電阻爐溫度均勻性測(cè)試及異常處理研究

杜挺 馬凡蛟 巨彪 楊亞斐

摘 要：分析了爐溫均勻性測(cè)試的目的、測(cè)試條件、測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)試方法，對(duì)爐溫均勻性的測(cè)試結(jié)果及過(guò)程異常處理進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：爐溫均勻性測(cè)試;測(cè)試方法;異常處理;糾正措施

1 爐溫均勻性測(cè)試的目的

熱處理爐是熱處理生產(chǎn)過(guò)程中所使用的主要設(shè)備，而爐溫均勻性是指爐子有效加熱區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)不同位置的溫度相對(duì)于工藝設(shè)定溫度的偏離程度，也稱溫度偏差， 其測(cè)試結(jié)果是判別熱處理爐是否滿足既定生產(chǎn)工藝要求的重要指標(biāo)的重要指標(biāo)。

2 爐溫度均勻性測(cè)試條件

2.1熱處理爐的有效加熱區(qū)測(cè)試通常分為初始測(cè)試和周期測(cè)試。

2.2新添置的熱處理爐在正式投產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行有效加熱區(qū)初始測(cè)試，以確定合格的工作區(qū)、工作溫度范圍及爐子的類別。

2.3熱處理爐在使用過(guò)程中如果發(fā)生較大的維修、變化或調(diào)整并對(duì)已測(cè)定的有效加熱區(qū)產(chǎn)生改變或或?qū)τ行Ъ訜釁^(qū)溫度均勻性產(chǎn)生影響時(shí)也應(yīng)進(jìn)行初始測(cè)試。

2.4周期測(cè)試是根據(jù)熱處理爐的等級(jí)（如表1所示）確定測(cè)試周期，每年至少對(duì)最高和最低溫度測(cè)試一次。

3 爐溫均勻性測(cè)試方法

3.1爐溫均勻性裝載要求

爐溫均勻性測(cè)試通常只進(jìn)行空載測(cè)試，必要時(shí)也可以裝載測(cè)試，裝載測(cè)試時(shí)裝載時(shí)可采用額定裝爐量或額定裝爐量的50%，也可采用工藝常用裝爐量但不應(yīng)低于額定裝爐量的50%。初始測(cè)定條件應(yīng)與周期測(cè)試相同。

3.2爐溫均勻性測(cè)量傳感器數(shù)量

進(jìn)行爐溫均勻性測(cè)試通常采用體積法確定傳感器的數(shù)量，如上表。

4 測(cè)量系統(tǒng)

熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定用測(cè)量系統(tǒng)通常由溫度傳感器、補(bǔ)償導(dǎo)線、測(cè)量?jī)x表（系統(tǒng)裝置）及測(cè)溫架等組成。

4.1溫度傳感器在溫度達(dá)到1000℃以上時(shí)一般采用N分度熱電偶作為測(cè)量傳感器。

4.2補(bǔ)償導(dǎo)線一般用來(lái)連接熱電偶與測(cè)試儀表，選用與傳感器材質(zhì)相同或具有相同熱電勢(shì)的合金絲組成，帶有護(hù)套、屏蔽層、保護(hù)套等。

4.3測(cè)量?jī)x表（系統(tǒng)裝置）選用帶有顯示及記錄功能的數(shù)字儀表，準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0.1級(jí)，分辨力達(dá)到0.1℃。

4.4測(cè)溫架根據(jù)熱處理爐的種類及檢測(cè)方法確定。測(cè)溫架的外輪廓與待測(cè)有效加熱區(qū)或有效加熱區(qū)垂直截面的形狀和尺寸相一致;測(cè)溫架典型形狀如圖1所示。

5 測(cè)量步驟

5.1測(cè)量傳感器數(shù)量及位置

如圖2測(cè)量傳感器應(yīng)按要求選擇合適的數(shù)量并固定在測(cè)溫架的相應(yīng)位置并保證測(cè)量傳感器的位置遵循對(duì)稱、均勻和最佳代表位置的原則。隨著有效加熱區(qū)的增大應(yīng)增加測(cè)量傳感器的數(shù)量或根據(jù)需要額外增加傳感器的數(shù)量時(shí)，應(yīng)遵循同樣的原則。

5.2測(cè)量傳感器固定與連接儀表

固定傳感器應(yīng)根據(jù)使用的溫度選用合適的合金絲進(jìn)行固定，采用料架代替測(cè)溫架時(shí)應(yīng)保證測(cè)量傳感器準(zhǔn)確的布置到規(guī)定的測(cè)量位置上。傳感器布置完成后從預(yù)留孔或爐門(mén)口引出傳感器的冷端接至儀表上，不能使用拼接的補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行連接。

5.3數(shù)據(jù)采集及記錄

1）有效加熱區(qū)測(cè)試過(guò)程中任何測(cè)量、控制或記錄傳感器的溫度均不應(yīng)該超過(guò)爐子對(duì)應(yīng)等級(jí)及測(cè)試溫度點(diǎn)要求的溫度均勻性的上偏差。

2）記錄數(shù)據(jù)應(yīng)從測(cè)量、控制或記錄傳感器等任意一支傳感器到達(dá)測(cè)試溫度的下偏差之前開(kāi)始。

3）數(shù)據(jù)開(kāi)始采集時(shí)應(yīng)按2min采集一次測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)，6min采集一次控制傳感器的數(shù)據(jù)，并在所有溫度穩(wěn)定后再連續(xù)記錄30min所有測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)在爐溫均勻性的允許偏差范圍內(nèi)。

4）空載測(cè)試時(shí)應(yīng)保證每一個(gè)溫度點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間由第一個(gè)傳感器到達(dá)下偏差前開(kāi)始記錄至采集穩(wěn)定的30min數(shù)據(jù)后所用的時(shí)間不超過(guò)2h。

5.4數(shù)據(jù)處理

對(duì)每個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)，取傳感器穩(wěn)定后不少于30min的數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)，同時(shí)取控制傳感器的記錄作為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù);對(duì)每個(gè)測(cè)量傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得出每個(gè)測(cè)量溫度的實(shí)際真實(shí)溫度;取每支傳感器修正后30min真實(shí)溫度的最大值和最小值作為各傳感器的溫度偏差，同時(shí)取所有傳感器真實(shí)溫度的最大正偏差及最大負(fù)偏差作為每個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)的溫度偏差。

6 測(cè)量結(jié)果評(píng)定方法及糾正措施分析

將經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)得到的最大正偏差及最大負(fù)偏差與爐子等級(jí)所規(guī)定的偏差相比較，如果滿足要求則爐子合格。不滿足則需要查找原因并重新測(cè)試，同時(shí)需要評(píng)定不和原因?qū)χ凹訜嵩斐傻挠绊憽?/p>

對(duì)于使用要求較高的關(guān)鍵過(guò)程電爐，如圖3可對(duì)以往結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)電爐的調(diào)整情況及狀態(tài)變化制定合適的維護(hù)計(jì)劃，在狀態(tài)變化較為劇烈的情況下可以考慮電爐的實(shí)際情況縮小電爐的檢測(cè)周期以保證電爐的過(guò)程使用狀態(tài)。

因測(cè)試使用的熱電偶多為廉金屬，在高溫下多次使用壽命及每個(gè)周期的校準(zhǔn)偏差變化較為劇烈，在多次使用下得到的測(cè)試結(jié)果較真是數(shù)值會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，造成測(cè)量結(jié)果的誤判，對(duì)此可采用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)所有合格供方的傳感器進(jìn)行偏差值得穩(wěn)定性分析，據(jù)此制定相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，給出每周期間的使用次數(shù)以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性并據(jù)此采購(gòu)物美價(jià)廉的測(cè)量傳感器。

7 測(cè)量過(guò)程異常處理及問(wèn)題分析

對(duì)于測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)測(cè)量傳感器溫度超向某一方向偏移時(shí)，可以根據(jù)情況調(diào)整測(cè)量傳感器的高度位置或儀表的修正補(bǔ)償改變溫度偏移。若一個(gè)或多個(gè)測(cè)量溫度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)可以驗(yàn)證傳感器是否失效，若無(wú)則需檢查爐內(nèi)干擾情況，如產(chǎn)生磁場(chǎng)，或傳感器帶電等。若出現(xiàn)無(wú)溫度等情況，可查詢熱電偶是否失效及熱電偶至儀表處所有連接情況，可與正常線路互換對(duì)比。若遇底部溫度較低時(shí)應(yīng)檢查電爐爐門(mén)密封情況，提升底部傳感器溫度，若溫度升溫過(guò)慢，則應(yīng)檢查加熱功率及爐底覆蓋的爐底板等是否吸熱能力過(guò)大影響了爐底溫度的響應(yīng)速率。隨著對(duì)測(cè)量設(shè)備的不斷研究，測(cè)量結(jié)果將會(huì)準(zhǔn)確可靠，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)亦會(huì)越來(lái)越完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]HB5425-2012 航空制件熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方法

[2]AMS 2750E 高溫測(cè)定法

[3]GJB509B-2008熱處理工藝質(zhì)量控制

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