徐仲達

錳鋅軟磁鐵氧體主要燒結(jié)設(shè)備全自動氮氣保護推板窯設(shè)計改進

徐仲達

（浙江春暉復(fù)合材料有限公司，浙江紹興，312300）

在我國錳鋅軟磁鐵氧體主要燒結(jié)設(shè)備的規(guī)模化生產(chǎn)中，全自動氮氣保護推板窯系統(tǒng)不能滿足燒成工藝制度的嚴(yán)格要求，問題出在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面。作者通過多年的實踐總結(jié)，分析了自動氮氣保護推板窯工藝，并以此為基礎(chǔ)提出了結(jié)構(gòu)性的改進措施，改善了燒成工藝的可控性和精確度。實踐證明：新系統(tǒng)可滿足大件和高性能錳鋅軟磁鐵氧體產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)。研究能夠為我國軟磁鐵氧體行業(yè)的升級換代提供重要思路。

錳鋅鐵氧體；軟磁鐵氧體；推板窯；燒結(jié)；氮氣保護；規(guī)?；a(chǎn)

引言

錳鋅軟磁鐵氧體作為電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于通訊、家電、辦公設(shè)備、汽車、航空航天、自動化、綠色照明等各個領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)及設(shè)備的快速發(fā)展，錳鋅軟磁鐵氧體用量不斷增加，對其電磁性能也提出了更高的要求。

目前國內(nèi)有不少全自動氮氣保護推板窯燒成的材料不能滿足高性能軟磁材料的質(zhì)量需求。要解決這些問題，雖在燒成工藝控制經(jīng)驗上可以得到諸多幫助，但很大程度上還是取決于窯爐的本身設(shè)計結(jié)構(gòu)，以及其溫度、氣氛環(huán)境等方面能否精確調(diào)控到位。

本文針對推板窯存在的問題，基于燒成工藝，提出了具體改進措施。

1　全自動氮氣保護推板窯燒成工藝分析及存在的問題

錳鋅軟磁鐵氧體材料的電磁特性是由其本身的組成成分、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒大小、均勻性、晶界組成及厚度等因素決實的[1]。低功耗功率、高磁導(dǎo)率高阻抗等各種材料對以上因素均有不同的要求。在錳鋅軟磁鐵氧體的多種參數(shù)配比中，除原料配方、制粉工藝等因素影響外，燒成工藝是最主要的決定因素。因此，錳鋅軟磁鐵氧體材料在相對穩(wěn)定的原料配方和制粉工藝的情況下，影響其電磁性能最為主要的因素仍為燒成工藝條件。

1.1燒成工藝分析

燒成工藝條件主要是指排膠階段、升溫階段、高溫保溫階段和冷卻階段等四階段的溫度、氣氛、壓力等制度的工藝控制[2]。燒成窯爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定著燒成溫度、氣氛制度的可控性、控制精度，以及實際溫度、氣氛的均勻性程度。不同產(chǎn)品的燒成工藝要求都是不同的，如大件產(chǎn)品對排膠要求非常嚴(yán)格，一不小心就會造成排膠開裂；高性能的錳鋅軟磁鐵氧體材料對燒成制度（溫度、氣氛）的要求十分嚴(yán)格，即使保溫溫度升降僅1℃，或氧含量變化僅0.05%，都會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生較大的變化。目前較為先進的PC95、PC47、HS72、HS10、H5C4等錳鋅軟磁鐵氧體材料對溫度、氣氛制度的要求都十分嚴(yán)格，稍有不到位，其電磁性能就無法達到要求[3]。

目前我國連續(xù)生產(chǎn)錳鋅軟磁鐵氧體材料的全自動氮氣保護推板窯大都是由早期德國瑞德哈姆公司和日本NGK公司等生產(chǎn)的全自動氮氣保護推板窯的基礎(chǔ)上逐步改進而來。但是生產(chǎn)中，存在一些問題。

1.2存在的問題

通過多年努力，幾家全自動氮氣保護推板窯生產(chǎn)廠家，在進口窯爐的技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷改進和完善設(shè)備，現(xiàn)已發(fā)展到多種長度不一、帶副窯或不帶副窯的單、雙推全自動氮氣保護推板窯。因帶副窯時設(shè)計能耗更大，最近幾年大多已改為不帶副窯的結(jié)構(gòu)。

由于國內(nèi)耐火材料質(zhì)量進步快，早期因耐火材料質(zhì)量問題引起的拱窯、塌頂?shù)雀G體事故已基本消除，窯體使用壽命大大提高；同時自動控制、工藝控制等方面水平都有很大改善。

但是普遍存在著排膠不夠徹底，溫度、氣氛等工藝制度的控制不夠穩(wěn)定，溫度、氣氛的均勻性差，能源浪費嚴(yán)重等弊端。除此之外，大件產(chǎn)品易排膠開裂，產(chǎn)品上下、左右、前后性能一致性差，高性能產(chǎn)品合格率低，不能形成規(guī)模生產(chǎn)，能耗難以降低等問題依舊存在。

2　推板窯設(shè)計方面技改造

2.1增加抽風(fēng)口和攪拌風(fēng)機

為了更徹底的排膠，增加抽風(fēng)口等。

在排膠階段，排膠不徹底和排膠不均勻易造成產(chǎn)品的開裂，并影響后期產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能。排膠不徹底主要是由排膠強度不夠，即抽風(fēng)和對流強度不夠引起的。因此在排膠階段，主要應(yīng)從增強排膠強度上考慮，采取增加攪拌風(fēng)機，同時增加抽風(fēng)口（攪拌風(fēng)機與抽風(fēng)口對應(yīng)）和改變攪拌方式的辦法，即將攪拌風(fēng)機間隔由以前的1.5 m～2.0 m減小到0.8 m～1.0 m，并增加到8～10臺（同時也增加抽風(fēng)口），由頂部攪拌改為側(cè)向強對流攪拌，并且為了加強排膠的均勻性，由單側(cè)排列改為兩側(cè)交替排列?；鞠伺拍z段窯腔內(nèi)的結(jié)膠情況，說明排膠效果提高十分明顯。

2.2增加溫控點

為了實現(xiàn)溫度易控、更精準(zhǔn)，增加溫控點。

全自動氮氣保護推板窯溫度控制的最大弊端是由“一點控制一段”。國內(nèi)全自動氮氣保護推板窯溫控點間隔大都在1.2 m以上，有的甚至在2.0 m以上。在這樣的間距下，前后的實際溫度相差已遠遠超過5℃。各點的實際溫度得不到反映，其實際溫度也就根本無法得到精確的控制，導(dǎo)致窯腔內(nèi)的實際溫度控制不到位，同時造成溫度的可控性和準(zhǔn)確性大大降低，嚴(yán)重影響著產(chǎn)品電磁性能的控制。

為了能精確控制主要溫度段（指升溫1 250℃處到降溫950℃處）的實際溫度，必須增加主要溫度段的溫控點。因此在1 250℃以上段，包括高溫保溫段。根據(jù)經(jīng)驗，各溫控點間隔應(yīng)縮小到0.8 m到1.0 m；冷卻段溫控點按進氣點確定，以便準(zhǔn)確反映各點的實際溫度，從而實現(xiàn)實際溫度的精確控制，保證合理溫度曲線的嚴(yán)格實現(xiàn)，真正滿足燒結(jié)產(chǎn)品所需的溫度制度。

2.3縮小氮氣進氣口間距

錳鋅軟磁鐵氧體材料要達到的電磁性能是以各金屬離子價態(tài)穩(wěn)定的組成為基礎(chǔ)的，所以燒結(jié)過程中必須要有嚴(yán)格的氧氣氣氛制度來保證各金屬離子價態(tài)的穩(wěn)定[4]。只有氣氛制度穩(wěn)定、均勻，才能燒出性能優(yōu)良、一致性好的產(chǎn)品。氧氣氣氛制度實際上是通過各段充入氮氣來實現(xiàn)的，也即通過氮氣的壓力制度來實現(xiàn)的。氣氛制度的穩(wěn)定和均勻是產(chǎn)品一致性的保證。如果各階段氮氣進氣口少、進氣分布不勻等，就無法保證氣氛制度的要求。現(xiàn)在許多窯爐就存在進氣口間隔過大（進氣口間隔最小也有50 cm，甚至有超過1 m的）、進氣分布不勻的弊病。特別在冷卻段，如進氣口間隔過大，上下左右進氣不均勻，造成窯腔內(nèi)氣氛變化大、均勻性差，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的電磁性能好壞及其一致性。因此，為保證氣氛曲線的實現(xiàn)和上下左右氣氛的均勻一致，在冷卻段（1 300℃～1 200℃）采用密集（間隔不超過30 cm）上下、右左進氣；在冷卻段（1 200℃～950℃）采用密集（間隔不超過30 cm）上下、右左進氣的同時，用左、右、中抽氣的辦法來實現(xiàn)氣氛的穩(wěn)定和均勻。這樣的設(shè)計改變使窯內(nèi)氣氛調(diào)節(jié)變得相當(dāng)容易、可控。

為保證窯內(nèi)氣氛制度的穩(wěn)定，窯尾保持3 Pa以上的正壓是必須的，我們采用了獨創(chuàng)性的適當(dāng)降低冷卻段的窯腔空間來保證窯尾的壓力，即采用降低窯腔高度2～3 cm（通常窯體的高度前后是一致的）的辦法，在不增加氮氣量的前提下提高冷卻段的窯腔內(nèi)壓力（可提高2～3 Pa），這一改變不但保證窯內(nèi)氣氛曲線更易可控，穩(wěn)定性得到更好保證，同時還有利于排膠段和升溫段負(fù)壓的提高，可以增加抽風(fēng)量，更有利排膠和排酸根，對提高產(chǎn)品的性能十分有利。

2.4增加冷卻段風(fēng)冷長度

錳鋅軟磁鐵氧體材料要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，在升溫階段排膠和去酸根離子排氣時要帶走大量熱量，在冷卻過程又要釋放大量熱量，利用好這些熱能，可以大大減少能源的浪費。當(dāng)前國內(nèi)還有許多帶副窯的全自動推板窯，因技術(shù)上還無法解決過渡倉能在120℃以上運轉(zhuǎn)，主副窯過渡處要重新降溫，造成能量的大量浪費，這種帶副窯的結(jié)構(gòu)能耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備故障頻發(fā)，已不被業(yè)內(nèi)看好，比較節(jié)能的窯爐都已取消了副窯。

國內(nèi)節(jié)能和先進的窯爐雖已經(jīng)在利用冷卻余熱熱風(fēng)，但利用的余熱只占很少一部。余熱熱風(fēng)在排膠段只有部分替代常溫進風(fēng)，僅使排膠段的能耗降低30%左右[5]。我們采用增加冷卻段風(fēng)冷部分長度，增加余熱熱風(fēng)量，把排膠段8～10個常溫進風(fēng)全部改為余熱熱風(fēng)進風(fēng)（余熱熱風(fēng)溫度可達120℃以上）。經(jīng)測算可降低排膠段的能耗60%以上，說明充分利用冷卻余熱還是有很大潛力可挖的。

目前全自動氮氣保護推板窯在升溫段后期都留有排氣孔，排氣孔的存在使窯體的保溫效果大打折扣，會造成大量的熱量散失。憑多年的窯爐控制經(jīng)驗，只要排膠階段排膠比較徹底，升溫段1 200℃以后就基本已不再有廢氣排放。因此，在升溫段1 200℃以后的余留排氣孔應(yīng)取消，以減少此位置窯頂?shù)纳?。?jù)初步測算，每減少一個排氣孔可減少電耗5 kWh左右。

另外，目前國內(nèi)窯體表層溫度普遍偏高。經(jīng)測算，窯體表面每升高10℃會增加能耗1%以上。造成窯體表面溫度偏高的原因主要是由保溫材料的選擇和砌筑設(shè)計工藝兩方面原因造成的。目前國內(nèi)窯爐廠家對耐火、保溫材料的選擇是非常重視的，在選料上不大存在問題。主要還是在砌筑設(shè)計工藝上，砌筑質(zhì)量普遍不高，很少按高溫窯爐的砌筑規(guī)范來砌筑設(shè)計，砌筑磚縫普遍達3 cm以上。作者認(rèn)為這是導(dǎo)致窯體表層溫度普遍偏高的主要原因。因此窯爐生產(chǎn)廠家不僅要重視對耐火、保溫材料的選擇，更應(yīng)重視砌筑設(shè)計的規(guī)范和提高，提高砌筑質(zhì)量，特別應(yīng)重視磚縫的控制（控制在2 cm以內(nèi)），嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求砌筑，以降低窯體表面溫度，減少能耗。

3　結(jié)束語

隨著國內(nèi)外電子技術(shù)的迅速發(fā)展，對錳鋅軟磁鐵氧體材料的性能要求的逐步提高，高性能錳鋅軟磁鐵氧體材料用量和種類日益增加。錳鋅軟磁鐵氧作為EMC的主要材料，近幾年發(fā)展更為迅猛，前景被看好，這就要求錳鋅軟磁鐵氧體企業(yè)必須具備規(guī)?；a(chǎn)的能力。全自動氮氣保護推板窯作為規(guī)?；a(chǎn)的主要設(shè)備，其設(shè)計結(jié)構(gòu)需要不斷改進和完善，來滿足高性能材料的燒成工藝要求。

本文所提出的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計改進是在生產(chǎn)實踐中的一點膚淺認(rèn)識，望起到拋磚引玉的作用，共同為我國軟磁鐵氧體行業(yè)的升級換代做出貢獻。

[1]職工高等學(xué)校教材: 磁性材料[M]. 南京電子工業(yè)職工大學(xué).

[2]職工高等學(xué)校教材: 磁性材料工藝學(xué)[M]. 南京電子工業(yè)職工大學(xué).

[3]張繼松, 王燕明, 何虹. 中國軟磁鐵氧體材料的發(fā)展前景[J]. 磁性元件與電源, 2012(6): 101-113.

[4]段希萌, 陳文革. 錳鋅軟磁鐵氧體的制備、應(yīng)用及研究進展[J]. 電工材料, 2008(4): 42-46.

[5]新型節(jié)能型氮氣保護推板窯的研發(fā)與進展[C]. 電子信息產(chǎn)業(yè)2011年度工業(yè)爐窯技術(shù)改造與新材料新能源節(jié)能交流會會議資料.

Design and Improvement of Automatic Nitrogen Protective Sliding Plate Kiln in Mn-Zn Soft Magnetic Ferrite Main Sintering Device

XU Zhong-da
(Zhejiang Chunhui Composite Materials Co., Ltd., Shaoxing, Zhejiang, 312300, China)

In the existing scale production of Mn-Zn soft magnetic ferrite main sintering device, structure design of automatic Nitrogen protective sliding plate kiln cannot meet the actual requirements of sintering process system. Based on author’s practical experiments in many years, corresponding measures of design and improvement are put forward, improving the controllability and accuracy of sintering process system, and also satisfying scale production of Mn-Zn soft magnetic ferrite with large size and high performance. The research can provide essential ideas for upgrade and update of Mn-Zn soft magnetic ferrite field in China.

Mn-Zn Ferrite; Soft Magnetic Ferrite; Sliding Plate Kiln; Sintering; Nitrogen Protective; Scale Production

T-19

B

2095-8412 (2016) 05-852-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.005

徐仲達(1964-)，男，浙江紹興人，高級工程師，浙江春暉復(fù)合材料有限公司副總經(jīng)理。研究方向：精細陶瓷配方、成型、燒成等工藝的開發(fā)研究，現(xiàn)重視錳鋅軟磁鐵氧體的開發(fā)、生產(chǎn)等方面的工作。

E-mail: ada_66@126.com。