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熱處理爐爐膛溫度測(cè)試分析

文檔作者：荊文成文檔來(lái)源：蘭州蘭石鍛造熱處理有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月10日
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應(yīng)用與i式驗(yàn)
· 機(jī)械研究與應(yīng)用·
熱處理爐爐膛溫度測(cè)試分析
荊文成
(蘭州蘭石鍛造熱處理有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730050)
摘要：通過(guò)對(duì)熱處理爐空載狀態(tài)下在有效加熱區(qū)內(nèi)的溫度檢測(cè)記錄和檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，闡明了熱處理爐試驗(yàn)評(píng)定
過(guò)程應(yīng)考慮諸如爐膛均溫性、熱電偶的安裝及分布、設(shè)計(jì)溫度及過(guò)程測(cè)溫規(guī)定、溫度偏差計(jì)算等因素，提出了
熱處理爐符合API規(guī)范的實(shí)驗(yàn)評(píng)定方法，從而達(dá)到了熱處理爐符合API規(guī)范的試驗(yàn)評(píng)定的目的，具有非常重
要的實(shí)際意義。
關(guān)鍵詞：熱處理爐；有效加熱區(qū)；熱電偶；檢測(cè)；偏差；計(jì)算
中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—4414(2011)04—0030—03
Test analysis of the temperature of the teat treatment furnace
Jing Wen—cheng
(Lanz．hou LSfo ng and heating treatment Co．，Ltd，Lanzhou Gansu 730050，China)
Abstract：By analyzing the temperature test record and the test data in working zone of heat treating furnace，this analysis
pointed out that the evaluation process of heat treating furnace test should consider the element below．such a8 the installation
and distribution of thennocouple，the rules of design temperature and process of testing temperature，and numeration of ternperature
departure，a test assessment method of the heating fumace which meets the API specification is put forward．Thus the
purpose of testing the temperature of heat treating furnace which has very vital pr~tical significance is achieved．
Key words：heat treatment furnace；efective heating area；thermocouple；inspection；deviation；calculation
1 前言
某公司取得美國(guó)石油協(xié)會(huì)API 8C、API 8A、API
4F、API 7K規(guī)范證書(shū)。規(guī)范規(guī)定：在熱處理爐的工作
區(qū)溫度已升到設(shè)定溫度后，在工作區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)溫度與
設(shè)定溫度間的差別不得大于±13℃ ，用于回火、時(shí)效
和消除應(yīng)力處理的爐子在其工作區(qū)溫度已升到設(shè)定
溫度后，其溫度與設(shè)定溫度間的差別不得大于±8℃。
因此，對(duì)熱處理爐爐膛溫度進(jìn)行符合性試驗(yàn)評(píng)定，是
熱處理爐滿足API產(chǎn)品熱處理工序的首要條件。
熱處理爐進(jìn)行符合性試驗(yàn)評(píng)定，首先要保證爐膛
有效加熱區(qū)內(nèi)的溫度均勻性。溫度均勻性是利用爐
溫的空間分布特征和時(shí)間分布特證來(lái)保證。爐溫的
空間分布特性是溫度在整個(gè)爐膛內(nèi)各處的分布情況，
即描述溫度的均勻性。溫度的時(shí)間分布特性，是溫度
在工藝過(guò)程中的變化情況，即描述溫度的穩(wěn)定性。
對(duì)熱處理爐爐膛溫度進(jìn)行符合性試驗(yàn)評(píng)定，根據(jù)
該公司爐膛的大小放置9個(gè)熱電偶作為爐溫測(cè)試點(diǎn)，
在空載狀態(tài)下，檢測(cè)到的溫度能夠真實(shí)反映爐溫的空
間分布特征。
GB／T 9452—1988《熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方
法》對(duì)溫度時(shí)間段的設(shè)定沒(méi)有具體規(guī)定，只是對(duì)檢測(cè)
方法提出要求，好多熱處理爐的實(shí)驗(yàn)評(píng)定，采取只設(shè)
定一個(gè)溫度進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定，雖然其結(jié)果也可以反映
爐溫的時(shí)間分布特征，但具有片面性，對(duì)熱處理生產(chǎn)
過(guò)程實(shí)際指導(dǎo)意義不大。
結(jié)合熱處理常見(jiàn)的工藝溫度時(shí)間段，制定符合實(shí)
際的工藝曲線，采取三次升溫和保溫，在規(guī)定的溫度
和時(shí)間內(nèi)進(jìn)行保溫，記錄檢測(cè)到的溫度，通過(guò)分析和
計(jì)算溫度的偏差和變化情況，即能夠全面反映溫度的
時(shí)間分布特征，又驗(yàn)證了熱處理常見(jiàn)溫度時(shí)間段的溫
度的偏差和變化情況。
利用測(cè)出的爐膛內(nèi)溫度的空間分布特性和時(shí)間
分布特性以及溫度波動(dòng)的大小，經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，確
定爐溫的均勻性和所設(shè)定溫度下的實(shí)際溫度與設(shè)定
值的偏差值，如果計(jì)算出的偏差值在規(guī)定的溫度允差
范圍內(nèi)，就達(dá)到了試驗(yàn)評(píng)定的要求。試驗(yàn)評(píng)定的結(jié)
果，具有非常重要的實(shí)際意義，也為該公司所取得的
API 8C證書(shū)的審核提供了重要的依據(jù)。
2 測(cè)試要求
2．1 測(cè)試所依據(jù)的技術(shù)文件
API 8C／ISO13533、API 8A、API 4F、API 7K E¨
、
GB／T9452—2003《熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方
法》 。
2．2 熱電偶的安裝及分布
在爐車上放置4000mmx1000minx1400mm(長(zhǎng)×
寬×高)的長(zhǎng)方體鋼結(jié)構(gòu)支架，在支架的不同部位分
收稿日期：2011一o6一O8
作者簡(jiǎn)介：荊文成(1967一)，男，山西洪洞縣人，工程師，主要從事技術(shù)、質(zhì)量管理和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)工作。
· 3O·
· 機(jī)械研究與應(yīng)用·
別安裝9個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕甲鳛闇y(cè)溫點(diǎn)(有效區(qū)域?yàn)榫?
離爐壁500mm)，在爐膛有效加熱區(qū)內(nèi)部均勻分布，
測(cè)溫點(diǎn)分布示意圖見(jiàn)圖1。
圖1 測(cè)溫點(diǎn)分布示意圖
2．3 設(shè)計(jì)溫度及過(guò)程測(cè)溫規(guī)定
(1)設(shè)計(jì)溫度為1000℃。
(2)升溫速度①650~C以下為自由升溫；②
650℃ ～I(xiàn)O00~C勻速升溫，升溫速度240℃／h；③恒溫
lOmin，保溫30min。
(3)當(dāng)爐膛溫度達(dá)到650℃、800℃ 、1000oC三個(gè)
測(cè)溫段時(shí)，為確保測(cè)定溫度的均勻性，恒溫lOmin后。
分別對(duì)各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)在同一溫度段重復(fù)6次進(jìn)行溫度
測(cè)量。計(jì)算平均數(shù)據(jù)；每?jī)纱螠y(cè)溫間隔為5min。
3 測(cè)試所用的設(shè)備
測(cè)試所用主要設(shè)備如表1所示。
應(yīng)用與i式驗(yàn)
表l 測(cè)試所用主要設(shè)備清單
4 設(shè)定的熱處理溫度／時(shí)間工藝曲線
設(shè)定的熱處理溫度時(shí)間工藝曲線如圖2所示。
， __— — ／ 保 1Ooo℃ ＼
， 保溫 8恒50溫℃ 保盟 8恒OO溫℃ 噩 恒溫 露；
10 J 30 1O I 30 l 10 30 i時(shí)向d
圖2 熱處理溫度／時(shí)間工藝曲線
5 測(cè)試過(guò)程記錄
(1)室溫下開(kāi)始升溫，當(dāng)溫度升至650oC進(jìn)人保
溫階段，lOmin后每隔5rain記錄熱電偶的溫度值，計(jì)
算實(shí)際偏差溫度與設(shè)定值偏差，見(jiàn)表2。
(2)在650~C保溫結(jié)束后，升溫到800oC進(jìn)人保
溫階段，lOmin后每隔5min記錄熱電偶的溫度值，計(jì)
算實(shí)際偏差溫度與設(shè)定值偏差，見(jiàn)表3。
表2 650~t2保溫階段實(shí)測(cè)值及計(jì)算結(jié)果
8：2O
8：25
8：30
8：35
8：40
8：45
8：50
熱電偶修正值
實(shí)際最高偏差溫度
與設(shè)定值偏差
實(shí)際最低偏差溫度
與設(shè)定值偏差
653．3
650．2
649．8
653．3
650．1
648．2
649．8
- 3．3
651．3
651．3
650．3
652．3
651．1
649．3
649．6
— 2．3
652．2
652．3
649．1
653．2
652．1
649．1
651．5
一1．5
653．1
651．3
650．2
654．1
652．4
653．3
653．6
一1．3
652．3
652．4
650．4
653．2
653．3
647．2
649．8
— 2．4
651．2
650．4
649．2
653．3
655．1
653．2
653．4
- 3．1
(3)在800~C保溫結(jié)束后，升溫到IO00~C進(jìn)人保
溫階段，lOmin后每隔5min記錄熱電偶的溫度值，計(jì)
算實(shí)際偏差溫度與設(shè)定值偏差，見(jiàn)表4。
6 數(shù)據(jù)分析和計(jì)算
保溫階段的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)所得溫度值分別減去熱
電偶的修正值(檢測(cè)儀表的誤差忽略不計(jì))，即得該
點(diǎn)溫度的真實(shí)值，真實(shí)值減去設(shè)定溫度，即得各檢測(cè)
點(diǎn)的溫度偏差，通過(guò)最大偏差和最小偏差的計(jì)算，來(lái)
確定該加熱爐每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)際溫度允差值。
計(jì)算公式如下(以1000~C恒溫階段1號(hào)熱電偶
實(shí)測(cè)值為例，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4)：
· 3l·
4 5 2 4 5 7 4 4
5：合 1：。 1：8 4=8 l：2 8 l ^ ；
3 2 4 5 3 5 4 5
3 l O：2 3：合 4 2：2 2：2
1 2 2 2 3 2 3 ●
2 l：合 9 4：8 2：8 7 9鯽
應(yīng)用與試驗(yàn)
· 機(jī)械研究與應(yīng)用·
表3 800~C保溫階段實(shí)測(cè)值及計(jì)算結(jié)果
表4 1000~C保溫階段實(shí)測(cè)值及計(jì)算結(jié)果
(1)K型熱電偶允差(修正值)△ [2】：
公式：△ =±0．0075ltI，保溫溫度1000~C，即：△后
=±O．0075ItI=±0．0075×1000=±7．5℃
由表4熱電偶修正值可知，所用熱電偶修正值在
允差范圍內(nèi)。
(2)實(shí)際溫度偏差與設(shè)定值偏差計(jì)算：
At =max {t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7}+Ak1—1000
=max {1001．1，998．7，999．5，1002．5，
1002．2，999．4，1000．1 }+Ak1-1000
=10o2．5+2．1—1ooO
= 4．6~C
Atm．m=min {tl，t2，t3，t4，t5，t6，t7}+Ak1—1000
=min {1001．I，998．7，999．5，1002．5，
1002．2，999．4，1000．1 }+Ak】-1000
= 998．7+2．1一l0oO
= 0．8cC
其中：△ =2．1(見(jiàn)表4熱電偶修正值)
其它8個(gè)點(diǎn)的最大和最小實(shí)際溫度允差值計(jì)算
方法同上，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。將9個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)際溫
度允差值與API規(guī)范要求的允許偏差值(±8c【=)進(jìn)行
· 32 ·
比較，可以看出，9個(gè)點(diǎn)的實(shí)際溫度允差值都在要求
的允許偏差值范圍內(nèi)。
表5 最大和最小實(shí)際溫度允差值計(jì)算結(jié)果 ／℃
At 4．6 4．9 1．9 1．9 -0．8 0．9 1．3 1．1 2．9
At i 0．8 —0．3—3．4 —2．8—2．9—3．9 —3 —3．3 —3．6
7 結(jié)論
通過(guò)對(duì)記錄溫度值的分析和計(jì)算，當(dāng)爐膛溫度達(dá)
到設(shè)定的650℃、800~C、1000qC保溫段，所得的三個(gè)
測(cè)試保溫階段溫度最大偏差值與設(shè)定的允許偏差值
都在API規(guī)范允差范圍內(nèi)；與設(shè)定溫度值比較，溫度
波動(dòng)值很小，說(shuō)明所設(shè)置的測(cè)溫點(diǎn)的熱電偶分布位置
和保溫時(shí)間能夠準(zhǔn)確的反映空間分布特征和時(shí)間分
布特證，也驗(yàn)證了該爐膛的溫度均勻性很好。
因此，該熱處理爐完全滿足API規(guī)范要求，該熱
處理爐合格，所有API產(chǎn)品的熱處理工序均可以在此
(下轉(zhuǎn)第35頁(yè))
Q ：hoB p
。
rh
· 機(jī)械研究與應(yīng)用·
(4)
式中：h。為油膜厚度h。一0．0035(cm)； 為平導(dǎo)軌一
個(gè)油墊支承的流量系數(shù)B=1．875；田 為油的粘度，設(shè)
計(jì)中選擇 。=1．97~10 (Pa·s)
所以：q =11．4(cm ／s)
故需油泵最大總流量：
ΣQ =3Q =3×l1．4=3．43(cm ／s)
8 靜壓導(dǎo)軌的調(diào)整 J
8．1 移動(dòng)部件的浮起
當(dāng)供油系統(tǒng)的油泵啟動(dòng)后，多頭泵各油口分別等
量供油，當(dāng)導(dǎo)軌油腔壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，刀架、床
鞍、尾座等移動(dòng)部件即浮起。如果不能浮起，則主要
有下列幾方面的原因：① 進(jìn)油路堵塞，液壓油無(wú)法進(jìn)
人導(dǎo)軌油腔；②濾油器很臟或已損壞不能正常工作；
③導(dǎo)軌材料有疏松、砂眼等缺陷，液壓油在油腔內(nèi)泄
漏太大；④導(dǎo)軌精度太差，導(dǎo)軌的某些部分有金屬接
觸，未能形成純液體潤(rùn)滑；⑤多頭泵故障，無(wú)法等量供
油。
上述種種現(xiàn)象，可用壓力表觀察出來(lái)。一旦故障
排除，油腔建立了正常壓力后，移動(dòng)部件便能浮起。
8．2 導(dǎo)軌間隙的調(diào)整
移動(dòng)部件浮起后，導(dǎo)軌間隙(油膜厚度)往往是
不均勻的，這是由于受到下列原因的影響：①導(dǎo)軌加
工精度誤差的影響；② 受導(dǎo)軌彈性變形影響；③ 各油
墊支承上所承受的載荷不均勻分布；④油壓不穩(wěn)定。
為保證各油腔處的浮起量均勻，在油腔建立壓力
后， 時(shí)千分表在移動(dòng)部件的四個(gè)邊角測(cè)量工作臺(tái)的浮
起量。如各處浮起量不同，應(yīng)調(diào)整節(jié)流長(zhǎng)度改變各油
應(yīng)用與試驗(yàn)
腔處的間隙。對(duì)于間隙小的油腔，要減少節(jié)流阻力；
對(duì)于間隙大的油腔，要增加節(jié)流阻力，通過(guò)節(jié)流阻力
的改變，使工作臺(tái)的浮起量符合設(shè)計(jì)要求的間隙值。
經(jīng)過(guò)上述調(diào)整后，如果工作臺(tái)浮起量仍不符合設(shè)
計(jì)要求，說(shuō)明導(dǎo)軌的幾何精度太差，或?qū)к壍膹椥宰?
形大，此時(shí)應(yīng)檢查導(dǎo)軌精度并重新加工(或)調(diào)整導(dǎo)
軌面。
9 結(jié)論
根據(jù)以上分析和計(jì)算，便可按尺寸在導(dǎo)軌面上加
工出油腔，選擇多頭泵。調(diào)整好導(dǎo)軌間隙，使機(jī)床正
常工作。應(yīng)用液體靜壓導(dǎo)軌得出以下結(jié)論。
(1)由于導(dǎo)軌面間是純液體摩擦，其摩擦系數(shù)極
小(約為0．0005左右)，故驅(qū)動(dòng)功率可大大降低。
(2)因系純液體摩擦，故導(dǎo)軌不會(huì)磨損，壽命長(zhǎng)，
能長(zhǎng)期保持制造精度，減少了維修工作量。
(3)油膜厚度幾乎不受速度的影響，即使在極低
速時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生爬行。
(4)油膜承載能力大，剛度高，吸振性良好，導(dǎo)軌
運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
(5)油膜具有誤差均化作用，可提高導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精
度。
對(duì)于重型臥式車床而言，縱橫向進(jìn)給中采用靜壓
導(dǎo)軌。不僅可提高進(jìn)給部件的運(yùn)動(dòng)精度，而且也極大
地降低了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和扭矩，節(jié)約了能源，降低
了成本，又提高了機(jī)床精度和效率。
參考文獻(xiàn)：
[1] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組．機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三冊(cè))[M]．北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，1986．
[2] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組．機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二冊(cè))[M]．北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，1979．
(上接第32頁(yè))
評(píng)定合格的熱處理設(shè)備上進(jìn)行，達(dá)到了熱處理爐符合
API規(guī)范的試驗(yàn)評(píng)定的目的。
此外，正常情況下，熱處理爐的試驗(yàn)評(píng)定周期為
1年，當(dāng)有以下情況出現(xiàn)時(shí)應(yīng)重新評(píng)定：①新熱處理
爐安裝調(diào)試完備，正式投產(chǎn)前；②熱處理爐主體結(jié)構(gòu)
和控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)大修后；③實(shí)際熱處理過(guò)程記錄溫度
超出允差范圍；④熱電偶測(cè)試點(diǎn)重新定位。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB／T9452—2003．熱處理爐有效加熱區(qū)測(cè)定方法[S]．
[2] GB／T 16839．2．熱電偶第2部分：允差[S]．
· 35·

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