推板窑升降温段结构设计*

苏文生

(中国电子科技集团公司第四十八研究所 长沙 410111)

推板窑升降温段结构设计*

苏文生

(中国电子科技集团公司第四十八研究所 长沙 410111)

推板窑作为热工烧结设备，广泛应用于电子材料的高温处理。笔者从推板窑的压强分布特点入手，介绍了其升降温段的结构特点，以及在升温段采用此结构的推板窑，对提高产品的合格率的价值。

推板窑 压强分布 结构设计

推板窑作为热工烧结设备是决定电子产品最终性能的关键设备，广泛应用于电子产品制造业。电子产品中含有结合剂及溶剂等物质，这些物质将在推板窑的升温段挥发，如果推板窑该段截面温差过大，部分产品中含有的结合剂及溶剂等不能完全排除;进入高温区后，挥发物更不易排出，会严重影响产品质量。电子产品经高温发生复杂的理化反应后，在降温过程中，如果截面温差过大，产品内部将产生内应力，导致产品开裂。针对这一现象，笔者对推板窑升、降温段进行了热工分析，得出推板窑中气体运动的动力条件，根据压强分布特性，在升降温段采取特殊的结构，减小截面温差，保证了产品质量。

1 推板窑升降温段压强分布特性

推板窑中气体流动的动力是压强差。推板窑升温段气体纵向自然对流分析示意图见图1。在截面1和2截面之间，推板面的压强差为：

式中：Z——窑道高度，m;

ρ0——气体在标准状态下的密度，kg/m3，

T1、T2——分别为截面1和截面2的气体平均温度，K。

将式(3)、(4)代入式(2)，并考虑与式(1)关系，则：

由上式可看出，窑拱顶下和推板面在截面1、截面2压强差的差值为：

图1 气体纵向自然对流分析示意图

在升温段由于T2＜T1、故截面1、截面2之间的上部压强差大于下部压强差;在降温段则是T2＞T1，故拱顶下压强差小于推板面上的压强差。

2 推板窑升降温段结构设计

推板窑窑道内气体流动的动力条件是压强差，在升温段上部压强差大于下部压强差，使上部气体流速加快而有利于上部传热;在降温段拱顶下压强差小于推板面上的压强差，其下部气流速度大于上部气流速度。这是在升降温段产生截面温差的主要原因。与此同时，推板窑预热带通常处于负压操作，易使冷空气进入，因而造成预热带上下温差增大。由于窑具蓄热，也会影响截面温差。针对升、降温段产生截面温差的原因，笔者在设计时采取了相应的技术措施。

2.1 相邻温区间设置锁口

推板窑窑道内因压强分布不均，沿窑道长度方向将产生气体流动。设计时，在温区间设置锁口(见图2)，可以防止相邻温区间气体的对流，从而减小截面温差，同时也可以防止温区间的温度相互影响。

图2 温区间锁口设置示意图

2.2 控制气流方向

推板窑的热工特点是被加热产品与热介质呈逆向运动，并进行热量传递。传递过程在很大程度上取决于推板窑横截面的温度均匀性。如果能在升温段使气体与产品顺流流动(见图3);在降温段使气体与产品逆流流动(见图4)，通过改变升降温段压强分布，就可减小截面温差。在设置进风与出风口时，升温段将进风口设置在窑道截面上部且在出风口之前，风道砖斜口45°向后，使气体与产品顺向流动;降温段将进风口设置在窑道截面下部且在出风口之后，风道砖斜口45°向前，同时在出口设置强冷风机，出口向前，使气体与产品逆向流动。这样引导气体流动，能使气体阻力分布合理亦可减小截面温差。

图3 升温段气体与产品顺流流动示意图

图4 降温段气体与产品逆流流动示意图

2.3 温区合理分布

推板窑中气体流动的动力是压强差，而压强差的大小与温度差密切相关。在升温段分布温区时，应尽可能使温区分布紧凑，这样可减小温区间的温差，从而降低压强差，达到减小截面温差的目的。与此同时，紧凑的温区分布，有利于工艺曲线的调节，满足了不同产品的烧结需要。

2.4 采用合理的产品码放方式

推板窑的窑道高度上压强分布不均，使窑道上下(同一截面)气流速度不同，造成截面温差。在码放产品时，适当增大上部装窑密度，在保证正常烧结高度的同时，尽量减小产品与窑顶之间的间隙，这样可以增加上部气体流动的阻力，使气流阻力分布合理，减小截面温差。

2.5 采用曲折式进气方式

升、降温段窑内排放出大量废气，同时也从外界吸入冷空气。如吸入的空气与窑内气体温差过大，将导致窑内气体分层，使截面温差增大。为了减小这一温差，笔者将进气管路设计成曲折式(见图5)，使冷空气的预热时间增加，提高进入窑内的空气温度，减小冷热空气温差，从而达到减小截面温差的目的。

图5 进气管路曲折式设计示意图

2.6 加强气密性

推板窑升温段通常处于负压操作，易使冷空气进入，冷热空气分层，造成上下温差增大。因此，推板窑的砌筑方式最好采用湿砌法，可保证砖缝交错分布。这样可以增强窑体的气密性，减少外界进入窑内的冷空气量。除此以外，还可调节各进出风口阀门的开度，使窑道内保持微负压，所建立的压强分布能使进入窑道内的冷空气量减少，从而降低截面温差。

2.7 选用热容较小的窑具

电子产品在烧结时，经常采用推板、匣钵等窑具，这些窑具在窑内运动时导致截面温差增大。因此我们在设计时应选用热容较小的窑具，这样不仅可以减小截面温差，还可降低热损失，从而提高热效率。

3 结语

通过对新、旧2种36m双推板铁氧体烧结窑性能对照(见表1)，表明在升降温带采用此特殊结构的推板窑，其截面温差明显减小，保温功率降低，产品合格率提高，产品一致性更好，可以满足各类电子产品的烧结需要。

表1 新、旧2种36m双推板铁氧体烧结窑性能对照表

1 江尧忠.工业电炉.北京：清华大学出版社，1993

2 宋耑.现代陶瓷窑炉.武汉：武汉工业大学出版社，1996

3 戚翠芬.加热炉.北京：冶金工业出版社，2004

4 蒋欣之.陶瓷窑炉热工分析与模拟.北京：中国轻工业出版社，1993

5 王秉铨.工业炉设计手册.北京：机械工业出版社，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

苏文生(1978－)，本科，工程师;主要从事工业窑炉设计及新型储能材料研发。E－mail：betty987654321@163.com