真空爐真空氣氛爐溫度場(chǎng)形成特點(diǎn)
真空爐(真空氣氛爐)的發(fā)熱元件一般呈圓形布置。真空加熱相對(duì)普通爐來(lái)說(shuō)，其傳熱方式只有輻射，沒(méi)有傳導(dǎo)和對(duì)流；非真空加熱時(shí)有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種方式，其中對(duì)流、傳導(dǎo)根據(jù)壓力的不同又與普通爐( 常規(guī)壓力) 同。壓力小于1 ×105Pa ( 絕對(duì)壓力，普通爐的近似工作壓力) 時(shí)，其對(duì)流、傳導(dǎo)作用小于普通爐; 壓力接近工作真空度( 2Pa) 時(shí)，其對(duì)流、傳導(dǎo)作用基本不存在,工件升溫緩慢，特別是低于600 ℃ 以下加熱時(shí)，加熱更為緩慢，工件溫度相對(duì)控溫?zé)犭娕嫉臏囟扔幸欢ǖ臏蟋F(xiàn)象。
真空爐(真空氣氛爐)溫度均勻性測(cè)量的原理
真空爐(真空氣氛爐)溫度均勻性的測(cè)定采取爐體控溫系統(tǒng)控制加熱溫度，外加熱電偶進(jìn)行記錄的測(cè)量方式。溫度均勻性的測(cè)定儀器有熱電偶轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，WRNK —121 型3mm×3000mm 的測(cè)量熱電偶，其測(cè)量范圍為0 ～1300 ℃，日本島電SR93 數(shù)顯溫度表、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。測(cè)量原理圖見(jiàn)圖1 。
圖1
( 2) 根據(jù)KES78. 311. 1 標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求，真空氣氛爐爐溫的測(cè)量采取有效加熱區(qū)9 點(diǎn)測(cè)量的方式( 見(jiàn)圖2) 。在600 mm×600mm×900mm 的有效工作空間內(nèi)作9 點(diǎn)布置，任一個(gè)平面內(nèi)均有3 個(gè)熱電偶( 圖2 中黑點(diǎn)為熱電偶的固定位置) 。
( 3) 在爐體的爐門(mén)端的一側(cè)有一測(cè)溫口。測(cè)量時(shí)拆下原蓋板，安裝上帶有9 孔的測(cè)溫法蘭，測(cè)量熱電偶通過(guò)法蘭接入爐腔內(nèi)并固定在支架上。安裝測(cè)量熱電偶時(shí)需加密封墊圈、橡膠墊圈及真空脂用壓緊螺栓進(jìn)行壓緊密封，以防止漏氣( 見(jiàn)圖3) 。
三、真空氣氛爐溫度均勻性的測(cè)量過(guò)程
1. 準(zhǔn)備工作
將測(cè)量熱電偶及控溫?zé)犭娕及碐B/ J351 —1996 《中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量鑒定規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格方能進(jìn)行爐溫均勻性測(cè)定。自爐體拆下測(cè)溫孔的蓋板，將9 根經(jīng)過(guò)檢測(cè)合格的熱電偶依次穿上密封墊圈、橡膠墊圈，管式爐自法蘭孔中引入爐腔內(nèi)，并依次按圖1 位置固定在位于爐門(mén)口支撐架上，支撐架的尺寸為有效加熱尺寸。
將支撐架小心地移入爐腔內(nèi)，放在爐床上，調(diào)整其位置，使之恰好與有效加熱空間重合。固定測(cè)溫法蘭的熱電偶孔，依次放入密封墊圈，箱式電爐橡膠墊圈上涂布真空脂，旋緊壓緊螺栓，安裝好法蘭。
按操作規(guī)程手動(dòng)先后啟動(dòng)真空機(jī)械泵、真空羅茨泵抽真空，直到工作真空度到達(dá)2 Pa 后，停機(jī)30 mi n ，觀察真空計(jì)讀數(shù)，看壓升率是否在正常的0. 5Pa/ h 之內(nèi),正常則繼續(xù)進(jìn)行爐溫均勻性的測(cè)量，不正常則重新調(diào)整旋緊螺栓，重新測(cè)定壓升率，直到正常，才能繼續(xù)進(jìn)行爐溫均勻性的測(cè)定。
2. 測(cè)定過(guò)程
工藝需求進(jìn)行選定測(cè)量溫度點(diǎn)為650 ℃、850 ℃和1000 ℃，在FP21 控溫儀表上，設(shè)定升溫曲線(xiàn)。在控制偶到設(shè)定溫度120min 后，開(kāi)始測(cè)定各支熱電偶的值。每隔5min 讀取1 次，連續(xù)3 次，如果各點(diǎn)溫度在所要求溫度的±5 ℃ 以?xún)?nèi)，則此溫度點(diǎn)測(cè)量完畢，管式爐否則繼續(xù)等溫，直到溫度均勻或時(shí)間到達(dá)3h ( 工藝設(shè)定的保溫時(shí)間) 為止并記錄各點(diǎn)的溫度。調(diào)整FP21 表，自650 ℃升溫至850 ℃，保溫120min，重復(fù)650 ℃溫度點(diǎn)測(cè)量步驟。
同樣自850 ℃升溫到1100 ℃，保溫120min，重復(fù)650 ℃溫度點(diǎn)測(cè)量步驟。以上數(shù)據(jù)分別填入記錄表中，完成測(cè)定后，按正常的空爐冷卻步驟進(jìn)行降溫。
3. 恢復(fù)設(shè)備
打開(kāi)爐門(mén)，拉出測(cè)量支架，拆開(kāi)固定熱電偶的鐵絲，拆下法蘭盤(pán)，安裝好原蓋板，按正常使用進(jìn)行壓升率測(cè)試，按操作規(guī)程手動(dòng)先后啟動(dòng)真空機(jī)械泵、真空羅茨泵抽真空，直到工作真空度到達(dá)2Pa 后，停機(jī)30min，觀察真空計(jì)讀數(shù)，看壓升率是否在正常的0. 5Pa/ h 之內(nèi)，合格則繼續(xù)，設(shè)備可以正常使用，否則繼續(xù)重新安裝原測(cè)溫口蓋板。從測(cè)溫法蘭盤(pán)中拆下測(cè)量熱電偶，注意抽出時(shí)要小心取直，以防止折斷、損壞熱電偶。
四、真空氣氛爐溫度均勻性測(cè)量的數(shù)據(jù)
1. 控制偶的記錄數(shù)據(jù)
PID 調(diào)節(jié)控溫系統(tǒng)中，控制熱電偶與橫河AX104 無(wú)紙記錄儀連接，作實(shí)時(shí)記錄，由FP21 控溫表輸出指令，晶閘管加熱電源開(kāi)始加熱的同時(shí)測(cè)量爐腔內(nèi)的溫度。加熱過(guò)程完成后，取出記錄儀中的存儲(chǔ)塊，插入取卡器中，讀出數(shù)據(jù)，并在橫河DATA Viewer 瀏覽器中查看數(shù)據(jù)，圓型記錄形式見(jiàn)圖4 。可見(jiàn)其中的溫度、真空度、冷卻水溫曲線(xiàn)及相應(yīng)的開(kāi)爐時(shí)間。
2. 測(cè)量熱電偶的記錄數(shù)據(jù)
某次650 ℃溫度點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)附表。
3. 數(shù)據(jù)分析
由表中數(shù)據(jù)可知，真空氣氛爐在650 ℃點(diǎn)溫度均勻性都在±5 ℃范圍內(nèi)，達(dá)到真空氣氛爐的正常的溫度均勻性的要求，因此判定在該溫度點(diǎn)的溫度均勻性是合格的。
五、結(jié)語(yǔ)
( 1) 真空氣氛爐的爐溫均勻性的測(cè)量不同于普通爐，測(cè)量時(shí)需保證爐體的正常工作條件下的真空度及壓升率，才能正確測(cè)定爐溫。
( 2) 由于真空氣氛爐的傳熱方式與普通爐不同，實(shí)際測(cè)溫過(guò)程表明控制熱電偶的溫度值在保溫初期與有效加熱區(qū)測(cè)量熱電偶的溫度值的差別較大。
( 3) 在真空工作狀態(tài)中，有效加熱區(qū)的溫度偏差在正常保溫時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到±5 ℃，滿(mǎn)足工藝需要。
