間增加，提高進(jìn)入窯內(nèi)的空氣溫度，減小冷熱空氣溫差，從而達(dá)到減小截面溫差的目的。

圖5 進(jìn)氣管路曲折式設(shè)計示意圖

2.6 加強(qiáng)氣密性

推板窯升溫段通常處于負(fù)壓操作，易使冷空氣進(jìn)入，冷熱空氣分層，造成上下溫差增大。因此，推板窯的砌筑方式最好采用濕砌法，可保證磚縫交錯分布。這樣可以增強(qiáng)窯體的氣密性，減少外界進(jìn)入窯內(nèi)的冷空氣量。除此以外，還可調(diào)節(jié)各進(jìn)出風(fēng)口閥門的開度，使窯道內(nèi)保持微負(fù)壓，所建立的壓強(qiáng)分布能使進(jìn)入窯道內(nèi)的冷空氣量減少，從而降低截面溫差。

2.7 選用熱容較小的窯具

電子產(chǎn)品在燒結(jié)時，經(jīng)常采用推板、匣缽等窯具，這些窯具在窯內(nèi)運(yùn)動時導(dǎo)致截面溫差增大。因此我們在設(shè)計時應(yīng)選用熱容較小的窯具，這樣不僅可以減小截面溫差，還可降低熱損失，從而提高熱效率。

3 結(jié)語

通過對新、舊2種36m雙推板鐵氧體燒結(jié)窯性能對照(見表1)，表明在升降溫帶采用此特殊結(jié)構(gòu)的推板窯，其截面溫差明顯減小，保溫功率降低，產(chǎn)品合格率提高，產(chǎn)品一致性更好，可以滿足各類電子產(chǎn)品的燒結(jié)需要。

表1 新、舊2種36m雙推板鐵氧體燒結(jié)窯性能對照表

1 江堯忠.工業(yè)電爐.北京：清華大學(xué)出版社，1993

2 宋耑.現(xiàn)代陶瓷窯爐.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996

3 戚翠芬.加熱爐.北京：冶金工業(yè)出版社，2004

4 蔣欣之.陶瓷窯爐熱工分析與模擬.北京：中國輕工業(yè)出版社，1993

5 王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981

Structural Design of the Pusher K iln in the Tem perature－Rising Zone and the Tem perature－Falling Zone

Su Wensheng(The 48th Research Institute of CETC，Changsha，410111)

Pusher kiln is wildly used to heat the electronic materialwith high temperature as a sintering device.On the basis of the distribution of pressure in the pusher kiln，and introduces the structural character of the temperature－rising zone and the temperature－falling zone.

Pusher kiln;The distribution of pressure;Structural design

TQ174.6+6

A

1002－2872(2011)05－0025－02

蘇文生(1978－)，本科，工程師;主要從事工業(yè)窯爐設(shè)計及新型儲能材料研發(fā)。E－mail：betty987654321@163.com