真空熱處理爐爐溫及均溫測試的日常管理方法

李麗君，林輔坤，李正龍

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

寧夏東方鉭業股份有限公司使用高溫真空熱處理爐生產鉭粉。隨著生產鉭粉的產量及比容的不斷提高，各臺真空熱處理爐間溫度的一致性及同臺熱處理爐內溫度均勻性對鉭粉的產品性能及產品質量穩定帶來很大的影響。根據生產要求，要求爐內溫度均勻性≤±5℃，各爐間溫度差≤±5℃。在實際生產過程中，經過全體人員的共同試驗摸索，找出了生產過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，為生產優質的鉭粉，提供了可靠的設備保障。

1 真空爐爐溫及均溫測試研究及管理方法

1.1 測溫系統的準確度對爐溫控制的影響

真空熱處理爐爐溫控制的測試部分由熱電偶、補償導線和測溫儀表組成測試系統［1］，測溫儀表已按要求檢定，檢定偏差在1‰可忽略不計，現討論熱電偶、補償導線對爐溫測試的影響。

1.1.1 熱電偶對爐溫控制的影響

熱電偶一般由五部分構成，即：測溫元件、絕緣材料、保護管、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格材質、不同批次（生產熱電偶使用的原材料批次不同）的鎢錸5-26熱電偶，按照標準《（0～1 500）℃鎢錸熱電偶校準規范》（JJF 1176—2007）進行檢定。檢定合格后進行適用性評判。隨機抽取第一批次熱電偶三支，編號為1＃、2＃、3＃，隨機抽取第二批次熱電偶三支，其編號為4＃、5＃、6＃。取一支7＃標準熱偶（鉑銠熱電偶）做過溫熱偶，用來與控溫熱點偶進行溫度比對。使用STH窯爐測溫環，在真空下1 300℃的條件下進行保溫測試，測試結果見表1。

表1 熱電偶爐溫測試結果 ℃

根據表1中STH窯爐測溫環測溫結果與控制中線差值和過溫熱電偶溫度結果可以看出，同一批次熱電偶過溫與控溫溫度偏差與使用STH窯爐測溫環測溫結果與控制中線的偏差校小，不同批次熱電偶溫過溫與控制溫度偏差及使用STH窯爐測溫環測溫結果與控制中線差偏差波動較大，原因為不同批次的熱電偶因其使用原材料不同導致溫度測試結果波動較大。

因此在實際生產中，檢定合格的熱電偶須經適用性評判方可投入使用。

1.1.2 熱電偶補償導線對爐溫控制的影響

在包括常溫在內的適當溫度范圍內（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相互絕緣的導線，其作用是補償熱電偶接線端至顯示控制儀表之間的溫差所產生的熱電勢，叫該類熱電偶的補償導線。使用相同熱電偶采用普通銅導線，與專用鎢錸5-26補償導線對爐溫進行測試。使用MTH窯爐測溫環，在真空下1 480℃的條件下進行保溫測試，測試結果見表2。

表2 采用普通銅導線與專用補償導線爐溫測試結果 ℃

由表2結果可以看出使用普通銅補償導線會造成測溫環測溫結果與控制中線差值較大。因此在生產過程必須使用熱電偶專用的補償導線。

1.2 熱電偶插入深度對爐溫控制的影響

熱電偶在每臺真空爐的安裝位置固定，但每支熱電偶的插入深度不同。按照生產現場真空爐的均溫尺寸，加熱元件與均溫區臨界相距約5 cm。同一熱電偶在同一真爐內，插入深度不同，使用STH窯爐測溫，在真空下1 300℃環爐溫標定的結果見表3、表4。測溫環結果為使用STH窯爐測溫環，在真空下1 300℃的條件下進行保溫測試。

表3 熱偶參考端不在均溫區內不同深度的測溫結果

表4 熱偶參考端在均溫區內不同深度的校溫結果

由表3可以看出熱電偶參考端不在均溫區內時，離均溫區越遠即離爐壁越近，測溫環測溫結果與控制中線差值越大。原因為爐壁有冷卻水套，溫度偏低，為了達到設定溫度，爐膛輸出功率加大，整體爐溫偏高。表4中在均溫范圍內的不同深度爐溫標定結果在實際生產控制范圍內。因此，根據生產件的要求，熱偶插入深度為：距離加熱帶5～10 cm。

1.3 爐溫均勻性對爐控制的影響

由于真空爐較長時間處理物料，爐內各種氣氛的變化及各種元件的變化導致爐內的均溫變化不一致，在控制和測量局部溫度的條件下，為了確定爐內空間的大小和位置，需要對熱處理爐整個爐膛的溫度進行均勻性［2］。

1.3.1 爐屏修復對爐溫均勻性的影響

生產過程中常常會遇到爐屏中破損的情況，針對生產現場中前爐屏上部破損的情況對真空爐，采用MHT窯爐測溫環在1 480℃條件下進行均溫測試。測溫環放在9點測溫位置上，如圖1所示，同時對前爐屏上部熱屏進行修補后再次在相同測溫條件下進行均溫測試，測試結果見表5。

圖1 真空爐均溫測溫點示意圖

表5 前爐屏上部熱屏損壞對爐爐均勻性的影響 ℃

1.3.2 加熱輸出的調節

生產過程中無特殊原因導致爐溫均勻性偏差較大，可以用接觸調壓器對真空空爐進行調壓處理。為保證測量結果充分反應爐內的實際情況，采用MHT窯爐測溫環在1 480℃條件下進行均溫測試，其要求均溫控制范圍在±5℃。測溫環放在9點測溫位置上，如圖1。前部接觸調壓器控制點為1、2、3、4，中部接觸調壓器控制點9（工作區中心位置），后部接觸調壓器控制點5、6、7、8，9點窯爐測溫環測試結果見表6。

表6 調壓器不同輸出比例對爐溫測試的影響

由表6可以看出采用相同的輸出電壓中部爐溫測試的結果較高，極差為31℃，均溫測試結果不能滿足使用要求。接觸調壓器一次調整的數據和二次調整的數據的均溫測試結果均在±5℃范圍內，其爐溫標定結果能滿足使用要求。

因此在對爐溫持續異常的情況要考慮選擇合適的輸出比例來控制均溫性。

2 校溫工具的使用情況

在實際的生產中需對真空爐進行定期的爐溫標定，確保爐溫準確。爐溫標定是使用STH窯爐測溫環在固定溫度下進行燒結15 min，用千分尺測量STH窯爐測溫環的收縮，再對照溫度表讀出爐溫。將STH窯爐測溫環放入特制的小物料盤內，與直接將STH窯爐測溫環放置爐內同爐進行處理，測量結果見表7，放入物料盤內測溫結果與直接放入爐內測溫結果為其數據為窯爐測溫環標定結果與要求控制中線的差值。

表7 不同校溫工具對爐溫控制的影響 ℃

由表7可以看出測溫環直接放入爐內的測溫結果整體偏高，較放入生產用物料盤內的測溫環標定的結果高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內爐溫標定結果符合生產要求。原因為直接放入爐內的測溫環主要采用熱輻射對溫度進行傳導，放入生產用物料盤內的測溫環采用熱輻射及熱傳遞對溫度進行傳導。因此，校溫工具的測量環境需要接近實際物料受熱情況。

3 結 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、測溫工具的正確使用等因素決定的，結果表明：

1.同一廠家生產的不同批次的合格熱電偶在實際使用時可能會出現較大的校準溫差，需要根據實際生產選用適用的熱偶。

2.補償導線要根據使用的熱電偶型號選擇其專用的補償導線。熱偶參考端的位置，對爐溫控制的影響很大，應根據實際生產情況確定距離加熱帶5～10 cm。

3.接觸調壓器的輸出比例的調節對爐溫均溫控制尤為重要。

4.應根據實際生產狀態確定測溫工具方式，更能準確反應出生產實際情況，測量結果更準確。