具有快速冷却功能的压力烧结炉技术领域
本发明涉及一种硬质合金压力烧结炉，具体是一种具有快速冷却功能的
压力烧结炉。
背景技术
目前，硬质合金的烧结普遍采用压力烧结炉，通过烧结热等静压消除合
金微观孔隙，提高产品硬度、密度及抗弯强度，提升合金产品质量。6MPa
压力烧结炉和1.6Mpa压力炉，主要用于烧结炉不同牌号和不同尺寸的硬质
合金产品，对于大尺寸产品(如硬质合金辊环)以及低钴牌号产品(Co含量
8％以下)主要使用6Mpa压力炉烧结。而对于小尺寸产品(如硬质合金刀片)
以及高钴牌号产品(Co含量8％以上)主要采用1.6Mpa压力炉烧结。针对小
产品和高钴牌号产品6MPa和1.6Mpa压力烧结炉对小产品烧结后的硬度、密
度和抗弯强度等性能指标完全一致。但1.6Mpa压力烧结炉投入成本小，其
成本只有6Mpa压力炉成本的50％，同时高温高压时的用气量1.6Mpa压力炉
只有6Mpa压力炉用量的20％，而且在较小的压力情况下烧结，加热功率节省
20％。
现有的200型6Mpa压力炉满载情况下从1450℃冷却至80℃以下只需要
5.5小时，而现有的200型1.6Mpa压力烧结炉满载情况下从1450℃冷却至
80℃以下则需要10小时。由于1.6Mpa压力烧结炉不带快速冷却功能，存在
产品冷却时间长的不足，影响了该设备的推广。
如图3所示，现有的1.6Mpa压力烧结炉保温门5和料盒门6由同一气
缸驱动，保温门5和料盒门6均安装在同一气缸上，料盒门6采用金属弹簧
预紧，如果在1350℃左右开启保温门5和料盒门6，则弹簧会很快收缩变形
失效。现有1.6Mpa压力烧结炉没有快冷功能，只是在900℃以下打开保温门
5和料盒门6，让料盒20及保温筒19内外冷热气体自然对流和热交换来缓
慢冷却，在烧结和加压过程中保温门5和料盒门6一直处于关闭状态，在冷
却时炉内温度冷却至900℃以下时打开保温门5和料盒门6，让保温筒19外
部温度更低的冷气体进入料盒20与高温产品区8内的热气体进行自然热交
换冷却，使产品温度缓慢降温，直到冷却结束(炉内温度80℃以下)，冷却
时间很长。以普通200型1.6Mpa压力炉为例，满载产品(150KG)从烧结温
度1450℃开始冷却，800℃以下打开料盒20，冷却至开炉门温度80℃大概需
要10小时。而普通硬质合金刀片的脱蜡及烧结工艺时间大概为12小时来计
算，整个冷却的时间与工艺运行时间的比例为5：6，造成运行时间长，设备
产出率低，运行效率低下。
为改变原有普通1.6Mpa压力烧结炉产品冷却时间长的问题，需要彻底
改变原有炉体结构以及炉内部件。现有炉体冷却方式过于简单，仅仅只是通
过将炉门打开后让炉子内外冷热气体自然缓慢对流热交换来实现冷却，冷却
效率低，因此需要设计一种具有冷却功能的压力烧结炉，以实现产品快速冷
却、提高生产效率的目的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种冷却效果好、能提高生产效率和设备运行
效率的具有冷却功能的压力烧结炉。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
具有快速冷却功能的压力烧结炉，包括由炉门抱箍锁紧的炉门、炉体；
设置在炉体内的保温门、料盒门、保温筒和高温产品区；高温产品区内设有
料盒，炉体内还设有风机、换热器、气体导流罩、气流导流板、冷却水进
出管、炉壳水夹套、保温门气缸和料盒门气缸；风机和换热器安装在炉门上；
换热器与冷却水进出水管相连；气体导流罩安装在保温门上与保温筒贴合；
气流导流板均布在炉壳内壁四周；冷却水进出管与炉壳水夹套相通；炉壳水
夹套位于炉壳与炉体内壁之间；碳毡门和料盒门采用双气缸独立开关结构，
保温门气缸和料盒门气缸安装在炉门上分别与保温门和料盒门相连。
本发明的保温门和料盒门采用独立双气缸驱动结构，即保温门和料盒门
分别用独立的气缸实现驱动，料盒门不需要弹簧实现预紧，避免了弹簧在高
温影响下变形失效影响设备稳定性，并能够在更高的冷却温度(1350℃)开
启保温门和料盒门，实现快冷功能。为将风机导出的热气体迅速冷却，在位
于风机叶片的四周即风机的气体导出口设有换热器。气体导流罩将保温筒内
的热气体封闭，构成完整的封闭冷却循环路径，绝大部分热气体经导流罩从
保温筒内进入换热器和风机，保证了热气体循环效率，避免了热气体出现短
路循环，让经过充分冷却的气体循环回到高温产品区，快速冷却高温产品，
提高冷却效果。经过炉壁的气体在气体导流板的阻挡下充分与炉壳内壁接触
进行热交换，确保经风机扩散至炉壁的气体在炉体内壁进行充分热交换，将
热气体进行冷却，而炉壳内壁设有水夹套，而炉壳水夹套是炉内最大面积的
换热器，冷却水进出管与炉壳水夹套相通，使气体更加快速冷却。
进一步的改进是：所述的炉门为带圆弧封头的前炉门和后炉门。将原有
平炉门结构改为带圆弧封头的炉门，能方便安装大功率风机、换热器和气体
导流罩。
进一步的改进是：所述的风机为大功率水冷式风机。采用大功率水冷式
风机能快速将保温筒内热气体抽吸到风机叶片，然后经过换热器换热后在圆
弧形炉门导向下沿炉体内壁在气流导流板的作用下吹扫后内炉壁，再到后炉
门，在后导流罩的引导下重新回吸进高温产品区。
进一步的改进是：所述的冷却水进出管有10根，安装在炉体上部和下
部与炉壳水夹套相通，分别用于炉门冷却、炉体冷却和换热器冷却的通水。
进一步的改进是：所述的换热器分别为前换热器和后换热器，由耐高温
大口径水冷铜管构成。采用耐高温大口径水冷铜管换热器能在将高温产品区
热气体吸出来的同时将热气经铜盘管吹出去，使风机导出的热气体迅速冷
却，后换热器铜管内通冷却水，以实现进一步将冷却后的气体降温。
更进一步的改进是：所述的换热器为直径φ30的铜盘管，且铜盘管上焊
有铜翅片。在铜盘管上焊接铜翅片，能够增大换热面积，让热气体经过换热
器时与铜管和铜翅片充分接触进行热交换，对气体进行快速冷却。
进一步的改进是：所述的保温门固定在碳毡架上；料盒门固定在支撑杆
上。碳毡架通过保温门气缸驱动保温门的开启与关闭；支撑杆通过料盒门气
缸驱动料盒门的开启与关闭。
更进一步的改进是：所述的碳毡架和支撑杆的由耐高温材料Cr25Ni20
不锈钢制成。以避免碳毡架和支撑杆在高温下变形影响保温门和料盒门的关
闭稳定性，确保碳毡架和支撑杆在高温开启保温门和料盒门的情况下不变
形。
本发明的工作原理：
首先，设备进入冷却控制系统，自动检测炉内温度低于1350℃以下，且
在所有与快冷相关的冷却水流量正常情况下，系统自动开启保温门和料盒
门，然后根据炉内温度自动选择转速情况下开启风机，将高温产品区内的热
气快速经前导流罩导入风机的叶片，再经过风机叶片将高温热气导入四周布
满大口径水冷铜管的前换热器，进行第一次换热；经过第一次换热的气体经
圆弧形炉门沿着炉壁，在气流导流板的阻挡下带有水冷夹套的炉内最大换热
器大面积接触，进行第二次换热；经过第二次换热的气体经后炉门在后换热
器进行第三次换热冷却后，在后导流罩的作用下将经过三次换热后的冷却气
体经后导流罩循环到炉内高温产品区，如此完成冷热气体循环和热交换，将
炉内高温产品区内的产品快速冷却，
本发明的效果在于：缩短了产品冷却时间、提高了生产效率和产品烧结
质量，解决了目前压力烧结炉冷却时间长，生产效率低的问题。本发明使用
稳定可靠，特别适用于烧结小尺寸硬质合金产品。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明保温门和料盒门双气缸结构的示意图。
图3是现有1.6Mpa压力烧结炉的结构示意图。
图中：1、风机；2、前炉门；3、前换热器；4、前导流罩；5、保温门；
6、料盒门；7、气流导流板；8、高温产品区；9、后导流罩；10、后换热器；
11、后炉门；12、冷却水进出管；13、炉壳水夹套；14、炉门抱箍；15、保
温门气缸；16、料盒门气缸；17、碳毡架；18支撑杆；19、保温筒；20、料
盒
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，本发明包括风机1、炉门、炉体、换热器、气体导
流罩、气流导流板7、冷却水进出管12、炉壳水夹套13、保温门气缸15
和料盒门气缸16和设置在炉体内的保温门5、料盒门6、保温筒19和高温
产品区8；高温产品区8通过安装在炉体内的石墨底板和石墨支撑柱支撑。
高温产品区8内设有料盒20。
风机1为大功率水冷式风机，风机自身带有水冷夹套和冷却水进出水管。
风机1设有叶片。炉门为带圆弧封头的前炉门2和后炉门11。风机1安装在
前炉门2上，前炉门2和后炉门11关闭后通过炉门抱箍14锁紧。换热器分
别为前换热器3和后换热器10，由耐高温大口径水冷铜管制成。前换热器3
和后换热器10为直径φ30的铜盘管，且铜盘管上焊有铜翅片。前换热器3
安装在炉门2上与冷却水进出管12相通，位于风机1的叶片四周，风机叶
片在将高温产品区8热气体吸出来的同时，再将热气经前换热器3吹出去。
后换热器10为8圈φ30的铜盘管，盘管内通冷却水，安装并固定在后炉门
11上与冷却进出水管12相通。气体导流罩分别为前导流罩4和后导流罩9，
安装固定在保温门5的钢架上与保温筒19贴合，随保温门5的开启关闭而
动作，前导流罩4和后导流罩9与保温筒19的贴合留有较大余量，即使在
保温门5开启的情况下，导流罩4和后导流罩9仍然与保温筒19贴合，保
证热气体流出和流进高温产品区8时不会因有间隙而产生气流短路的情况，
让气流始终处于闭式循环的路径中。风机1的叶片正对前导流罩4处有开孔，
通过该孔风机叶片将炉内热气体吸出来。气流导流板7安装在炉壳内壁上，
在气流循环时起到阻挡气流的作用，将气流尽量与炉壳内壁进行热交换，再
通过炉壳水夹套13将热量带走。炉壳水夹套13位于炉壳与炉体内壁之间；
冷却水进出管12有10根，安装在炉体上部和下部与炉壳水夹套13相通，
分别用于炉门冷却、炉体冷却和换热器冷却的通水。保温门5和料盒门6为
双气缸驱动结构，保温门气缸15和料盒门气缸16安装在炉门2上分别与保
温门5和料盒门6相连。保温门5安装固定在碳毡架17上，碳毡架17通过
保温门气缸15驱动保温门5的开启与关闭。料盒门6安装固定在支撑杆18
上，支撑杆18通过料盒门气缸16驱动料盒门6的开启与关闭。为避免碳毡
架17和支撑杆18在高温下变形影响保温门5和料盒门6的关闭稳定性，碳
毡架17和支撑杆18为耐高温材料Cr25Ni20不锈钢，以确保碳毡架17和支
撑杆18在高温开启保温门5和料盒门6的情况下不变形。
本发明配置了电气和程序自动控制系统，以保证冷却功能的自动、安全、
可靠运行。当系统检测到炉内各带温度低于1350℃时，自动开启保温门5
和料盒门6，在系统检测到以上两个门均已开启到位后，自动按照用户设定
的转速写入变频器，控制风机1的转速在1000转/分运行，避免大量的高温
热气体瞬间导入前炉门2，造成前炉门2密封件受热失效，当炉内温度降至
1100℃以下时，系统自动按照风机1最高转速1400转/分写入变频器，让风
机1高速运行，加快1100℃以下设备的冷却速度。在控制保温门5、料盒门
6自动开启、风机1自动运行的快速冷却期间，系统自动检测前换热器3、
后换热器10、风机1、前炉门2、后炉门11、加热电极等水流量是否正常，
否则不能开启保温门5进行快冷，如果在快冷运行期间检测到水流量不正常，
则自动暂停快冷程序，风机1停止运行，保温门5自动关闭，以免对前换热
器3、后换热器10、风机1、前炉门2、后炉门11、加热电极等受高温影响
出现设备意外情况。
使用时，前炉门2和后炉门11关闭，通过炉门抱箍14锁紧前炉门2
和后炉门11。在冷却进出水管12通水的情况下，自动按照以下工艺程序运
行：
1、H2脱蜡(常温～600℃)、真空烧结(600～1300℃)、分压烧结(1300～
1450℃)、压力烧结(1450～1450℃)
在以上工艺运行阶段中：风机1停、前炉门2和后炉门11关，前换热
器3和后换热器10一直通冷却水，保温门5和料盒门6一直处于关闭状态。
2、快冷(1450℃～常温)
从1450℃降至1350℃，风机1停、前炉门2和后炉门11关，前换热
器3和后换热器10一直通冷却水，保温门5和料盒门6一直处于关闭。从
1350℃降至常温，风机1开、前炉门2和后炉门11关，前换热器3和后换
热器10一直通冷却水，保温门5和料盒门6开启，使炉内热气体进行内循
环。经过内循环快速冷却，炉内热气体经封闭式循环冷却回路，在设备满载
时，从最高温1450℃冷却至80℃以下，在1350℃开启保温门5和料盒门6，
同时开冷却风机1的情况下，极限冷却时间为38分钟，大大提高了生产效
率。同时快速冷却功能可抑制冷却时钴从硬质合金表面“逸出”，增加了合
金中粘结相钴中钨和碳化钨的含量，提高了合金的抗冲击韧性和耐磨性。
经试验，本发明使用稳定可靠，缩短了产品冷却时间，提高了硬质合金
产品的抗冲击韧性和耐磨性，在提高生产效率的同时提高了产品质量，特别
适用于烧结高钴小尺寸硬质合金产品。