CN105331782A - 一种电阻丝热模拟炉及精确控制加热和冷却的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热处理设备领域，涉及一种电阻丝热模拟炉及精确控制加热和冷却的方法。本发明包括：炉体(1)，加热电阻丝(2)，均温风机(4)，对开式前炉门(5)，开合式冷却窗口(6)和冷却风机(7)和控制系统，炉体(1)为横截面为正六边形的柱形炉体；对开式前炉门(5)设置于炉体(1)的一个侧面；所述开合式冷却窗口(6)分别在炉体(1)的两个侧面各设置有一个，且每个开合式冷却窗口(6)之间及其与对开式前炉门(5)之间均间隔有炉体(1)的一个侧面，每一个被间隔的侧面内壁上均设置有一组加热电阻丝(2)；冷却风机(7)设置于开合式冷却窗口(6)外侧；均温风机(4)设置于炉体(1)的顶部。本发明能够精确控制加热和冷却速度。
Description
技术领域
本发明属于热处理设备领域，特别涉及一种电阻丝热模拟炉及精确控制加热和冷却的方法。
背景技术
随着我国工业设备的升级，许多设备不断大型化，特别是能源工业领域的核压力容器及加氢反应器等大型压力容器设备，是用壁厚超过200mm的特厚锻件或极厚钢板加以制造。这些特厚锻件和极厚钢板等大型工件在热处理加热和冷却过程中，工件内部各位置的加热和冷却速度差异较大，从而造成工件组织和性能的不均匀，无法保证设计要求。
研究大型工件材料的热处理特性，提高产品的性能指标和组织性能均匀性，是材料研发和工艺改进的方向。利用小试样(能取拉伸、冲击、落锤及断裂韧性等力学性能试样)模拟大型工件产品的实际热处理加热和冷却过程，即所谓的摸拟试验方法。模拟试验方法具有材料使用较少，能摸拟与实际工件相同的热处理过程等优点。
目前，常规的热处理设备，无法模拟大型工件实际热处理的加热和冷却过程。因此，急需开发能够模拟大型工件热处理时不同部位的加热和冷却过程，并能够精确控制加热和冷却速度的模拟热处理装置。这种模拟热处理装置可以用于研究大型工件材料的基本热处理特性，也可广泛用于机械、冶金、化工等行业的热处理实验室对试样或特殊工件实施快速加热和冷却的试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种电阻丝热模拟炉，能够模拟大型工件热处理时不同部位的加热和冷却过程，并能够精确控制加热和冷却速度。
本发明的另一个目的是提供一种能够精确控制加热和冷却速度的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种电阻丝热模拟炉，包括：炉体1，加热电阻丝2，均温风机4，对开式前炉门5，开合式冷却窗口6和冷却风机7和控制系统，所述炉体1为横截面为正六边形的柱形炉体；所述对开式前炉门5设置于炉体1的一个侧面；所述开合式冷却窗口6分别在炉体1的两个侧面各设置有一个，且每个开合式冷却窗口6之间及其与对开式前炉门5之间均间隔有炉体1的一个侧面，每一个被间隔的侧面内壁上均设置有一组加热电阻丝2；所述冷却风机7设置于开合式冷却窗口6外侧；所述均温风机4设置于炉体1的顶部。
所述炉体1顶部还设置有红外测温装置3。
所述对开式前炉门5和开合式冷却窗口6的开合程度和冷却风机7的风速由控制系统控制，该控制系统包括模块化的可编程控制器、温度控制器、变频器以及伺服电机。
所述每组加热电阻丝2为多排设置。
所述炉体1外壁设有隔热层。
该模拟炉具有如下性能：最大加热速度为1℃/s，最高加热温度为1200℃，冷却速度可实现0-120℃/min，控温精度可达到±1.5℃。
本发明提供一种电阻丝热模拟炉的精确控制加热和冷却的方法：
(1)加热：打开对开式前炉门5，将试样装入炉体1中，关闭对开式前炉门5，可编程控制器接收红外测温装置3测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，反馈给加热系统控制加热电阻丝2的功率，加热至设定温度进行保温；
(2)冷却：根据设定的冷却速度，可编程控制器接收红外测温装置3测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，控制对开式前炉门5和开合式冷却窗口6的开口度以及冷却风机7的送风量，达到控制冷却速度的目的，降到设定温度程序自动打开对开式炉门5，试样出炉；
其中，均温风机4可控制的运行保证热模拟炉在加热、保温和冷却过程中的温度均匀性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明是通过程序控制器、温控器和变频器对加热和冷却系统进行精确控制，控制裸露大功率电阻丝加热体的功率，通过大功率冷却风机调整风量控制冷却速度，通过红外温度检测装置进行温度控制，完全实现自动化。
(2)本发明炉体可满足包括拉伸、冲击落锤及断裂韧性等试样的模拟加热和冷却热处理试验。
(3)本发明采用大功率电阻丝加热，最大加热速度为1℃/s，最高加热温度为1200℃。
(4)本发明炉体通过设置程序自动控制开合式冷却窗口和两个大功率冷却风机，提高了试样的冷却能力和均匀性，冷却速度可实现0-120℃/min。
(5)本发明炉体顶部设置均温风机，控温精度可达到±1.5℃。
(6)本发明是为特厚锻件和极厚钢板材料研制而开发的模拟试验装置，但不限于此类应用，还可用于其他材料热处理工艺的模拟试验，是对新材料研究开发极为有用的装置。
附图说明
图1为精确控制加热和冷却的电阻丝热模拟炉的俯视图
其中的附图标记为：
1炉体2加热电阻丝3红外测温装置
4均温风机5对开式前炉门6开合式冷却窗口
7冷却风机
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种精确控制加热和冷却的电阻丝热模拟炉，包括：横截面为正六边形的柱形热模拟炉炉体1，炉体1的一侧设有对开式前炉门5，炉体顶上设有红外测温装置3。炉体1上与前炉门5间隔的两个侧面分别设置有程序自动控制的两个开合式冷却窗口6，每个开合式冷却窗口6外部设置有大功率冷却风机7。通过模块化的可编程控制器、温度控制器和变频器，控制对开式前炉门5和开合式冷却窗口6的开合大小和冷却风机7的风速。
炉体1内壁上设置三组大功率加热电阻丝2，分别位于对开式前炉门5及开合式冷却窗口6间隔的三个侧面，并且多排设置，以保证炉内有充足的均温区。
炉体1顶部设有一台均温风机4，保证热模拟炉在加热、保温和冷却过程中的温度均匀性。
优选地，炉体1外壁设有隔热层，保证高温时炉体壁温＜60℃，提高热模拟炉操作安全性。
优选地，对开式前炉门5和开合式冷却窗口6通过伺服电机控制压紧和开合。
该模拟炉具有如下性能：最大加热速度为1℃/s，最高加热温度为1200℃，冷却速度可实现0-120℃/min，控温精度可达到±1.5℃。
采用本发明进行热处理加热和冷却时的具体工作流程如下：
(1)加热：打开对开式前炉门5，将试样装入炉体1中，关闭对开式前炉门5，可编程控制器接收红外测温装置3测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，反馈给加热系统控制加热电阻丝2的功率，加热至设定温度进行保温；
(2)冷却：根据设定的冷却速度，可编程控制器接收红外测温装置3测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，控制前炉门5和开合式冷却窗口6的开口度以及冷却风机7的送风量，达到控制冷却速度的目的，降到设定温度程序自动打开对开式炉门5，试样出炉；
其中，均温风机4可控制的运行保证热模拟炉在加热、保温和冷却过程中的温度均匀性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电阻丝热模拟炉，包括：炉体(1)，加热电阻丝(2)，均温风机(4)，对开式前炉门(5)，开合式冷却窗口(6)和冷却风机(7)和控制系统，其特征在于：所述炉体(1)为横截面为正六边形的柱形炉体；所述对开式前炉门(5)设置于炉体(1)的一个侧面；所述开合式冷却窗口(6)分别在炉体(1)的两个侧面各设置有一个，且每个开合式冷却窗口(6)之间及其与对开式前炉门(5)之间均间隔有炉体(1)的一个侧面，每一个被间隔的侧面内壁上均设置有一组加热电阻丝(2)；所述冷却风机(7)设置于开合式冷却窗口(6)外侧；所述均温风机(4)设置于炉体(1)的顶部。
2.根据权利要求1所述的电阻丝热模拟炉，其特征在于：所述炉体(1)顶部还设置有红外测温装置(3)。
3.根据权利要求1所述的电阻丝热模拟炉，其特征在于：所述对开式前炉门(5)和开合式冷却窗口(6)的开合程度和冷却风机(7)的风速由控制系统控制，该控制系统包括模块化的可编程控制器、温度控制器、变频器以及伺服电机。
4.根据权利要求1所述的电阻丝热模拟炉，其特征在于：所述每组加热电阻丝(2)为多排设置。
5.根据权利要求1所述的电阻丝热模拟炉，其特征在于：所述炉体(1)外壁设有隔热层。
6.根据权利要求1所述的电阻丝热模拟炉，其特征在于：该模拟炉具有如下性能：最大加热速度为1℃/s，最高加热温度为1200℃，冷却速度可实现0-120℃/min，控温精度可达到±1.5℃。
7.一种如权利要求1所述电阻丝热模拟炉的精确控制加热和冷却的方法，其特征在于：
(1)加热：打开对开式前炉门(5)，将试样装入炉体(1)中，关闭对开式前炉门(5)，可编程控制器接收红外测温装置(3)测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，反馈给加热系统控制加热电阻丝(2)的功率，加热至设定温度进行保温；
(2)冷却：根据设定的冷却速度，可编程控制器接收红外测温装置(3)测量的温度信号，与设定的程序进行比对，根据偏差情况，控制对开式前炉门(5)和开合式冷却窗口(6)的开口度以及冷却风机(7)的送风量，达到控制冷却速度的目的，降到设定温度程序自动打开对开式炉门(5)，试样出炉；
其中，均温风机(4)可控制的运行保证热模拟炉在加热、保温和冷却过程中的温度均匀性。
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