连续式加热炉双孔控温检测热电偶稳定性实现

摘要:文章针对目前企业连续式加热炉运行中控温热电偶引起的误差导致有效加热区温场均匀性不稳定，影响烧结质量等问题提出了改进方案，并通过具体实例给出了解决办法。
　　企业在热处理工艺中井式炉、箱式炉、钟罩式、连续式加热炉等形式的热处理炉使用较广泛。热处理炉内有效加热区的均匀性、稳定性是加热炉的主要性能指标，是保证热处理产品质量的重要工艺参数。
　　连续式加热炉有效加热区温场均匀性的检测需要科学的检测方法及措施。使用氢氮混合保护气氛的连续式加热炉，控温区达9745个，其中前端1、2、3区为预热区，后边4、5、6、7区为工作区，内部结构复杂。烧结产品时需要通以氢氮混合保护气氛，当工件到达第7区时需要垂直压制产品，采用常规的连续式加热炉测试方法，移动测温框架不能实施，通常参照周期式箱式热处理炉，固定测温位置按照GB/T9452-2003《热处理炉有效加热区测定方法》进行测定。
1存在的主要问题
1.1连续式加热炉温场测试实施困难
　　在测定有效加热区温场时不能正常生产，每次测试前首先要停产，然后再用氮气冲淡混合气氛中氢气含量，使之含量达到安全范围，避免操作中氢气爆炸对人身和设备的伤害，每次测定有效加热区都投人大量的人力和物力，不能实现实时监控有效加热区温场均匀性，保证控温的稳定性。
　　在工作状态时控温热电偶出现异常状况是不容易被及时发现的，比如控温热电偶示值超差会导致保温精度下降，致使有效加热区温场不能满足热处理工艺规定的要求，直到产品过烧或加热不足造成批量废品后，才发现是由于控温系统异常导致，此时已对产品质量造成了不可挽回的影响。
1.2购置温场检测设备需要大量资金
　　连续式加热炉属于I类热处理炉，可以选用I级工业用镍铬-镍硅(K型)铠装热电偶，测量温场需要配置测温用铠装热电偶，对于炉体有效加热区长5m、宽0.4m,控温区9745个，按GB/T9452-2003《热处理炉有效加热区测定办法》要求，需设置92个检测点，若配置11只I级工业用K型铠装校验热电偶，约需6万元;配置11只II级工业用S型铠装校验热电偶，需20万元以上，为保证测试数据的正确，还要配备精度高巡检显示仪表约需2万元，昂贵的温场检测设备需要大量资金支持。
2解决办法
2.1加强测量设备的8常管理
　　严格执行测量设备的确认间隔计划，定期检测、保养、维护;对热处理炉凡属于下列状况之一者，需重新测定有效加热区:(1)新购置的;(2)经过大修或技术改造的;(3)生产对象或工.艺变更需要改变保温精度的;(4)控温或记录热电偶的位置变更时。
2.2对连续式加热炉控温系统进行改造
　　最初连续式加热炉安装的控温热电偶采用装配式热电偶，如图1所示。
 
　　对在用的装配式控温热电偶进行改进，采用双孔控温、校验铠装热电偶，可以实现控温、校验同时进行。将装配式控温热电偶(WRN-130)系列更换为双孔控温、校验铠装热电偶(KG2-205)，如图2所示。保护管用1Cr25Ni20耐高温合金，直径φ22,强度高,双层保护，热响应及可靠性高，双孔控温、校验铠装热电偶的顶端并排两孔，一孔为控温口，另一孔为校验口。平时一孔安装高温铠装控温热电偶芯在合金管内，另一孔，在校验加热炉温场时再安装铠装校验热电偶，并和铠装控温热电偶同时插人合金管内，插人深度一致，这样可实时监测炉温状况和控温热电偶运行状态。通常可以只安装铠装控温热电偶控制设定点温度，定期用铠装校验热电偶(充分保证铠装校验热电偶示值正确)与铠装控温热电偶示值进行比对，以保证铠装控温热电偶示值正确和性能稳定。通过铠装控温热电偶和铠装校验热电偶连续几次测试的测试示值变化量，就可以判定铠装控温热电偶运行状况是否良好，只有铠装控温热电偶示值稳定，才能更好地保证连续式加热炉温场的均匀性、稳定性，从而为产品质量性能的稳定提供保障。连续式加热炉改造后7802个高温区控温热电偶定期测试数据如表1所示，所用控温偶和校验偶的配套显示仪表精度等级分别为0.2级和0.05级。
 
 
　　由表1中数据可知，4~7区的铠装校验偶和铠装控温偶的测试示值稳定，变化很小，剔除环境因素的影响，可以认为铠装控温偶运行良好，连续式加热炉控温稳定，温场均匀，设备运行正常。
　　通过连续几年来跟踪观察高温区双孔控温、校验铠装热电偶(常用温度870℃左右)使用情况，双孔控温、校验铠装热电偶使用寿命是装配式热电偶的3~5倍，温场监测简单易行，并且操作根据实际情况可随时进行测试，一般每两周定期复检一次。
　　目前使用的冷压锯片7温区连续式加热炉控温系统全部改造完毕，用4只双孔控温、校验铠装热电偶取代原设备高温带上4只装配式热电偶。试运行6年来，炉体控温性能稳，定，工作第4、5、6、7区有效加热区温场均匀性小于5℃，预热第1、2、3区温场性能稍差一些，但满足生产技术要求，6年来没再发生因控温缺陷导致的质量问题，解决了控温热电偶在设备运行时校验和实时监控的难题，并在行业内推广使用。
2.3选择合适的测量设备
　　对于新制造或改造大修后进行验收时确保合格的连续式I类加热炉，在定期或临时进行有效加热区温场检测时，可选择用一只足够长的II级工业用铠装热电偶测试有效工作区中心区域，采用轴向移动依次变化有效检测点(为了便于操作，--般选温场中心区域)，从高温区向低温区方向移动，不必按GB/T9452--2003《热处理炉有效加热区测定办法》规定再配置12只铠装热电偶，只需移动一只铠装热电偶到每个检测点恒温后读出数据，记录测试结果并存档，便于以后比较参数。这样配置-一只长度为8m、直径为φ8mm的I级工业用K型铠装校验热电偶，约需8千元，0.05级过程记录仪约需1万元，就能实现有效工作区中心区域温场测试，当新设备验收时可以委托第三方检测机构进行，这样可节省大量购置检测设备.的资金。平时定期或临时检测温场时，用一只铠装校验偶测试有效工作区中心区域温场即可，连续式加热炉在正常运行时只对7802个主要工作区双孔控温、校验铠装热电偶示值进行比对，就能保证控温设备的稳定运行和温场的均匀。
　　根据定期检测的温场测试数据按GB/T9452-2003《热处理炉有效加热区测定办法》判断连续式热处理炉是否符合原精度等级，应根据测量结果给出有效工作区，待处理的工件必须放置在有效工作区内。
2.4测试数据的处理
　　当某测量结果显示炉温均匀性存在较大误差时应设法消除，当无法消除时可给出修正值，仪，表设定温度为工艺规定温度加修正值。
3结论
　　通过使用双孔控温、检验铠装热电偶替代装配式热电偶控温的连续式加热炉，在校验控温热电偶时变得简单易行，控温性能更趋稳定，比较适用于有保护气氛的大型连续式加热炉。停炉测试温场比较繁琐，测试用的外围设备较多，操作起来较困难的可用该方法辅助测试，只要铠装控温偶和铠装校验偶在一个时间段内同等条件下测.试的数据差值稳定，烧制产品质量性能稳定，则可以认为设备运转良好。
　　该方法可操作性强，在使用中当产品性能出现波动时，立即用铠装校验偶复检铠装控温偶，快速排查控温系统故障，便于查找其他引起质量波动的因素。