步进式加热炉温度均匀性研究

摘要 温度均匀性是步进式加热炉综合性能评定中最关键的一个要素，也是确定加热炉是否符合工艺要求的基本标准。钛合金棒材在锻造前要通过步进式加热炉进行加热，步进式加热炉温度均匀性的好坏直接影响着钛合金棒材的组织性能和产品质量。本文从步进式加热炉工作方式、温度控制系统、温度测试系统和测试结果分析等几个方面对温度均匀性进行了研究。

关键词 步进式加热炉；温度控制系统；温度测试系统；温度均匀性

中图分类号TG307 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0021-02

0 引言

钛合金棒材步进式加热炉的最大优点在于采用了步进式结构，由于此结构设计合理，棒料从入炉口进，经加热后从后炉口滚落到输送辊道进入到下一工序，实现了连续式作业。与传统箱式炉相比，提高了生产效率，节约了能源，缩短了产品加工周期。目前西部超导公司钛合金加热炉的加热方式全采用电阻式加热，此加热方式的优点在于无粉尘污染，温度控制系统技术成熟，温度均匀性易于控制。目前在温度控制系统中，利用控制热电偶、二次仪表和三相电力调整器的合理优化控制，以此来控制电阻炉的发热功率，最终实现温度均匀性的合理控制，从而达到稳定产品质量的目的。

1 钛合金步进式加热炉

1.1 工作方式及分区

钛合金步进式加热炉的工作方式：将摆放整齐的钛合金棒料置于上料台架上，PLC棒材控制系统根据程序指令，驱动液压翻转机构实现一根根进料，并自动落进固定梁上用耐火材料制作的V型槽内，依靠水冷金属梁的上升、前进、下降、后退，将钛合金棒料向前运送并滚落进入静止梁等一系列连贯的操作，来实现钛合金棒料连续性的运送，在棒材连续送进过程中逐渐将棒料加热，直至完成加热。

钛合金步进式加热炉沿炉膛长度方向分为四个独立加热区，分为预热段和均热段。钛合金棒料首先进入步进式加热炉第一区，即预热段进行预热，由于进入预热段的棒料，都是从常温下进入开始预热的，为快速弥补被棒料吸收的热量，避免第一区温度持续下降，一般在第一区的功率设计时，就稍微加大了发热功率，这样才能保证棒料预热后达到一定的温度，以此来提高炉子的效率。均热段是主要的加热段，这里炉子温度高，可以将预热过的棒料快速提高温度，以达到工艺要求的目标温度。均热段位于第二、三、四区，在这里炉子的温度和棒料的温度相近，从而确保经步进炉加热后的棒料温度满足工艺要求。

1.2 温度控制系统

1.3 温度测试系统及方法

步进式加热炉需要定期进行有效加热区的温度均匀性测试，测试系统包括数据采集器、测试热电偶和数据分析软件。数据采集器选用横河川仪的AX110数据采集器，测试热电偶选用Ⅱ级工作用镍铬硅-镍硅镁（N分度）铠装热电偶，上限可检测温度达1 250℃，较K分度优势在于短程有序结构变化影响小，测试性能稳定，实用性更强。

所有的测试装置按照检定规程中测试精度的要求进行配置，并且在检定有效期内使用。

1.4 测试结果分析

1）进入一区的钛合金棒料从常温下开始预热， 而前炉门周期性打开进料和闭合，造成一区内部温度场紊乱，离前炉门口较近的检测处温度值偏低；

2）二三区处于步进炉中间区域，性能稳定，温度控制合适，保温精度高；

3）四区靠近出炉口，由于出料炉门周期开启和闭合，受冷空气影响较大，造成前部检测点温度偏低较多，其它检测点也相应偏低；

4）四个加热区所有检测点的温度偏差都在±10℃范围内，符合标准中规定的Ⅲ类加热炉要求。

2 结论

1）通过对步进式加热炉进行温度均匀性测试，可以确定用步进式加热炉生产是符合工艺温度要求的；

2）根据各个加热区的分析曲线，可以有针对性地对一区和四区加强密封性能改造，更好的提高温度均匀性，对保证产品质量和稳定性有长期指导意义。

参考文献

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[2]施仁，刘文江，郑辑光.自动化仪表与过程控制[M].3版.北京：电子工业出版社.

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