大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性的影響因素和測(cè)試技術(shù)研究

李倩倩 楊東峰 顧宏偉

摘 要：本文通過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，分析了當(dāng)前大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性的影響因素，并分析了爐溫均勻性測(cè)試方法，旨在為提升熱處理的質(zhì)量提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：燃?xì)鉄崽幚頎t；爐溫均勻性；影響因素；測(cè)試技術(shù)

1 爐溫均勻性影響因素

1.1 裝爐方式

裝爐方式是影響爐溫均勻性的主要因素之一。多數(shù)熱處理爐通過高溫?zé)靵?lái)達(dá)到提升爐氣循環(huán)的效果，也就是說擺放工件時(shí)需要在爐內(nèi)留出爐氣循環(huán)的管路[1]。熱處理爐安裝實(shí)踐結(jié)果表明，爐內(nèi)截面空余區(qū)域越大，爐溫均勻性越好[2]。

1.2 爐氣循環(huán)系統(tǒng)

保持大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性的有效措施之一是提高爐內(nèi)循環(huán)氣體流量[6]。一般情況下，提升氣流量的方式有兩種，一種方式為借助攪拌風(fēng)機(jī)，將多個(gè)軸流風(fēng)機(jī)安裝在熱處理爐兩側(cè)或頂部，對(duì)爐內(nèi)氣體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，以此?lái)提升爐內(nèi)氣體的循環(huán)流量。但輔助攪拌風(fēng)機(jī)方式的應(yīng)用也有局限性，對(duì)導(dǎo)流板和風(fēng)機(jī)的安裝方式要求苛刻，提高了設(shè)計(jì)難度，增加了熱處理爐的成本。第二種方式是利用高速燒嘴或亞高速燒嘴來(lái)穩(wěn)定爐溫，，通常情況下，燃?xì)鉅t燒嘴的位置在爐的兩側(cè)位置，以相互交錯(cuò)的方式分布，爐溫控制機(jī)制為利用燒嘴噴出的高速氣流來(lái)對(duì)爐內(nèi)氣體進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛５@一局部循環(huán)方式要求所有燒嘴具有差距較小的功率，并通過PLC系統(tǒng)來(lái)控制爐溫。不同類型的燒嘴對(duì)出口氣體的流速要求不同，具體情況見表1。

1.3 控溫?zé)犭娕嫉牟贾?/p>

爐溫均勻性控制的有效措施之一是合理布置控溫?zé)犭娕肌ＭǔＧ闆r下，工控設(shè)備上所顯示的溫度和溫度控制熱電偶上的讀數(shù)會(huì)有一定的誤差，兩個(gè)值之間的誤差可以通過溫度補(bǔ)償裝置加以改善，與工件之間的距離越短，控溫?zé)犭娕荚侥苷鎸?shí)反映工件的實(shí)際溫度，且最好不要為預(yù)留熱電偶留出太長(zhǎng)的位置。但高速噴嘴熱處理爐燒嘴噴出的火焰產(chǎn)生的熱氣流也可能會(huì)與熱電偶有所接觸，溫控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷燒嘴大火，增大溫差，使溫度失去控制。

1.4 熱處理爐燒嘴的狀態(tài)

為了提升熱處理爐內(nèi)氣體循環(huán)量，對(duì)燒嘴進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)可以適當(dāng)提高助燃風(fēng)量直至出現(xiàn)藍(lán)色火焰，進(jìn)而可以提升攪拌效果，避免火焰發(fā)散導(dǎo)致局部溫度過高。但這種方式也容易增加熱處理爐的能量消耗。

2熱處理爐爐溫均勻性測(cè)試技術(shù)

2.1 爐溫均勻性測(cè)試設(shè)備

爐溫均勻性測(cè)試設(shè)備的主要部件有熱電偶、檢測(cè)儀表、補(bǔ)償導(dǎo)線、測(cè)溫架以及轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的部件有相關(guān)規(guī)定要求，具體內(nèi)容如下所述。

熱電偶部件應(yīng)該符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2614、GB/T 3772、GB/T 16839.2、GB/T 4993的規(guī)定，有效加熱區(qū)域推薦熱電偶的參數(shù)如表2所示。

檢測(cè)所用的溫度補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)該符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4989以及GB/T 499的相關(guān)要求，具體要求如表3所示。

測(cè)試用檢測(cè)儀器儀表的精密度應(yīng)該比熱處理爐儀表等級(jí)系數(shù)高，且儀表的使用期限在校驗(yàn)期范圍內(nèi)，有合格證書。常見檢測(cè)儀表主要有數(shù)顯測(cè)溫計(jì)、UJ便捷式電位差儀、多點(diǎn)循環(huán)檢測(cè)儀和多點(diǎn)記錄儀等。

轉(zhuǎn)換開關(guān)有手動(dòng)類型的，也有自動(dòng)類型的。可以利用同一儀表裝置來(lái)測(cè)量多個(gè)位置的溫度，3min內(nèi)可以隨意切換檢測(cè)位置，且不容易出現(xiàn)附加熱電勢(shì)差。

測(cè)溫架的大小和性狀等參數(shù)與熱處理爐的測(cè)量方式和有效加熱區(qū)域有關(guān)，一般結(jié)構(gòu)是通過不銹鋼、低碳鋼管或耐熱合金焊接而成的，可以固定熱電偶的料框或支架設(shè)備。

2.2 測(cè)試技術(shù)和記錄方法

國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性的測(cè)試技術(shù)提出具體要求，但根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以通過以下方法進(jìn)行測(cè)試。

（1）檢測(cè)要求：通常情況下，檢測(cè)熱處理爐有效區(qū)域時(shí)采用最多的是空載實(shí)驗(yàn)法，如有特殊要求可以利用裝載實(shí)驗(yàn)技術(shù)（半裝載實(shí)驗(yàn)技術(shù)、滿載實(shí)驗(yàn)技術(shù)）。進(jìn)行均勻性測(cè)試實(shí)驗(yàn)過程中，熱處理爐可以通過常用升溫參數(shù)進(jìn)行升溫，有效加熱區(qū)域的溫度檢測(cè)位置和數(shù)量可以根據(jù)熱處理爐預(yù)設(shè)加熱區(qū)大小、加熱爐的方式來(lái)確定。

（2）熱電偶的布置方式

若加熱爐的長(zhǎng)度長(zhǎng)于5米時(shí)，任何兩個(gè)相鄰溫度測(cè)試平面的距離都不應(yīng)該高于2米。

（3）溫度測(cè)試方法

裝載實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度不能高于檢測(cè)溫度，所有測(cè)試位置的溫度必須在檢測(cè)溫度或保溫精度范圍的最低值后，按照規(guī)定的時(shí)間間隔測(cè)試各個(gè)位置的實(shí)際溫度，具體內(nèi)容如表4所示。合理修訂測(cè)試溫度后即可得到溫度實(shí)際值，以此來(lái)判斷各個(gè)位置的保溫精度是否與標(biāo)準(zhǔn)相一致。若溫度實(shí)際值超出精度范圍，可以適當(dāng)延長(zhǎng)溫度測(cè)試時(shí)間，但同一檢測(cè)點(diǎn)位置的保溫檢測(cè)時(shí)間不能超過2h。

2.3 記錄內(nèi)容

測(cè)試結(jié)果的記錄內(nèi)容主要包括熱處理爐的生產(chǎn)廠家、型號(hào)、生產(chǎn)日期、類別、名稱以及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，空載情況、裝載情況以及實(shí)施條件，保溫精度、測(cè)試溫度以及常用溫度范圍，預(yù)設(shè)假定區(qū)域內(nèi)的大小和檢測(cè)點(diǎn)布置，檢測(cè)設(shè)備的名稱、類別、型號(hào)的精密度，所有檢測(cè)位置的溫度顯示值、溫度測(cè)試時(shí)間以及溫度數(shù)據(jù)處理，裝載實(shí)驗(yàn)的運(yùn)料速度、裝爐方式、裝載量和工件特性，測(cè)試日期、測(cè)試人員、審核人員、批準(zhǔn)人員等。

3結(jié)論

大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性是熱處理爐的一項(xiàng)重要指標(biāo)，良好的爐溫均勻性有助于產(chǎn)品質(zhì)量的提升。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)力量的不斷雄厚，企業(yè)對(duì)于熱處理爐的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，因此，保證熱處理爐的爐溫均勻性是十分必要的。大型燃?xì)鉄崽幚頎t可以通過改善控溫?zé)犭娕嫉牟贾梦恢?、裝爐方式、燒嘴形式以及燒嘴狀態(tài)來(lái)提升溫度的均勻性。而大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了合理的設(shè)計(jì)方式和爐溫監(jiān)測(cè)，可以保證爐溫均勻性，滿足人們對(duì)熱處理爐的質(zhì)量要求。合理測(cè)試大型燃?xì)鉄崽幚頎t爐溫均勻性，降低各個(gè)因素對(duì)爐溫均勻性的影響是每一個(gè)溫度計(jì)量人員的義務(wù)和責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]石月娥， 聶英蘭. 燃?xì)鉄崽幚頎t溫度均勻性測(cè)試結(jié)果影響因素分析[J]. 中國(guó)計(jì)量， 2016（9）：98-100.

[2]文麗松， 馬國(guó)生. 基于輻射測(cè)溫法的高溫?zé)崽幚頎t溫度均勻性檢測(cè)技術(shù)研究[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù)， 2017， 37（S1）.

[3]楊新圓， 呂國(guó)義， 陳煒， et al. 現(xiàn)行熱處理爐測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比較分析[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù)， 2017， 37（5）：34-39.

作者簡(jiǎn)介：

李倩倩（1985.11-）、女、漢族、江陰、江陰興澄特種鋼鐵有限公司、工程師、碩士研究生、熱處理爐和金屬熱處理工藝。