真空熱處理爐爐溫及均溫測(cè)試的日常管理方法

李麗君，林輔坤，李正龍

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.國(guó)家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心，寧夏 石嘴山 753000）

寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司使用高溫真空熱處理爐生產(chǎn)鉭粉。隨著生產(chǎn)鉭粉的產(chǎn)量及比容的不斷提高，各臺(tái)真空熱處理爐間溫度的一致性及同臺(tái)熱處理爐內(nèi)溫度均勻性對(duì)鉭粉的產(chǎn)品性能及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定帶來(lái)很大的影響。根據(jù)生產(chǎn)要求，要求爐內(nèi)溫度均勻性≤±5℃，各爐間溫度差≤±5℃。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)全體人員的共同試驗(yàn)摸索，找出了生產(chǎn)過(guò)程真空爐爐溫控制的影響因素，解決了爐溫均勻性及爐間溫度一致性的難題，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鉭粉，提供了可靠的設(shè)備保障。

1 真空爐爐溫及均溫測(cè)試研究及管理方法

1.1 測(cè)溫系統(tǒng)的準(zhǔn)確度對(duì)爐溫控制的影響

真空熱處理爐爐溫控制的測(cè)試部分由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線和測(cè)溫儀表組成測(cè)試系統(tǒng)［1］，測(cè)溫儀表已按要求檢定，檢定偏差在1‰可忽略不計(jì)，現(xiàn)討論熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)爐溫測(cè)試的影響。

1.1.1 熱電偶對(duì)爐溫控制的影響

熱電偶一般由五部分構(gòu)成，即：測(cè)溫元件、絕緣材料、保護(hù)管、接線裝置和安裝固定裝置。不同熱電偶都有著不同的精度及壽命。本試驗(yàn)使用的鎢錸5-26熱電偶的絕緣材料是剛玉，其在真空下的最高使用溫度為2 300℃。

取同一廠家的相同規(guī)格材質(zhì)、不同批次（生產(chǎn)熱電偶使用的原材料批次不同）的鎢錸5-26熱電偶，按照標(biāo)準(zhǔn)《（0～1 500）℃鎢錸熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF 1176—2007）進(jìn)行檢定。檢定合格后進(jìn)行適用性評(píng)判。隨機(jī)抽取第一批次熱電偶三支，編號(hào)為1＃、2＃、3＃，隨機(jī)抽取第二批次熱電偶三支，其編號(hào)為4＃、5＃、6＃。取一支7＃標(biāo)準(zhǔn)熱偶（鉑銠熱電偶）做過(guò)溫?zé)崤?，用?lái)與控溫?zé)狳c(diǎn)偶進(jìn)行溫度比對(duì)。使用STH窯爐測(cè)溫環(huán)，在真空下1 300℃的條件下進(jìn)行保溫測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 熱電偶爐溫測(cè)試結(jié)果 ℃

根據(jù)表1中STH窯爐測(cè)溫環(huán)測(cè)溫結(jié)果與控制中線差值和過(guò)溫?zé)犭娕紲囟冉Y(jié)果可以看出，同一批次熱電偶過(guò)溫與控溫溫度偏差與使用STH窯爐測(cè)溫環(huán)測(cè)溫結(jié)果與控制中線的偏差校小，不同批次熱電偶溫過(guò)溫與控制溫度偏差及使用STH窯爐測(cè)溫環(huán)測(cè)溫結(jié)果與控制中線差偏差波動(dòng)較大，原因?yàn)椴煌蔚臒犭娕家蚱涫褂迷牧喜煌瑢?dǎo)致溫度測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較大。

因此在實(shí)際生產(chǎn)中，檢定合格的熱電偶須經(jīng)適用性評(píng)判方可投入使用。

1.1.2 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)爐溫控制的影響

在包括常溫在內(nèi)的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)（一般為-20～200℃），具有與所連接的熱電偶的熱電特性相同的一對(duì)相互絕緣的導(dǎo)線，其作用是補(bǔ)償熱電偶接線端至顯示控制儀表之間的溫差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，叫該類熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。使用相同熱電偶采用普通銅導(dǎo)線，與專用鎢錸5-26補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)試。使用MTH窯爐測(cè)溫環(huán)，在真空下1 480℃的條件下進(jìn)行保溫測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 采用普通銅導(dǎo)線與專用補(bǔ)償導(dǎo)線爐溫測(cè)試結(jié)果 ℃

由表2結(jié)果可以看出使用普通銅補(bǔ)償導(dǎo)線會(huì)造成測(cè)溫環(huán)測(cè)溫結(jié)果與控制中線差值較大。因此在生產(chǎn)過(guò)程必須使用熱電偶專用的補(bǔ)償導(dǎo)線。

1.2 熱電偶插入深度對(duì)爐溫控制的影響

熱電偶在每臺(tái)真空爐的安裝位置固定，但每支熱電偶的插入深度不同。按照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)真空爐的均溫尺寸，加熱元件與均溫區(qū)臨界相距約5 cm。同一熱電偶在同一真爐內(nèi)，插入深度不同，使用STH窯爐測(cè)溫，在真空下1 300℃環(huán)爐溫標(biāo)定的結(jié)果見(jiàn)表3、表4。測(cè)溫環(huán)結(jié)果為使用STH窯爐測(cè)溫環(huán)，在真空下1 300℃的條件下進(jìn)行保溫測(cè)試。

表3 熱偶參考端不在均溫區(qū)內(nèi)不同深度的測(cè)溫結(jié)果

表4 熱偶參考端在均溫區(qū)內(nèi)不同深度的校溫結(jié)果

由表3可以看出熱電偶參考端不在均溫區(qū)內(nèi)時(shí)，離均溫區(qū)越遠(yuǎn)即離爐壁越近，測(cè)溫環(huán)測(cè)溫結(jié)果與控制中線差值越大。原因?yàn)闋t壁有冷卻水套，溫度偏低，為了達(dá)到設(shè)定溫度，爐膛輸出功率加大，整體爐溫偏高。表4中在均溫范圍內(nèi)的不同深度爐溫標(biāo)定結(jié)果在實(shí)際生產(chǎn)控制范圍內(nèi)。因此，根據(jù)生產(chǎn)件的要求，熱偶插入深度為：距離加熱帶5～10 cm。

1.3 爐溫均勻性對(duì)爐控制的影響

由于真空爐較長(zhǎng)時(shí)間處理物料，爐內(nèi)各種氣氛的變化及各種元件的變化導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)的均溫變化不一致，在控制和測(cè)量局部溫度的條件下，為了確定爐內(nèi)空間的大小和位置，需要對(duì)熱處理爐整個(gè)爐膛的溫度進(jìn)行均勻性［2］。

1.3.1 爐屏修復(fù)對(duì)爐溫均勻性的影響

生產(chǎn)過(guò)程中常常會(huì)遇到爐屏中破損的情況，針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中前爐屏上部破損的情況對(duì)真空爐，采用MHT窯爐測(cè)溫環(huán)在1 480℃條件下進(jìn)行均溫測(cè)試。測(cè)溫環(huán)放在9點(diǎn)測(cè)溫位置上，如圖1所示，同時(shí)對(duì)前爐屏上部熱屏進(jìn)行修補(bǔ)后再次在相同測(cè)溫條件下進(jìn)行均溫測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

圖1 真空爐均溫測(cè)溫點(diǎn)示意圖

表5 前爐屏上部熱屏損壞對(duì)爐爐均勻性的影響 ℃

1.3.2 加熱輸出的調(diào)節(jié)

生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)特殊原因?qū)е聽(tīng)t溫均勻性偏差較大，可以用接觸調(diào)壓器對(duì)真空空爐進(jìn)行調(diào)壓處理。為保證測(cè)量結(jié)果充分反應(yīng)爐內(nèi)的實(shí)際情況，采用MHT窯爐測(cè)溫環(huán)在1 480℃條件下進(jìn)行均溫測(cè)試，其要求均溫控制范圍在±5℃。測(cè)溫環(huán)放在9點(diǎn)測(cè)溫位置上，如圖1。前部接觸調(diào)壓器控制點(diǎn)為1、2、3、4，中部接觸調(diào)壓器控制點(diǎn)9（工作區(qū)中心位置），后部接觸調(diào)壓器控制點(diǎn)5、6、7、8，9點(diǎn)窯爐測(cè)溫環(huán)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 調(diào)壓器不同輸出比例對(duì)爐溫測(cè)試的影響

由表6可以看出采用相同的輸出電壓中部爐溫測(cè)試的結(jié)果較高，極差為31℃，均溫測(cè)試結(jié)果不能滿足使用要求。接觸調(diào)壓器一次調(diào)整的數(shù)據(jù)和二次調(diào)整的數(shù)據(jù)的均溫測(cè)試結(jié)果均在±5℃范圍內(nèi)，其爐溫標(biāo)定結(jié)果能滿足使用要求。

因此在對(duì)爐溫持續(xù)異常的情況要考慮選擇合適的輸出比例來(lái)控制均溫性。

2 校溫工具的使用情況

在實(shí)際的生產(chǎn)中需對(duì)真空爐進(jìn)行定期的爐溫標(biāo)定，確保爐溫準(zhǔn)確。爐溫標(biāo)定是使用STH窯爐測(cè)溫環(huán)在固定溫度下進(jìn)行燒結(jié)15 min，用千分尺測(cè)量STH窯爐測(cè)溫環(huán)的收縮，再對(duì)照溫度表讀出爐溫。將STH窯爐測(cè)溫環(huán)放入特制的小物料盤(pán)內(nèi)，與直接將STH窯爐測(cè)溫環(huán)放置爐內(nèi)同爐進(jìn)行處理，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表7，放入物料盤(pán)內(nèi)測(cè)溫結(jié)果與直接放入爐內(nèi)測(cè)溫結(jié)果為其數(shù)據(jù)為窯爐測(cè)溫環(huán)標(biāo)定結(jié)果與要求控制中線的差值。

表7 不同校溫工具對(duì)爐溫控制的影響 ℃

由表7可以看出測(cè)溫環(huán)直接放入爐內(nèi)的測(cè)溫結(jié)果整體偏高，較放入生產(chǎn)用物料盤(pán)內(nèi)的測(cè)溫環(huán)標(biāo)定的結(jié)果高4～6℃。與要求控制溫度中線值偏差較大。放入特制的小物料盤(pán)內(nèi)爐溫標(biāo)定結(jié)果符合生產(chǎn)要求。原因?yàn)橹苯臃湃霠t內(nèi)的測(cè)溫環(huán)主要采用熱輻射對(duì)溫度進(jìn)行傳導(dǎo)，放入生產(chǎn)用物料盤(pán)內(nèi)的測(cè)溫環(huán)采用熱輻射及熱傳遞對(duì)溫度進(jìn)行傳導(dǎo)。因此，校溫工具的測(cè)量環(huán)境需要接近實(shí)際物料受熱情況。

3 結(jié) 論

真空熱處理爐爐溫及均溫控制是由熱偶本身及控制系統(tǒng)、測(cè)溫工具的正確使用等因素決定的，結(jié)果表明：

1.同一廠家生產(chǎn)的不同批次的合格熱電偶在實(shí)際使用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)較大的校準(zhǔn)溫差，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)選用適用的熱偶。

2.補(bǔ)償導(dǎo)線要根據(jù)使用的熱電偶型號(hào)選擇其專用的補(bǔ)償導(dǎo)線。熱偶參考端的位置，對(duì)爐溫控制的影響很大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定距離加熱帶5～10 cm。

3.接觸調(diào)壓器的輸出比例的調(diào)節(jié)對(duì)爐溫均溫控制尤為重要。

4.應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)確定測(cè)溫工具方式，更能準(zhǔn)確反應(yīng)出生產(chǎn)實(shí)際情況，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。