熱處理電阻爐的性能參數(shù)測(cè)定

李 蓉 ，牛 元 ，李金方

（1.海軍蚌埠士官學(xué)校機(jī)械系，安徽蚌埠233012；2.海軍92474部隊(duì)教練室，海南三亞 572018）

在機(jī)械、冶金等行業(yè)中，熱處理是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品使用壽命的重要工序。拖拉機(jī)、汽車(chē)和軸承行業(yè)有70%以上的零件需經(jīng)熱處理，機(jī)床行業(yè)需經(jīng)熱處理的零件約占60%以上，而全部刃具都需經(jīng)過(guò)熱處理才能使用。因此，熱處理在機(jī)械制造和冶金生產(chǎn)中具有重要作用。特別是隨著傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)與新材料技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)的緊密結(jié)合，對(duì)熱處理工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，迫切需要技術(shù)人員和安裝工人熟練掌握熱處理爐的安裝與維修技術(shù)，特別是性能參數(shù)測(cè)定技術(shù)，以保證熱處理爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 電阻和功率的測(cè)定

（1）絕緣電阻的測(cè)定。電阻爐經(jīng)烘爐冷卻后的干燥狀態(tài)下，用500 MΩ表測(cè)量相與相之間和相與地之間的絕緣電阻不低于0.5 MΩ。

（2）金屬電熱元件冷態(tài)直流電阻測(cè)定。用直流電橋測(cè)量。單相接線時(shí)測(cè)量總電阻；三相接線時(shí)測(cè)量并計(jì)算各相的電阻。

（3）額定功率測(cè)定。電阻爐烘爐后，空爐由室溫開(kāi)始升溫，當(dāng)爐溫將達(dá)到最高工作溫度，而溫度控制儀表尚未起作用時(shí)，用功率表進(jìn)行測(cè)量；對(duì)位式控溫電阻爐，也可在爐溫達(dá)到額定溫度以后的通電期間內(nèi)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果應(yīng)按下式進(jìn)行折算：

式中，

pn——額定功率（kW）；

pn'——在電壓u與un的偏差不超過(guò)±5%時(shí)測(cè)得的功率（kW）；

un——額定電壓（V）；

u——測(cè)量功率時(shí)的電壓(V)。

2 溫度的測(cè)定

（1）最高工作溫度測(cè)定。在空爐升溫時(shí)間測(cè)定中，用電阻爐本身配備的溫度儀表測(cè)量。如電阻爐本身未配備測(cè)量?jī)x表，則用其他合適的儀表測(cè)量。

（2）空爐升溫時(shí)間測(cè)定。空爐升溫時(shí)間，通常指在額定電壓下，把一臺(tái)經(jīng)過(guò)充分干燥的、沒(méi)有裝爐料的電阻爐，從冷態(tài)加熱到最高工作溫度所需的時(shí)間。對(duì)于配備調(diào)壓器或變壓器等的電阻爐，空爐升溫時(shí)間是指按企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的升溫程序進(jìn)行升溫所需的時(shí)間。對(duì)多控制區(qū)電阻爐，是指所有控制區(qū)都達(dá)到試驗(yàn)溫度所需的時(shí)間。

測(cè)量空爐升溫時(shí)間的方法，應(yīng)根據(jù)電阻爐所用加熱元件的性質(zhì)和控制方式選擇。對(duì)采用某些控制方式（如晶閘管移相控制）的電阻爐，其電參數(shù)目前還不能準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)斷開(kāi)原有的控制系統(tǒng)，而改用其他適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)。若電阻爐的工作電壓低于電源電壓，則應(yīng)用調(diào)壓器或變壓器等降壓。對(duì)于采用鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金等電阻溫度系數(shù)不大的材料，作為加熱元件的電阻爐，凡采用位式控制或晶閘管過(guò)零控制者（晶閘管過(guò)零控制系統(tǒng)應(yīng)處“手動(dòng)”控制位置），有條件時(shí)，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)使輸入電壓的波動(dòng)不超過(guò)其額定值的±2%；否則，可測(cè)出試驗(yàn)過(guò)程中的平均輸入功率，而近似地用下式計(jì)算：

式中，

t——電阻爐的空爐升溫時(shí)間（h）；

t'——實(shí)測(cè)升溫時(shí)間（h）；

pn——電阻爐的額定功率（kW）；

p'——期間的平均輸入功率（kW）。

對(duì)于無(wú)級(jí)調(diào)壓電阻爐，其輸入功率的偏差應(yīng)在±2%范圍內(nèi)；對(duì)于有級(jí)調(diào)壓電阻爐，其輸入功率的偏差應(yīng)在±10%范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果也應(yīng)用上述方法折算。對(duì)于采用鉬、碳化硅、二硅化鉬等電阻溫度系數(shù)大的材料和石墨作為加熱元件的電阻爐，在測(cè)量時(shí)其輸入電壓應(yīng)先調(diào)節(jié)在最低值上，然后根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的升溫程序逐漸升高電壓。

對(duì)于多控制區(qū)電阻爐，以所有控制區(qū)都達(dá)到最高工作溫度所需的時(shí)間為空爐升溫時(shí)間。

（3）爐門(mén)、爐蓋、爐殼等外表面溫升測(cè)定。在電阻爐最高工作溫度下的熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的位置（一般除爐門(mén)口、爐蓋口、加熱元件和熱電偶引出孔以及爐襯穿透緊固件附近外），用接觸良好的表面溫度計(jì)或鉑電阻溫度計(jì)等，測(cè)量爐門(mén)、爐蓋、爐殼等外表面溫度與環(huán)境溫度的差。在需要自動(dòng)記錄表面溫度的場(chǎng)合，推薦用鉑電阻溫度計(jì)和相應(yīng)的記錄儀。

3 加熱能力試驗(yàn)

加熱能力是表征間歇式電阻爐是否足夠輸入功率的指標(biāo)。通常表示為：在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件下，把爐料裝入爐內(nèi)后，爐溫能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)從環(huán)境溫度上升（如對(duì)真空爐）或從開(kāi)始加料時(shí)的溫度回升（對(duì)一般電阻爐）到規(guī)定的溫度?？捎孟率龇椒ㄖ贿M(jìn)行試驗(yàn)。

（1）直接法。在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)條件下，把一批等于規(guī)定重量的爐料裝入爐內(nèi)，記錄爐溫上升或回升到試驗(yàn)溫度的時(shí)間，應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。

試驗(yàn)用爐料除產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定或制造廠與用戶另有協(xié)議者外，對(duì)于金屬材料，其直徑或壁厚應(yīng)不大于25 mm。爐料的放置應(yīng)盡可能有利于熱能的吸收。

（2）間接法。利用空爐加熱試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。即對(duì)熱爐裝料的情況，當(dāng)下式成立時(shí)，電阻爐即被認(rèn)為具有足夠大的加熱能力：

式中，

pn——電阻爐的額定功率（kW）；

p0——電阻爐的空爐損失（kW）；

tn——在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的加熱能力的試驗(yàn)時(shí)間（h）；

G——規(guī)定的爐料質(zhì)量（kg）；

△H——爐料從初始溫度(取基準(zhǔn)環(huán)境溫度20℃)加熱到試驗(yàn)溫度時(shí)，其熱焓的增加量[（kW·h）/kg]。

具體采用哪一種方法，在企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定或由制造廠和用戶商定。條件許可時(shí)，應(yīng)采用直接法，并以直接法的試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。間接法不適用于真空爐和鹽浴爐。

4 溫度均勻度試驗(yàn)

溫度均勻度(曾用名“爐溫均勻性”)是指電阻爐在試驗(yàn)溫度下的熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，爐內(nèi)的溫度均勻程度。通常爐溫均勻度表示為：在規(guī)定的各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)上所測(cè)得的最高和最低溫度分別與在控溫點(diǎn)上所測(cè)得的溫度的差(各點(diǎn)溫度值分別是同樣次數(shù)測(cè)量的平均值)。沒(méi)有特別說(shuō)明時(shí)，一般指在空爐情況下。

對(duì)熱電偶測(cè)溫的電阻爐，爐溫均勻度應(yīng)在電阻爐不裝爐料(空爐)的熱穩(wěn)定狀態(tài)情況下測(cè)量。用戶要求在裝料情況下測(cè)量時(shí)，爐料的材質(zhì)、形狀、大小、布置方式，測(cè)溫點(diǎn)的位置，要求達(dá)到的指標(biāo)等，由制造廠和用戶另行商定。

對(duì)具有風(fēng)機(jī)的電阻爐，在試驗(yàn)期間風(fēng)機(jī)應(yīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)布設(shè)在控溫點(diǎn)和各測(cè)溫點(diǎn)上的熱電偶，應(yīng)當(dāng)通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)用同一只精確度至少為0.1級(jí)，分辨率不低于0.0l mV的直流數(shù)字電壓表進(jìn)行溫度測(cè)量?？販?zé)犭娕紤?yīng)固定在設(shè)計(jì)規(guī)定的位置上，其端點(diǎn)不應(yīng)伸入到工作區(qū)內(nèi)。

5 空爐損失試驗(yàn)

空爐損失，是指沒(méi)有裝爐料的電阻爐的爐體部分，在最高工作溫度下的熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)所損失的功率。電阻爐的空爐損失，在電阻爐空爐最高工作溫度內(nèi)熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)量，其方法有平均功率法、表面溫升法和經(jīng)驗(yàn)判斷法。爐內(nèi)氣氛應(yīng)與正常工作時(shí)相同。爐內(nèi)風(fēng)機(jī)所消耗的功率應(yīng)包括在內(nèi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

箱式熱處理電阻爐可用于碳鋼、合金鋼的退火、正火、淬火、回火和固體滲碳等，無(wú)論是低溫箱式爐、中溫箱式爐、還是高溫箱式爐，結(jié)構(gòu)都大同小異，性能參數(shù)類型基本一致，不同的是性能參數(shù)數(shù)值有差別，但測(cè)定方法都是一樣的，都可以按上述方法實(shí)施測(cè)定。

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