推板窯升降溫段結構設計*

蘇文生

(中國電子科技集團公司第四十八研究所 長沙 410111)

推板窯升降溫段結構設計*

蘇文生

(中國電子科技集團公司第四十八研究所 長沙 410111)

推板窯作為熱工燒結設備，廣泛應用于電子材料的高溫處理。筆者從推板窯的壓強分布特點入手，介紹了其升降溫段的結構特點，以及在升溫段采用此結構的推板窯，對提高產品的合格率的價值。

推板窯 壓強分布 結構設計

推板窯作為熱工燒結設備是決定電子產品最終性能的關鍵設備，廣泛應用于電子產品制造業。電子產品中含有結合劑及溶劑等物質，這些物質將在推板窯的升溫段揮發，如果推板窯該段截面溫差過大，部分產品中含有的結合劑及溶劑等不能完全排除;進入高溫區后，揮發物更不易排出，會嚴重影響產品質量。電子產品經高溫發生復雜的理化反應后，在降溫過程中，如果截面溫差過大，產品內部將產生內應力，導致產品開裂。針對這一現象，筆者對推板窯升、降溫段進行了熱工分析，得出推板窯中氣體運動的動力條件，根據壓強分布特性，在升降溫段采取特殊的結構，減小截面溫差，保證了產品質量。

1 推板窯升降溫段壓強分布特性

推板窯中氣體流動的動力是壓強差。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，推板面的壓強差為：

式中：Z——窯道高度，m;

ρ0——氣體在標準狀態下的密度，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之間的上部壓強差大于下部壓強差;在降溫段則是T2＞T1，故拱頂下壓強差小于推板面上的壓強差。

2 推板窯升降溫段結構設計

推板窯窯道內氣體流動的動力條件是壓強差，在升溫段上部壓強差大于下部壓強差，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差小于推板面上的壓強差，其下部氣流速度大于上部氣流速度。這是在升降溫段產生截面溫差的主要原因。與此同時，推板窯預熱帶通常處于負壓操作，易使冷空氣進入，因而造成預熱帶上下溫差增大。由于窯具蓄熱，也會影響截面溫差。針對升、降溫段產生截面溫差的原因，筆者在設計時采取了相應的技術措施。

2.1 相鄰溫區間設置鎖口

推板窯窯道內因壓強分布不均，沿窯道長度方向將產生氣體流動。設計時，在溫區間設置鎖口(見圖2)，可以防止相鄰溫區間氣體的對流，從而減小截面溫差，同時也可以防止溫區間的溫度相互影響。

圖2 溫區間鎖口設置示意圖

2.2 控制氣流方向

推板窯的熱工特點是被加熱產品與熱介質呈逆向運動，并進行熱量傳遞。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品順流流動(見圖3);在降溫段使氣體與產品逆流流動(見圖4)，通過改變升降溫段壓強分布，就可減小截面溫差。在設置進風與出風口時，升溫段將進風口設置在窯道截面上部且在出風口之前，風道磚斜口45°向后，使氣體與產品順向流動;降溫段將進風口設置在窯道截面下部且在出風口之后，風道磚斜口45°向前，同時在出口設置強冷風機，出口向前，使氣體與產品逆向流動。這樣引導氣體流動，能使氣體阻力分布合理亦可減小截面溫差。

圖3 升溫段氣體與產品順流流動示意圖

圖4 降溫段氣體與產品逆流流動示意圖

2.3 溫區合理分布

推板窯中氣體流動的動力是壓強差，而壓強差的大小與溫度差密切相關。在升溫段分布溫區時，應盡可能使溫區分布緊湊，這樣可減小溫區間的溫差，從而降低壓強差，達到減小截面溫差的目的。與此同時，緊湊的溫區分布，有利于工藝曲線的調節，滿足了不同產品的燒結需要。

2.4 采用合理的產品碼放方式

推板窯的窯道高度上壓強分布不均，使窯道上下(同一截面)氣流速度不同，造成截面溫差。在碼放產品時，適當增大上部裝窯密度，在保證正常燒結高度的同時，盡量減小產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 采用曲折式進氣方式

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

圖5 進氣管路曲折式設計示意圖

2.6 加強氣密性

推板窯升溫段通常處于負壓操作，易使冷空氣進入，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。這樣可以增強窯體的氣密性，減少外界進入窯內的冷空氣量。除此以外，還可調節各進出風口閥門的開度，使窯道內保持微負壓，所建立的壓強分布能使進入窯道內的冷空氣量減少，從而降低截面溫差。

2.7 選用熱容較小的窯具

電子產品在燒結時，經常采用推板、匣缽等窯具，這些窯具在窯內運動時導致截面溫差增大。因此我們在設計時應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 結語

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

表1 新、舊2種36m雙推板鐵氧體燒結窯性能對照表

1 江堯忠.工業電爐.北京：清華大學出版社，1993

2 宋耑.現代陶瓷窯爐.武漢：武漢工業大學出版社，1996

3 戚翠芬.加熱爐.北京：冶金工業出版社，2004

4 蔣欣之.陶瓷窯爐熱工分析與模擬.北京：中國輕工業出版社，1993

5 王秉銓.工業爐設計手冊.北京：機械工業出版社，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;主要從事工業窯爐設計及新型儲能材料研發。E－mail：betty987654321@163.com