鋁合金時效爐均勻性測量及結果分析

臧 偉

（山東南山鋁業股份有限公司，山東龍口265713）

1 爐溫均勻性測量的目的

爐溫均勻性是時效爐的主要性能指標，是保證時效產品質量的重要工藝參數。爐溫均勻性是時效爐本身的屬性，受爐子結構、爐體密封性、控制熱電偶安裝位置、天然氣燒嘴或電加熱元件位置、控制方式和維護管理等因素影響。

時效爐爐溫均勻性校驗，是通過測量時效爐有效工作區域內不同位置的溫度，來評價時效爐爐溫均勻性水平是否符合型材時效的工藝要求。因此對于新建的、進行過大修的時效爐須進行爐溫穩定性和均勻性測量，對于正在使用的設備也要定期進行穩定性和均勻性測量[1]。

主要測量目標如下：（1）獲得時效爐保溫是否均衡；（2）檢測時效爐保溫溫度是否符合設定要求；（3）檢驗時效爐升溫是否符合要求。

2 時效爐及檢測設備的要求

爐溫均勻性校驗過程中，相關設備的精度是保證試驗進行的重要環節。其中，時效爐本身的精度要求決定了試驗目標，而熱電偶、記錄儀表等設備的自身誤差則決定了試驗結果的準確性。因此，在進行爐溫均勻性校驗之前，對參與試驗的設備也提出了相關的檢定要求。

固溶及人工時效熱處理爐最低應符合GB/T 9542中 II類要求[2]。

熱電偶是熱處理過程中必不可少的測溫元件，通常由兩種不同的合金組成閉合回路，通過兩端由于溫差產生的熱電動勢來進行溫度的測量。本次測量所用熱電偶類型為鎧裝K型鎳鉻-鎳硅熱電偶；保護管采用GH3039高溫不銹鋼；熱電偶等級為I級；熱電偶溫度范圍為0℃～1200℃。熱電偶布置在爐內，連接被測點和檢測儀表工作端。

檢測儀表的準確度應高于或等于0.2級。為了保證檢測結果，檢測所用的熱電偶、記錄儀在使用前應經過校準，取得各自相應的修正值，合格后才能使用。

3 檢測方法

在有效工作區內檢測，一般情況下采用空載檢測，也可視需要進行裝載檢測。測量時時效爐應以常溫速度進行升溫。時效爐的有效加熱區溫度檢測點數量和位置按照時效爐的有效加熱尺寸來確定。本次裝載測量的測溫區域劃分圖及各點熱電偶分布位置如圖1所示。測量點對稱布置，將熱電偶用流水號進行編號，并牢固固定在測溫位置上，另一端用補償導線按編號順序接在測溫儀表上。所有測定點的溫度在到達檢測溫度及其保溫精度范圍內的最低溫度之后，開始記錄保溫時間。

圖1測試區域劃分及測溫熱電偶分布圖

固定熱電偶的注意事項：（1）固定熱電偶的位置時，熱電偶芯不可接觸到支架、爐壁、捆扎絲等。捆綁時，捆扎絲可捆扎在熱電偶的耐高溫磁管上；（2）注意引出線正負極的對應性，并保證接觸良好，防止由于引出線安裝不當而影響爐溫測量和效果；（3）當高溫磁管有破損時，應及時更換或添加磁管，防止正負極偶絲相碰，影響測溫的準確性。

4 測量過程及結果

時效爐加熱要求：時效爐裝載，從常溫加熱開始測量，經130min后加熱至設定溫度，保溫6h。

此次測量爐溫均勻性采用裝載測試。檢驗溫度為實際使用溫度的最低值和最高值。控制溫度設定為175℃，爐子控溫精度為±5℃。在有效加熱區內設定三個測溫區間，每個測溫區間采用4個測溫點均勻分布，在升溫過程中觀察升溫趨勢，每個測溫區間溫度變化是否相符。當爐溫升高到檢驗溫度175℃后，每個區間內至少有4個測溫點達到控溫精度范圍以內則視為達到保溫溫度，開始保溫。從開始測量直至結束，每20min記錄一組數據，直到保溫6h測量即結束。

時效測量結果如表1所示，測量結果均為已將熱電偶和測溫儀的修正值加入后的結果。

表1時效測量結果

測溫儀測出的溫度曲線如圖2所示。

圖2測溫儀測量溫度曲線

5 分析與結論

每個檢測點所測得溫度值均為測溫儀所測得的實際溫度值。各個檢測點的溫度減去設定溫度，就是各檢測點的溫度偏差，每個區間的測溫平均值減去設定溫度，就是各區間的溫度偏差，最大偏差就是該時效爐的保溫精度。測量結果：空間法裝載設置175℃，測量點的溫度偏差均在均溫允差±5℃范圍內（170～177℃）。說明測量期間爐況正常，該時效爐具有良好的溫度均勻性和穩定性，符合標準GB/T 9452，能夠滿足生產要求。

對爐溫均勻性檢測不合格的時效爐，要分析影響爐溫均勻性的因素。爐子本體在制造和生產過程中可能存在一些問題，能導致爐溫的均勻性不合格。在測量過程中也有很多外界因素影響爐溫均勻性的測量，如測溫儀的誤差、熱電偶的精度誤差、溫度補償線的長度和誤差、熱電偶的插入深度及有無觸碰到內壁或者支架，等等。因此，在實際爐溫均勻性測量過程中應根據具體情況分析主要影響因素，然后采取措施，有目的、有步驟地進行調整，最終達到滿意的爐溫控制效果。