大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性的影響因素和測試技術研究

李倩倩 楊東峰 顧宏偉

摘 要：本文通過查閱大量相關文獻，分析了當前大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性的影響因素，并分析了爐溫均勻性測試方法，旨在為提升熱處理的質量提供一定的參考價值。

關鍵詞：燃氣熱處理爐；爐溫均勻性；影響因素；測試技術

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。多數熱處理爐通過高溫燒嘴來達到提升爐氣循環的效果，也就是說擺放工件時需要在爐內留出爐氣循環的管路[1]。熱處理爐安裝實踐結果表明，爐內截面空余區域越大，爐溫均勻性越好[2]。

1.2 爐氣循環系統

保持大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性的有效措施之一是提高爐內循環氣體流量[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機，將多個軸流風機安裝在熱處理爐兩側或頂部，對爐內氣體進行充分攪拌，以此來提升爐內氣體的循環流量。但輔助攪拌風機方式的應用也有局限性，對導流板和風機的安裝方式要求苛刻，提高了設計難度，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穩定爐溫，，通常情況下，燃氣爐燒嘴的位置在爐的兩側位置，以相互交錯的方式分布，爐溫控制機制為利用燒嘴噴出的高速氣流來對爐內氣體進行充分攪拌。但這一局部循環方式要求所有燒嘴具有差距較小的功率，并通過PLC系統來控制爐溫。不同類型的燒嘴對出口氣體的流速要求不同，具體情況見表1。

1.3 控溫熱電偶的布置

爐溫均勻性控制的有效措施之一是合理布置控溫熱電偶。通常情況下，工控設備上所顯示的溫度和溫度控制熱電偶上的讀數會有一定的誤差，兩個值之間的誤差可以通過溫度補償裝置加以改善，與工件之間的距離越短，控溫熱電偶越能真實反映工件的實際溫度，且最好不要為預留熱電偶留出太長的位置。但高速噴嘴熱處理爐燒嘴噴出的火焰產生的熱氣流也可能會與熱電偶有所接觸，溫控系統會自動切斷燒嘴大火，增大溫差，使溫度失去控制。

1.4 熱處理爐燒嘴的狀態

為了提升熱處理爐內氣體循環量，對燒嘴進行調節時可以適當提高助燃風量直至出現藍色火焰，進而可以提升攪拌效果，避免火焰發散導致局部溫度過高。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試技術

2.1 爐溫均勻性測試設備

爐溫均勻性測試設備的主要部件有熱電偶、檢測儀表、補償導線、測溫架以及轉換開關等部分組成。標準測試裝置的部件有相關規定要求，具體內容如下所述。

熱電偶部件應該符合國家標準GB/T 2614、GB/T 3772、GB/T 16839.2、GB/T 4993的規定，有效加熱區域推薦熱電偶的參數如表2所示。

檢測所用的溫度補償導線應該符合國家標準GB/T 4989以及GB/T 499的相關要求，具體要求如表3所示。

測試用檢測儀器儀表的精密度應該比熱處理爐儀表等級系數高，且儀表的使用期限在校驗期范圍內，有合格證書。常見檢測儀表主要有數顯測溫計、UJ便捷式電位差儀、多點循環檢測儀和多點記錄儀等。

轉換開關有手動類型的，也有自動類型的。可以利用同一儀表裝置來測量多個位置的溫度，3min內可以隨意切換檢測位置，且不容易出現附加熱電勢差。

測溫架的大小和性狀等參數與熱處理爐的測量方式和有效加熱區域有關，一般結構是通過不銹鋼、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備。

2.2 測試技術和記錄方法

國家檢測標準并未對大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性的測試技術提出具體要求，但根據相關標準，可以通過以下方法進行測試。

（1）檢測要求：通常情況下，檢測熱處理爐有效區域時采用最多的是空載實驗法，如有特殊要求可以利用裝載實驗技術（半裝載實驗技術、滿載實驗技術）。進行均勻性測試實驗過程中，熱處理爐可以通過常用升溫參數進行升溫，有效加熱區域的溫度檢測位置和數量可以根據熱處理爐預設加熱區大小、加熱爐的方式來確定。

（2）熱電偶的布置方式

若加熱爐的長度長于5米時，任何兩個相鄰溫度測試平面的距離都不應該高于2米。

（3）溫度測試方法

裝載實驗和空載實驗時溫度不能高于檢測溫度，所有測試位置的溫度必須在檢測溫度或保溫精度范圍的最低值后，按照規定的時間間隔測試各個位置的實際溫度，具體內容如表4所示。合理修訂測試溫度后即可得到溫度實際值，以此來判斷各個位置的保溫精度是否與標準相一致。若溫度實際值超出精度范圍，可以適當延長溫度測試時間，但同一檢測點位置的保溫檢測時間不能超過2h。

2.3 記錄內容

測試結果的記錄內容主要包括熱處理爐的生產廠家、型號、生產日期、類別、名稱以及關鍵技術參數，空載情況、裝載情況以及實施條件，保溫精度、測試溫度以及常用溫度范圍，預設假定區域內的大小和檢測點布置，檢測設備的名稱、類別、型號的精密度，所有檢測位置的溫度顯示值、溫度測試時間以及溫度數據處理，裝載實驗的運料速度、裝爐方式、裝載量和工件特性，測試日期、測試人員、審核人員、批準人員等。

3結論

大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性是熱處理爐的一項重要指標，良好的爐溫均勻性有助于產品質量的提升。當前，隨著科學技術力量的不斷雄厚，企業對于熱處理爐的要求也越來越嚴格，因此，保證熱處理爐的爐溫均勻性是十分必要的。大型燃氣熱處理爐可以通過改善控溫熱電偶的布置位置、裝爐方式、燒嘴形式以及燒嘴狀態來提升溫度的均勻性。而大量實驗結果也證實了合理的設計方式和爐溫監測，可以保證爐溫均勻性，滿足人們對熱處理爐的質量要求。合理測試大型燃氣熱處理爐爐溫均勻性，降低各個因素對爐溫均勻性的影響是每一個溫度計量人員的義務和責任。

參考文獻：

[1]石月娥， 聶英蘭. 燃氣熱處理爐溫度均勻性測試結果影響因素分析[J]. 中國計量， 2016（9）：98-100.

[2]文麗松， 馬國生. 基于輻射測溫法的高溫熱處理爐溫度均勻性檢測技術研究[J]. 計測技術， 2017， 37（S1）.

[3]楊新圓， 呂國義， 陳煒， et al. 現行熱處理爐測試技術標準的比較分析[J]. 計測技術， 2017， 37（5）：34-39.

作者簡介：

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。