大型燃气热处理炉炉温均匀性的影响因素和测试技术研究

李倩倩 杨东峰 顾宏伟

摘 要：本文通过查阅大量相关文献，分析了当前大型燃气热处理炉炉温均匀性的影响因素，并分析了炉温均匀性测试方法，旨在为提升热处理的质量提供一定的参考价值。

关键词：燃气热处理炉；炉温均匀性；影响因素；测试技术

1 炉温均匀性影响因素

1.1 装炉方式

装炉方式是影响炉温均匀性的主要因素之一。多数热处理炉通过高温烧嘴来达到提升炉气循环的效果，也就是说摆放工件时需要在炉内留出炉气循环的管路[1]。热处理炉安装实践结果表明，炉内截面空余区域越大，炉温均匀性越好[2]。

1.2 炉气循环系统

保持大型燃气热处理炉炉温均匀性的有效措施之一是提高炉内循环气体流量[6]。一般情况下，提升气流量的方式有两种，一种方式为借助搅拌风机，将多个轴流风机安装在热处理炉两侧或顶部，对炉内气体进行充分搅拌，以此来提升炉内气体的循环流量。但辅助搅拌风机方式的应用也有局限性，对导流板和风机的安装方式要求苛刻，提高了设计难度，增加了热处理炉的成本。第二种方式是利用高速烧嘴或亚高速烧嘴来稳定炉温，，通常情况下，燃气炉烧嘴的位置在炉的两侧位置，以相互交错的方式分布，炉温控制机制为利用烧嘴喷出的高速气流来对炉内气体进行充分搅拌。但这一局部循环方式要求所有烧嘴具有差距较小的功率，并通过PLC系统来控制炉温。不同类型的烧嘴对出口气体的流速要求不同，具体情况见表1。

1.3 控温热电偶的布置

炉温均匀性控制的有效措施之一是合理布置控温热电偶。通常情况下，工控设备上所显示的温度和温度控制热电偶上的读数会有一定的误差，两个值之间的误差可以通过温度补偿装置加以改善，与工件之间的距离越短，控温热电偶越能真实反映工件的实际温度，且最好不要为预留热电偶留出太长的位置。但高速喷嘴热处理炉烧嘴喷出的火焰产生的热气流也可能会与热电偶有所接触，温控系统会自动切断烧嘴大火，增大温差，使温度失去控制。

1.4 热处理炉烧嘴的状态

为了提升热处理炉内气体循环量，对烧嘴进行调节时可以适当提高助燃风量直至出现蓝色火焰，进而可以提升搅拌效果，避免火焰发散导致局部温度过高。但这种方式也容易增加热处理炉的能量消耗。

2热处理炉炉温均匀性测试技术

2.1 炉温均匀性测试设备

炉温均匀性测试设备的主要部件有热电偶、检测仪表、补偿导线、测温架以及转换开关等部分组成。标准测试装置的部件有相关规定要求，具体内容如下所述。

热电偶部件应该符合国家标准GB/T 2614、GB/T 3772、GB/T 16839.2、GB/T 4993的规定，有效加热区域推荐热电偶的参数如表2所示。

检测所用的温度补偿导线应该符合国家标准GB/T 4989以及GB/T 499的相关要求，具体要求如表3所示。

测试用检测仪器仪表的精密度应该比热处理炉仪表等级系数高，且仪表的使用期限在校验期范围内，有合格证书。常见检测仪表主要有数显测温计、UJ便捷式电位差仪、多点循环检测仪和多点记录仪等。

转换开关有手动类型的，也有自动类型的。可以利用同一仪表装置来测量多个位置的温度，3min内可以随意切换检测位置，且不容易出现附加热电势差。

测温架的大小和性状等参数与热处理炉的测量方式和有效加热区域有关，一般结构是通过不锈钢、低碳钢管或耐热合金焊接而成的，可以固定热电偶的料框或支架设备。

2.2 测试技术和记录方法

国家检测标准并未对大型燃气热处理炉炉温均匀性的测试技术提出具体要求，但根据相关标准，可以通过以下方法进行测试。

（1）检测要求：通常情况下，检测热处理炉有效区域时采用最多的是空载实验法，如有特殊要求可以利用装载实验技术（半装载实验技术、满载实验技术）。进行均匀性测试实验过程中，热处理炉可以通过常用升温参数进行升温，有效加热区域的温度检测位置和数量可以根据热处理炉预设加热区大小、加热炉的方式来确定。

（2）热电偶的布置方式

若加热炉的长度长于5米时，任何两个相邻温度测试平面的距离都不应该高于2米。

（3）温度测试方法

装载实验和空载实验时温度不能高于检测温度，所有测试位置的温度必须在检测温度或保温精度范围的最低值后，按照规定的时间间隔测试各个位置的实际温度，具体内容如表4所示。合理修订测试温度后即可得到温度实际值，以此来判断各个位置的保温精度是否与标准相一致。若温度实际值超出精度范围，可以适当延长温度测试时间，但同一检测点位置的保温检测时间不能超过2h。

2.3 记录内容

测试结果的记录内容主要包括热处理炉的生产厂家、型号、生产日期、类别、名称以及关键技术参数，空载情况、装载情况以及实施条件，保温精度、测试温度以及常用温度范围，预设假定区域内的大小和检测点布置，检测设备的名称、类别、型号的精密度，所有检测位置的温度显示值、温度测试时间以及温度数据处理，装载实验的运料速度、装炉方式、装载量和工件特性，测试日期、测试人员、审核人员、批准人员等。

3结论

大型燃气热处理炉炉温均匀性是热处理炉的一项重要指标，良好的炉温均匀性有助于产品质量的提升。当前，随着科学技术力量的不断雄厚，企业对于热处理炉的要求也越来越严格，因此，保证热处理炉的炉温均匀性是十分必要的。大型燃气热处理炉可以通过改善控温热电偶的布置位置、装炉方式、烧嘴形式以及烧嘴状态来提升温度的均匀性。而大量实验结果也证实了合理的设计方式和炉温监测，可以保证炉温均匀性，满足人们对热处理炉的质量要求。合理测试大型燃气热处理炉炉温均匀性，降低各个因素对炉温均匀性的影响是每一个温度计量人员的义务和责任。

参考文献：

[1]石月娥， 聂英兰. 燃气热处理炉温度均匀性测试结果影响因素分析[J]. 中国计量， 2016（9）：98-100.

[2]文丽松， 马国生. 基于辐射测温法的高温热处理炉温度均匀性检测技术研究[J]. 计测技术， 2017， 37（S1）.

[3]杨新圆， 吕国义， 陈炜， et al. 现行热处理炉测试技术标准的比较分析[J]. 计测技术， 2017， 37（5）：34-39.

作者简介：

李倩倩（1985.11-）、女、汉族、江阴、江阴兴澄特种钢铁有限公司、工程師、硕士研究生、热处理炉和金属热处理工艺。