[发明专利]热处理加热时间的自动确定及控制方法

说明书

本发明涉及一种热处理加热时间的控制方法，特别是一种根据工件加热中的通电断电时间来自动确定及控制热处理加热时间的方法。

在热处理中，加热温度和加热时间是重要的工艺参数，一般是设定加热时间，通过控制电炉的通、断电来控制加热温度，例如工件在箱式加热电炉上加热，预先在该炉的控制仪表盘上调定温度和设定加热时间，当升温后，该炉自动周期地通断电进行加热，到设定时间时，自动停炉。根据加热炉的炉型不同、加热工艺参数不同、工件批量不同，在加热时间上采用经验系数如单件系数和装炉系数进行估算。但是单件系数和装炉系数都是在一定条件下，根据理论计算或实验结果得出的，有其局限性，在实际工作中，由于电炉功率、炉温、装炉情况、环境等各种因素的影响，如果采用在一定条件下得出的加热系数来计算加热时间，则可能与实际情况有较大的偏差。美国专利4606529《炉的控制》中，公开了一种加热炉的炉温控制方法，采用计算机接受该炉中实际的工艺参数并与设定的比较，从而修正该实际工艺参数使其不断接近设定的工艺参数，以保证工件质量，该方法适于大批量流水作业工艺条件固定的加热方式，对于炉型、工艺参数、批量变化的工件，则不适用。

本发明目的是提供一种热处理加热时间自动确定及控制方法，它是根据加热电炉的通电断电时间来自动确定工件的透热时刻，并据该透热时刻来确定总的加热时间，它能按电炉、工件系统本身条件自行确定准确的加热时间，能合理地利用电能，避免电能浪费，易于保证工件的质量，且适用于不同炉型和不同加热温度、材质、批量的工件。

本发明方法是按下述技术方案实现的，它是在电炉中加热工件时，通过连续测出该炉的各通断、电周期循环中的断电时间t2和通电时间t1，并找出确切的透热时刻，据此确定工件的出炉时刻。现说明如下：在工件热处理工艺的加热中，其加热时间包括从工件进炉至表面达到工艺温度所需的升温时间、工件表面和心部温度均匀所需的透热时间，和工件透热后为了完成金相组织转变所需的保温时间，但保温时回相对于升温时间和透热时间，所占比例很小。工件的透热时刻是加热中的关键时刻，且随电炉功率、炉温、装炉情况、环境等因素而变化，即任意一种工件在任意一种加热炉中，在任意工序要求下，均有其特定的透热加热时间，而现行的加热时间均按经验系数法，人为规定，往往与实际情况下符。在工件进炉加热时，首先是电炉的控温仪表显示升温到达工艺温度，由于工件要滞后一段时间才能透热，因此，加热温度(实际上是热电偶温度，又称炉温)达到上限后，自动断电；炉温降至下限后又自动通电，每次断通电为一周期，经多次循环，工件逐步升温至透热状态。在通电时，电热元件供热，工件和炉体吸热，炉壳散热。每一周期中，热量保持供需平衡。设电热元件供热平均功率为P0(位式控制中，此功率不变)在每一通断电周期中，通电时间为t1，断电时间为t2，工件和炉体平均吸热功率为P1，炉壳散热平均功率为P2，则有：

P0·t1＝(P1+P2)·(t1+t2)，即t2/t1＝P0/(P1+P2)-1

电炉到温后，其各通断电周期中，断电通电时间比值t2/t1随时间延长而增大(主要是P1逐渐减少，P2略有增大，但影响不大)，直至某一稳定值，此时工件已透热，即每周期中电炉的加热元件供热与炉壳散热保持平衡。工件透热时(条件是炉温稳定、炉周环境稳定，炉体蓄热稳定)在各通断电循环中，则有：

P1＝0，P0、P2均为常量，则上式变为：t2/t1＝(P0/P2)-1＝常数

所以只要知道何时t2/t1比值达到稳定，即可判断该时工件已透热。但实际生产使用中，即使工件透热后，由于各种因素影响，t2/t1值也不可能完全稳定不变，但是变化很小，无明显趋势，只有很小的波动而已。当应用时，可利用上述电炉的通电断电时间，辅以一定的数学方法来自动控制加热时间。步骤为：

(1)将加热过程中连续通断电周期中的断电时间(t2)和通电时间(t1)列出；

(2)根据t2、t1值或t2/t1值求出透热时刻；

(3)根据该透热时刻开始计算保温时间，以控制工件的出炉时刻；无需保温时，则直接出炉。

对于步骤(2)，可用以下具体方法得：