范昆

（自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，四川自貢 643011）

0 引言

H2脫除硬質(zhì)合金成型劑（石蠟、PEG、SBS等）是目前普遍采用的燒結(jié)工藝，該工藝是在微正壓（大于大氣壓2～3 kPa）狀態(tài)下通入2000～4000 L/h的H2，再?gòu)呐艢潼c(diǎn)火口排出燃燒掉，在整個(gè)通氫過(guò)程中爐內(nèi)從常溫加熱至650℃左右，脫除成型劑的工藝時(shí)間為6～25 h（由具體產(chǎn)品來(lái)定），由于H2脫成型劑時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)常會(huì)遇到在長(zhǎng)時(shí)間脫蠟過(guò)程中工廠停電等狀況。如果在H2脫蠟過(guò)程中突然停電，同時(shí)爐體或管道有較大泄漏時(shí)，外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)與熱H2混合，則極易引發(fā)爆炸，造成現(xiàn)場(chǎng)人身及設(shè)備傷害。國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備上就曾多次發(fā)生過(guò)因停電引起的H2爆炸事故，因此如何設(shè)計(jì)一種在停電狀況下自動(dòng)回填惰性氣體的保護(hù)裝置來(lái)保證停電時(shí)H2脫蠟過(guò)程的安全顯得尤為重要，也是H2脫蠟壓力燒結(jié)爐以及H2脫蠟燒結(jié)工藝能否繼續(xù)在硬質(zhì)合金行業(yè)安全、可靠應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

1 目前國(guó)內(nèi)H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過(guò)程中停電安全保護(hù)設(shè)計(jì)的空白

目前國(guó)內(nèi)H2脫蠟壓力燒結(jié)爐沒(méi)有考慮H2脫蠟過(guò)程中突然停電的自動(dòng)安全聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)計(jì)，基本上都是依靠停電后操作人員手動(dòng)打開(kāi)手動(dòng)充氣閥往爐內(nèi)充微正壓的惰性氣體（氮?dú)饣驓鍤猓?，這種手動(dòng)充氣方式非常不可靠，因?yàn)閴毫t在停電后只能觀察機(jī)械式壓力表來(lái)判斷爐內(nèi)壓力（雖然有些壓力爐上配置有UPS，但UPS一般只能維持15～20 min，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間停電來(lái)說(shuō)不能起到保證安全的作用），而壓力爐的機(jī)械式壓力表量程較大，在微正壓時(shí)不能顯示，因此操作者不能通過(guò)觀察機(jī)械式壓力表來(lái)判定充入氣體是否達(dá)到微正壓3～5 kPa，若充入氣體壓力過(guò)大，則在設(shè)備恢復(fù)供電后較高壓力的H2和Ar的混合氣體不能從排氫點(diǎn)火口安全排出，造成爐內(nèi)有高壓Ar和H2混合氣體無(wú)法安全泄壓，引起其他安全隱患。同時(shí)手動(dòng)充氣對(duì)操作者要求較高，需要操作人員一直守在設(shè)備旁邊定時(shí)手動(dòng)充氣，手動(dòng)充氣時(shí)不能確定爐內(nèi)氣體泄漏情況，充氣量和次數(shù)過(guò)多，造成爐內(nèi)有高壓不能安全排出，充氣量和次數(shù)過(guò)少，造成爐內(nèi)壓力為大氣壓，則爐內(nèi)有漏入空氣，引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)。因此設(shè)計(jì)一種在H2脫蠟停電狀況下的自動(dòng)安全補(bǔ)氣保護(hù)裝置對(duì)于H2脫蠟燒結(jié)爐能否安全、可靠使用顯得非常重要，同時(shí)彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)H2脫蠟燒結(jié)壓力爐在通H2過(guò)程中停電安全保護(hù)的設(shè)計(jì)不足。

2 H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過(guò)程中停電安全保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)和原理

以6 MPa壓力燒結(jié)爐為例，爐體7的爐內(nèi)在不同工藝和溫度段下有以下幾種工況：1)微正壓氫氣（常溫～600℃）；2)真空（600～1400 ℃）；3)高壓氬氣（1400～1500 ℃）。

捕蠟器工況：微正壓氫氣或真空（常溫～100℃）。

在微正壓氫氣脫蠟階段遇到長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，爐體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不能有空氣進(jìn)入，須始終維持爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9為微正壓（3～6 kPa）。由于爐體7的爐內(nèi)有真空、微正壓、高壓三種狀態(tài)，停電時(shí)爐體7的爐內(nèi)的狀態(tài)是真空、微正壓還是高壓狀態(tài)是不確定的，因此停電充氣保護(hù)必須在停電前做程序判斷和相應(yīng)動(dòng)作。

1）系統(tǒng)得電時(shí)。

系統(tǒng)程序?qū)t體7的爐內(nèi)是處于真空、氫氣微正壓、高壓氬氣這三種狀態(tài)進(jìn)行判斷，捕蠟器9不需要判斷停電前的狀態(tài)，不論任何時(shí)候停電都往捕蠟器9充入微正壓氬氣即可。

a.若爐體7的爐內(nèi)處于真空或者氫氣微正壓，同時(shí)低壓氬氣壓力開(kāi)關(guān)1檢測(cè)到氣源壓力信號(hào)時(shí)，爐體補(bǔ)氣保位閥6自動(dòng)開(kāi)啟；若爐體7的爐內(nèi)處于高壓或者低壓氬氣壓力開(kāi)關(guān)1沒(méi)有檢測(cè)到氣源壓力信號(hào)時(shí)，爐體補(bǔ)氣保位閥6自動(dòng)關(guān)閉。

b.爐體補(bǔ)氣常開(kāi)閥4和捕蠟器補(bǔ)氣常開(kāi)閥10在設(shè)備處于得電狀態(tài)時(shí)始終自動(dòng)關(guān)閉。

c.減壓器2通過(guò)手動(dòng)將出口壓力減壓至微正壓3～5 kPa，并且將氬氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)3旋鈕調(diào)到能同時(shí)滿(mǎn)足爐體7爐內(nèi)及捕蠟器9的充氣流量設(shè)定，系統(tǒng)停電后，系統(tǒng)自動(dòng)將進(jìn)口0.2～0.3 MPa的低壓氬氣減壓至3～5 kPa，使?fàn)t體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不會(huì)因?yàn)檫M(jìn)口壓力太大，造成爐體7的爐內(nèi)既有高壓又有氫氣，帶高壓的可燃性氣體不能從排氫口正常點(diǎn)火排出，也不能直接從高壓排放口排出而引起嚴(yán)重的安全隱患，因此必須使用減壓器2將充入爐體7的爐內(nèi)的氣體減壓至安全微正壓。

2）系統(tǒng)停電后。

a.爐體補(bǔ)氣常開(kāi)閥4和捕蠟器補(bǔ)氣常開(kāi)閥10自動(dòng)打開(kāi)。

b.爐體自動(dòng)補(bǔ)氣保位閥6在系統(tǒng)停電前，程序自動(dòng)判斷爐內(nèi)有氫氣且低壓氬氣氣源有壓力時(shí)，閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)，該閥為保位閥，因此在爐體7的爐內(nèi)有氫氣且有低壓氬氣時(shí)，在停電后該閥仍然保持開(kāi)啟狀態(tài)。

圖1 停電自動(dòng)充氣保護(hù)裝置示意圖

c.第一充氣回路A和第二充氣回路B在系統(tǒng)停電后自動(dòng)開(kāi)啟，并按照減壓器2設(shè)定的系統(tǒng)安全微正壓以及氬氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)3設(shè)定的氣體流量，沿回填充氣方向F，通過(guò)第一充氣回路A向爐體7的爐內(nèi)充入氬氣，通過(guò)第二充氣回路B向捕蠟器9充入氬氣，以保證停電后爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9始終為安全微正壓，使?fàn)t體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不會(huì)有空氣滲入，確保爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9內(nèi)的氫氣安全。

該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3 H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過(guò)程中停電安全保護(hù)裝置PLC程序設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

該實(shí)用新型主要針對(duì)6 MPa壓力爐在H2脫蠟過(guò)程中，發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間停電情況后自動(dòng)充入安全微正壓Ar保護(hù)爐內(nèi)及捕蠟器內(nèi)H2安全，消除了H2脫蠟壓力爐在長(zhǎng)時(shí)間停電后的安全隱患，確保了H2脫蠟工藝在壓力燒結(jié)爐上的安全可靠運(yùn)行，該設(shè)計(jì)實(shí)用性已在公司生產(chǎn)的H2脫蠟壓力燒結(jié)爐上使用近5 a生產(chǎn)的20臺(tái)次壓力爐上經(jīng)5 a多時(shí)間的安全、可靠運(yùn)行，得到用戶(hù)對(duì)該設(shè)備停電安全保護(hù)的一致好評(píng)，確保H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在停電狀態(tài)的設(shè)備和人身安全。

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