1 前言
　　氣氛爐又稱鋼包爐、氣氛保護(hù)爐，通常包括一個(gè)可以抽真空充氣氛的容器及一個(gè)可置于其內(nèi)的箱式爐。氣氛爐在工業(yè)領(lǐng)域用途很廣。尤其適用于磁性材料行業(yè)磁芯的燒結(jié)，主要用于實(shí)驗(yàn)室的小試及小批量生產(chǎn)。磁芯的燒結(jié)過程對氧分壓有一定的要求，通常是抽真空后充入氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行燒結(jié)。 傳統(tǒng)氣氛爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用硅碳棒加熱，燒結(jié)溫度低，爐腔溫度均勻性差，維修工作量大，自動(dòng)化程度低，相應(yīng)的燒結(jié)產(chǎn)品檔次低，性能一致性差。隨著磁性材料行業(yè)的發(fā)展、電子設(shè)備的小型化、集成化，高性能產(chǎn)品的市場需求量越來越大，相應(yīng)地氣氛爐也提出了更高的要求。基于傳統(tǒng)氣氛爐的不足，結(jié)合燒結(jié)工藝對氣氛爐的具體要求，我們進(jìn)行了針對性的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　2 全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　2.1 加熱元件及其分布的優(yōu)化 傳統(tǒng)的氣氛爐采用硅碳棒加熱，最高工作溫度為1350℃，缺點(diǎn)是壽命短，存在老化問題，斷一根需要一組全部更換，勞動(dòng)強(qiáng)度大；此外加熱元件是兩側(cè)均布，爐門、爐尾溫度明顯偏低，導(dǎo)致燒結(jié)產(chǎn)品的一致性差。在優(yōu)化方案中，加熱元件采用硅鉬棒，其正常工作溫度為1450℃，符合燒結(jié)高性能磁芯的溫度要求，使用壽命長達(dá)1年左右，不存在老化問題，斷一根只需換一根，操作方便；爐尾部加裝加熱元件，成三面加熱，同時(shí)靠爐門的熱電偶前移，這樣就能保證爐內(nèi)溫度的均勻性達(dá)到±5℃ 
　　2.2 熱電偶插入方式的優(yōu)化 傳統(tǒng)的氣氛爐熱電偶是整體密封在爐體內(nèi)的，其冷端通過耐高溫補(bǔ)償導(dǎo)線與爐體上的接線柱相連，接線柱再與溫控儀相連。由于熱電偶冷端溫度較高，造成溫控儀顯示溫度于箱式爐爐腔溫度不一致，且相差較大。
　　2.3 溫控儀的優(yōu)化 傳統(tǒng)的溫控儀只能設(shè)定溫度～時(shí)間曲線，對于阻值一定的阻性負(fù)載，只要設(shè)定好適當(dāng)?shù)腜ID（比例、微分、積分）值，就能得到設(shè)定的溫度曲線。而優(yōu)化設(shè)計(jì)中的氣氛爐加熱元件是硅鉬棒，其阻值隨溫度的變化而變化。特別是硅鉬棒冷態(tài)阻值極小，初始升溫時(shí)。即使電壓調(diào)整器觸發(fā)可控桂很小的導(dǎo)通角，反映到負(fù)載上的電流就可能很大，以致于燒毀快速熔斷器或可控硅。傳統(tǒng)的做法是在電壓調(diào)整器上裝一個(gè)10K電位器，對溫控儀送給電壓調(diào)整器的標(biāo)準(zhǔn)信號限幅，使負(fù)載上的電流減小。但隨著溫度的升高，硅鉬棒的阻值迅速變大，這樣又要求手工增大10K電位器的輸出，一直到硅鉬棒阻值變化不大時(shí)，才能把10K電位器調(diào)節(jié)到最大，以保證設(shè)定的溫度曲線，這樣達(dá)不到全自動(dòng)升溫的目的。在溫控儀的優(yōu)化方案中，溫控儀可自動(dòng)地將送給電壓調(diào)整器的標(biāo)準(zhǔn)信號通過程序來加以限幅，每一程序段增加一個(gè)限副（F）參數(shù)，這樣就能保證全自動(dòng)升溫。當(dāng)然最理想的控溫方式是自始至終限制最大電流值，這需要采用閉環(huán)控制，需增加硬件，比較繁瑣。
　　2.4 冷卻速度的優(yōu)化 傳統(tǒng)的氣氛爐冷卻主要靠爐體夾層內(nèi)的循環(huán)水帶走部分的熱量，冷卻速度比較慢。有時(shí)長達(dá)36h左右才能冷卻到150℃左右。而高性能磁芯要求快速降溫，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出以下幾種方案：
　　（1）循環(huán)風(fēng)冷法：冷卻時(shí)把充入爐內(nèi)的氮?dú)獬槌鰜斫?jīng)過凝塔，再送入爐內(nèi)，循環(huán)使用。同時(shí)為了防止泄漏，需要向爐內(nèi)不斷補(bǔ)充一部分氮?dú)�，以保證爐內(nèi)的氮分壓，工作原理如圖2所示；
　�。�2）箱式爐底開孔，與硅鉬棒的冷端的縫隙形成氣體對流，帶走箱式爐內(nèi)的熱量；
　�。�3）箱式爐內(nèi)通入氮?dú)�，帶走燒結(jié)產(chǎn)品的熱量；
　�。�4）加快爐體夾層內(nèi)的水流速度。 這幾種方案完全可以同時(shí)使用，冷卻時(shí)間能縮短到15h左右。

　　3 優(yōu)化方案的效果
　　優(yōu)化設(shè)計(jì)后的氣氛爐，箱式爐內(nèi)溫度均勻性很好，自動(dòng)化程度較高，維修工作量極小，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度降低，燒結(jié)的磁芯達(dá)到了較高的檔次。低功耗產(chǎn)品，性能達(dá)到PC40、PC50的要求；高µ產(chǎn)品，初始磁導(dǎo)率達(dá)到15000～18000，取得了良好的社會效益。被多家科研機(jī)構(gòu)及大專院校作為主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并大量應(yīng)用于企業(yè)作為小批量生產(chǎn)用設(shè)備。