連續式加熱爐雙孔控溫檢測熱電偶穩定性實現

摘要:文章針對目前企業連續式加熱爐運行中控溫熱電偶引起的誤差導致有效加熱區溫場均勻性不穩定，影響燒結質量等問題提出了改進方案，并通過具體實例給出了解決辦法。
　　企業在熱處理工藝中井式爐、箱式爐、鐘罩式、連續式加熱爐等形式的熱處理爐使用較廣泛。熱處理爐內有效加熱區的均勻性、穩定性是加熱爐的主要性能指標，是保證熱處理產品質量的重要工藝參數。
　　連續式加熱爐有效加熱區溫場均勻性的檢測需要科學的檢測方法及措施。使用氫氮混合保護氣氛的連續式加熱爐，控溫區達7個，其中前端1、2、3區為預熱區，后邊4、5、6、7區為工作區，內部結構復雜。燒結產品時需要通以氫氮混合保護氣氛，當工件到達第7區時需要垂直壓制產品，采用常規的連續式加熱爐測試方法，移動測溫框架不能實施，通常參照周期式箱式熱處理爐，固定測溫位置按照GB/T9452-2003《熱處理爐有效加熱區測定方法》進行測定。
1存在的主要問題
1.1連續式加熱爐溫場測試實施困難
　　在測定有效加熱區溫場時不能正常生產，每次測試前首先要停產，然后再用氮氣沖淡混合氣氛中氫氣含量，使之含量達到安全范圍，避免操作中氫氣爆炸對人身和設備的傷害，每次測定有效加熱區都投人大量的人力和物力，不能實現實時監控有效加熱區溫場均勻性，保證控溫的穩定性。
　　在工作狀態時控溫熱電偶出現異常狀況是不容易被及時發現的，比如控溫熱電偶示值超差會導致保溫精度下降，致使有效加熱區溫場不能滿足熱處理工藝規定的要求，直到產品過燒或加熱不足造成批量廢品后，才發現是由于控溫系統異常導致，此時已對產品質量造成了不可挽回的影響。
1.2購置溫場檢測設備需要大量資金
　　連續式加熱爐屬于I類熱處理爐，可以選用I級工業用鎳鉻-鎳硅(K型)鎧裝熱電偶，測量溫場需要配置測溫用鎧裝熱電偶，對于爐體有效加熱區長5m、寬0.4m,控溫區7個，按GB/T9452-2003《熱處理爐有效加熱區測定辦法》要求，需設置11個檢測點，若配置11只I級工業用K型鎧裝校驗熱電偶，約需6萬元;配置11只II級工業用S型鎧裝校驗熱電偶，需20萬元以上，為保證測試數據的正確，還要配備精度高巡檢顯示儀表約需2萬元，昂貴的溫場檢測設備需要大量資金支持。
2解決辦法
2.1加強測量設備的8常管理
　　嚴格執行測量設備的確認間隔計劃，定期檢測、保養、維護;對熱處理爐凡屬于下列狀況之一者，需重新測定有效加熱區:(1)新購置的;(2)經過大修或技術改造的;(3)生產對象或工.藝變更需要改變保溫精度的;(4)控溫或記錄熱電偶的位置變更時。
2.2對連續式加熱爐控溫系統進行改造
　　最初連續式加熱爐安裝的控溫熱電偶采用裝配式熱電偶，如圖1所示。
 
　　對在用的裝配式控溫熱電偶進行改進，采用雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶，可以實現控溫、校驗同時進行。將裝配式控溫熱電偶(WRN-130)系列更換為雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶(KG2-205)，如圖2所示。保護管用1Cr25Ni20耐高溫合金，直徑φ22,強度高,雙層保護，熱響應及可靠性高，雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶的頂端并排兩孔，一孔為控溫口，另一孔為校驗口。平時一孔安裝高溫鎧裝控溫熱電偶芯在合金管內，另一孔，在校驗加熱爐溫場時再安裝鎧裝校驗熱電偶，并和鎧裝控溫熱電偶同時插人合金管內，插人深度一致，這樣可實時監測爐溫狀況和控溫熱電偶運行狀態。通常可以只安裝鎧裝控溫熱電偶控制設定點溫度，定期用鎧裝校驗熱電偶(充分保證鎧裝校驗熱電偶示值正確)與鎧裝控溫熱電偶示值進行比對，以保證鎧裝控溫熱電偶示值正確和性能穩定。通過鎧裝控溫熱電偶和鎧裝校驗熱電偶連續幾次測試的測試示值變化量，就可以判定鎧裝控溫熱電偶運行狀況是否良好，只有鎧裝控溫熱電偶示值穩定，才能更好地保證連續式加熱爐溫場的均勻性、穩定性，從而為產品質量性能的穩定提供保障。連續式加熱爐改造后4個高溫區控溫熱電偶定期測試數據如表1所示，所用控溫偶和校驗偶的配套顯示儀表精度等級分別為0.2級和0.05級。
 
 
　　由表1中數據可知，4~7區的鎧裝校驗偶和鎧裝控溫偶的測試示值穩定，變化很小，剔除環境因素的影響，可以認為鎧裝控溫偶運行良好，連續式加熱爐控溫穩定，溫場均勻，設備運行正常。
　　通過連續幾年來跟蹤觀察高溫區雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶(常用溫度870℃左右)使用情況，雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶使用壽命是裝配式熱電偶的3~5倍，溫場監測簡單易行，并且操作根據實際情況可隨時進行測試，一般每兩周定期復檢一次。
　　目前使用的冷壓鋸片7溫區連續式加熱爐控溫系統全部改造完畢，用4只雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶取代原設備高溫帶上4只裝配式熱電偶。試運行6年來，爐體控溫性能穩，定，工作第4、5、6、7區有效加熱區溫場均勻性小于5℃，預熱第1、2、3區溫場性能稍差一些，但滿足生產技術要求，6年來沒再發生因控溫缺陷導致的質量問題，解決了控溫熱電偶在設備運行時校驗和實時監控的難題，并在行業內推廣使用。
2.3選擇合適的測量設備
　　對于新制造或改造大修后進行驗收時確保合格的連續式I類加熱爐，在定期或臨時進行有效加熱區溫場檢測時，可選擇用一只足夠長的II級工業用鎧裝熱電偶測試有效工作區中心區域，采用軸向移動依次變化有效檢測點(為了便于操作，--般選溫場中心區域)，從高溫區向低溫區方向移動，不必按GB/T9452--2003《熱處理爐有效加熱區測定辦法》規定再配置12只鎧裝熱電偶，只需移動一只鎧裝熱電偶到每個檢測點恒溫后讀出數據，記錄測試結果并存檔，便于以后比較參數。這樣配置-一只長度為8m、直徑為φ8mm的I級工業用K型鎧裝校驗熱電偶，約需8千元，0.05級過程記錄儀約需1萬元，就能實現有效工作區中心區域溫場測試，當新設備驗收時可以委托第三方檢測機構進行，這樣可節省大量購置檢測設備.的資金。平時定期或臨時檢測溫場時，用一只鎧裝校驗偶測試有效工作區中心區域溫場即可，連續式加熱爐在正常運行時只對4個主要工作區雙孔控溫、校驗鎧裝熱電偶示值進行比對，就能保證控溫設備的穩定運行和溫場的均勻。
　　根據定期檢測的溫場測試數據按GB/T9452-2003《熱處理爐有效加熱區測定辦法》判斷連續式熱處理爐是否符合原精度等級，應根據測量結果給出有效工作區，待處理的工件必須放置在有效工作區內。
2.4測試數據的處理
　　當某測量結果顯示爐溫均勻性存在較大誤差時應設法消除，當無法消除時可給出修正值，儀，表設定溫度為工藝規定溫度加修正值。
3結論
　　通過使用雙孔控溫、檢驗鎧裝熱電偶替代裝配式熱電偶控溫的連續式加熱爐，在校驗控溫熱電偶時變得簡單易行，控溫性能更趨穩定，比較適用于有保護氣氛的大型連續式加熱爐。停爐測試溫場比較繁瑣，測試用的外圍設備較多，操作起來較困難的可用該方法輔助測試，只要鎧裝控溫偶和鎧裝校驗偶在一個時間段內同等條件下測.試的數據差值穩定，燒制產品質量性能穩定，則可以認為設備運轉良好。
　　該方法可操作性強，在使用中當產品性能出現波動時，立即用鎧裝校驗偶復檢鎧裝控溫偶，快速排查控溫系統故障，便于查找其他引起質量波動的因素。