鋁合金時效爐均勻性測量及結(jié)果分析

臧 偉

（山東南山鋁業(yè)股份有限公司，山東龍口265713）

1 爐溫均勻性測量的目的

爐溫均勻性是時效爐的主要性能指標(biāo)，是保證時效產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。爐溫均勻性是時效爐本身的屬性，受爐子結(jié)構(gòu)、爐體密封性、控制熱電偶安裝位置、天然氣燒嘴或電加熱元件位置、控制方式和維護(hù)管理等因素影響。

時效爐爐溫均勻性校驗(yàn)，是通過測量時效爐有效工作區(qū)域內(nèi)不同位置的溫度，來評價時效爐爐溫均勻性水平是否符合型材時效的工藝要求。因此對于新建的、進(jìn)行過大修的時效爐須進(jìn)行爐溫穩(wěn)定性和均勻性測量，對于正在使用的設(shè)備也要定期進(jìn)行穩(wěn)定性和均勻性測量[1]。

主要測量目標(biāo)如下：（1）獲得時效爐保溫是否均衡；（2）檢測時效爐保溫溫度是否符合設(shè)定要求；（3）檢驗(yàn)時效爐升溫是否符合要求。

2 時效爐及檢測設(shè)備的要求

爐溫均勻性校驗(yàn)過程中，相關(guān)設(shè)備的精度是保證試驗(yàn)進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。其中，時效爐本身的精度要求決定了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，而熱電偶、記錄儀表等設(shè)備的自身誤差則決定了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在進(jìn)行爐溫均勻性校驗(yàn)之前，對參與試驗(yàn)的設(shè)備也提出了相關(guān)的檢定要求。

固溶及人工時效熱處理爐最低應(yīng)符合GB/T 9542中 II類要求[2]。

熱電偶是熱處理過程中必不可少的測溫元件，通常由兩種不同的合金組成閉合回路，通過兩端由于溫差產(chǎn)生的熱電動勢來進(jìn)行溫度的測量。本次測量所用熱電偶類型為鎧裝K型鎳鉻-鎳硅熱電偶；保護(hù)管采用GH3039高溫不銹鋼；熱電偶等級為I級；熱電偶溫度范圍為0℃～1200℃。熱電偶布置在爐內(nèi)，連接被測點(diǎn)和檢測儀表工作端。

檢測儀表的準(zhǔn)確度應(yīng)高于或等于0.2級。為了保證檢測結(jié)果，檢測所用的熱電偶、記錄儀在使用前應(yīng)經(jīng)過校準(zhǔn)，取得各自相應(yīng)的修正值，合格后才能使用。

3 檢測方法

在有效工作區(qū)內(nèi)檢測，一般情況下采用空載檢測，也可視需要進(jìn)行裝載檢測。測量時時效爐應(yīng)以常溫速度進(jìn)行升溫。時效爐的有效加熱區(qū)溫度檢測點(diǎn)數(shù)量和位置按照時效爐的有效加熱尺寸來確定。本次裝載測量的測溫區(qū)域劃分圖及各點(diǎn)熱電偶分布位置如圖1所示。測量點(diǎn)對稱布置，將熱電偶用流水號進(jìn)行編號，并牢固固定在測溫位置上，另一端用補(bǔ)償導(dǎo)線按編號順序接在測溫儀表上。所有測定點(diǎn)的溫度在到達(dá)檢測溫度及其保溫精度范圍內(nèi)的最低溫度之后，開始記錄保溫時間。

圖1測試區(qū)域劃分及測溫?zé)犭娕挤植紙D

固定熱電偶的注意事項(xiàng)：（1）固定熱電偶的位置時，熱電偶芯不可接觸到支架、爐壁、捆扎絲等。捆綁時，捆扎絲可捆扎在熱電偶的耐高溫磁管上；（2）注意引出線正負(fù)極的對應(yīng)性，并保證接觸良好，防止由于引出線安裝不當(dāng)而影響爐溫測量和效果；（3）當(dāng)高溫磁管有破損時，應(yīng)及時更換或添加磁管，防止正負(fù)極偶絲相碰，影響測溫的準(zhǔn)確性。

4 測量過程及結(jié)果

時效爐加熱要求：時效爐裝載，從常溫加熱開始測量，經(jīng)130min后加熱至設(shè)定溫度，保溫6h。

此次測量爐溫均勻性采用裝載測試。檢驗(yàn)溫度為實(shí)際使用溫度的最低值和最高值。控制溫度設(shè)定為175℃，爐子控溫精度為±5℃。在有效加熱區(qū)內(nèi)設(shè)定三個測溫區(qū)間，每個測溫區(qū)間采用4個測溫點(diǎn)均勻分布，在升溫過程中觀察升溫趨勢，每個測溫區(qū)間溫度變化是否相符。當(dāng)爐溫升高到檢驗(yàn)溫度175℃后，每個區(qū)間內(nèi)至少有4個測溫點(diǎn)達(dá)到控溫精度范圍以內(nèi)則視為達(dá)到保溫溫度，開始保溫。從開始測量直至結(jié)束，每20min記錄一組數(shù)據(jù)，直到保溫6h測量即結(jié)束。

時效測量結(jié)果如表1所示，測量結(jié)果均為已將熱電偶和測溫儀的修正值加入后的結(jié)果。

表1時效測量結(jié)果

測溫儀測出的溫度曲線如圖2所示。

圖2測溫儀測量溫度曲線

5 分析與結(jié)論

每個檢測點(diǎn)所測得溫度值均為測溫儀所測得的實(shí)際溫度值。各個檢測點(diǎn)的溫度減去設(shè)定溫度，就是各檢測點(diǎn)的溫度偏差，每個區(qū)間的測溫平均值減去設(shè)定溫度，就是各區(qū)間的溫度偏差，最大偏差就是該時效爐的保溫精度。測量結(jié)果：空間法裝載設(shè)置175℃，測量點(diǎn)的溫度偏差均在均溫允差±5℃范圍內(nèi)（170～177℃）。說明測量期間爐況正常，該時效爐具有良好的溫度均勻性和穩(wěn)定性，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9452，能夠滿足生產(chǎn)要求。

對爐溫均勻性檢測不合格的時效爐，要分析影響爐溫均勻性的因素。爐子本體在制造和生產(chǎn)過程中可能存在一些問題，能導(dǎo)致爐溫的均勻性不合格。在測量過程中也有很多外界因素影響爐溫均勻性的測量，如測溫儀的誤差、熱電偶的精度誤差、溫度補(bǔ)償線的長度和誤差、熱電偶的插入深度及有無觸碰到內(nèi)壁或者支架，等等。因此，在實(shí)際爐溫均勻性測量過程中應(yīng)根據(jù)具體情況分析主要影響因素，然后采取措施，有目的、有步驟地進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到滿意的爐溫控制效果。