感應(yīng)爐的溫度控制

無(wú)論是有心感應(yīng)爐還是無(wú)心感應(yīng)爐，也不管是用于熔煉還是透熱或者淬火的感應(yīng)爐，為了保證達(dá)到一定的工藝質(zhì)量以及良好的重現(xiàn)性,都希望能精確地控制爐子的工作溫度。一般，操作人員是通過(guò)光學(xué)高溫計(jì)或別的溫度測(cè)量?jī)x表的指示值了解爐子的工作溫度，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)爐子的感應(yīng)器兩端電壓，以改變爐子的輸入功率，來(lái)控制爐溫的。顯然，這種控制爐溫的方法很不精確，而且都是在爐溫已發(fā)生較大變化的情況下才開(kāi)始調(diào)節(jié)，爐溫波動(dòng)勢(shì)必較大。為了精確控制爐溫，必須采用溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。從現(xiàn)在我國(guó)的技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，組成溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何正確地測(cè)量爐溫，并使之轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的問(wèn)題。

一、溫度測(cè)量

工業(yè)上采用的測(cè)溫方法很多，能夠在感應(yīng)爐中使用的方法可分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式測(cè)溫中，除了在食品工業(yè)或某些溫度低于30C的感應(yīng)爐上,可以使用熱電阻測(cè)溫外，其他部門(mén)，特別是冶金、機(jī)械制造業(yè)中使用的感應(yīng)爐上,都應(yīng)使用不同規(guī)格的熱電偶。非接觸式測(cè)溫，一 般是用光學(xué)高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)、光電高溫計(jì)和光電比色高溫計(jì)。后者是新近才發(fā)展起來(lái)的，一般都使用紅外波長(zhǎng)，較適于在感應(yīng)爐上應(yīng)用。

1.熱電偶測(cè)溫

熱電偶是利用兩根不同成分的導(dǎo)體絲兩端分別焊接在一起時(shí)，兩端點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生正比于兩端溫度差的熱電勢(shì)的原理制成的。通常，不同材料制成的熱電偶的允許長(zhǎng)期使用最高溫度是不一樣的，工作中，必須根據(jù)感應(yīng)爐的工作溫度來(lái)選擇合適的熱電偶，一般可參照表7- 2選用。由于LL和LB-3較貴，一般溫度高于100C的爐子才選用。此外，還要根據(jù)安裝處的被測(cè)介質(zhì)的壓力和情況來(lái)確定熱電偶的結(jié)構(gòu)形式、保護(hù)蠻材料和插人長(zhǎng)度。

根據(jù)熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的原理，熱電偶的熱電勢(shì)與其兩端(冷端和工作端)的溫差成正比，因此，只有當(dāng)冷端溫度保持不變時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)才能正確反映工作端的溫唐，實(shí)際應(yīng)用中要考慮冷端溫度變化的補(bǔ)償問(wèn)題。常用的補(bǔ)償方法有二:一是采用補(bǔ)償導(dǎo)線把冷端引入溫度恒定區(qū)域，例如，冰瓶或深埋地下(-般應(yīng)深于3米)等;二是在測(cè)溫儀表內(nèi)設(shè)置冷端溫度補(bǔ)償器。為使熱電偶能夠正確反映感應(yīng)爐內(nèi)爐料溫度，還必須解決熱電偶的安裝問(wèn)題。一般，在鐵坩堝無(wú)心感應(yīng)爐中是把帶護(hù)套的熱偶?jí)涸阼F坩堝底部，那樣可以通過(guò)測(cè)量坩堝底的溫度推算出堝內(nèi)爐料溫度。當(dāng)然，只有在爐料已化、溫度基本穩(wěn)定的情況下，熱電偶才能正確指示爐料溫度，但此法既不影響操作，也不影響熱電偶的使用壽命，應(yīng)用較普遍。對(duì)于石墨坩堝或耐火材料坩堝無(wú)心爐，可把帶絕緣護(hù)套(陶瓷、 氧化鋁管等)的熱電偶順坩堝壁埋設(shè)，在坩堝內(nèi)側(cè)爐襯中，熱電偶工作端只要低于爐內(nèi)熔體液面10~15厘米即可，也有的埋在坩堝底部，不過(guò)，要注意不能因埋熱偶而引起漏爐。有心爐中，熱電偶順爐室側(cè)璧埋設(shè)，熱電偶工作端低于爐室液面10~ 15厘米是合適的。在工作溫度低于600°C的爐子中:直接把帶金屬護(hù)套(例如不銹鋼)的熱電偶插人熔池，所得的測(cè)量值會(huì)更準(zhǔn)確.溫度太高時(shí)，只能短時(shí)把熱偶插人熔體，作校準(zhǔn)性的測(cè)量。

2.非接觸式測(cè)溫如前所述，感應(yīng)爐的工作溫度一般都較高， 為了直接測(cè)量爐料溫度，采用非接觸式測(cè)溫是合適的。通常，非接觸式測(cè)溫儀表都是通過(guò)物體輻射能量的大小判斷其溫度的。目前普遍應(yīng)用的光學(xué)高溫計(jì)，輻射高溫計(jì)，光電高溫計(jì)，光電比色高溫計(jì)等等，就是屬于這一類型的儀表。

輻射高溫計(jì)的測(cè)溫原理是利用物體被加熱后向外輻射出的總能量與物體溫度的特定關(guān)系，通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換元件把物體的全部輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以電信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)反映出物體的溫度。輻射高溫計(jì)是最早出現(xiàn)的測(cè)溫儀表之一，由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，容易維護(hù)，所以目前仍廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是:和其他非接觸式測(cè)溫儀表相比，測(cè)量誤差很大;受中間介質(zhì)吸收輻射能的影響大;滯后時(shí)間長(zhǎng)等。

光學(xué)高溫計(jì)是基于測(cè)定物體某段光譜區(qū)中的輻射能量來(lái)反映物體溫度的，它的測(cè)量值比輻射高溫計(jì)的測(cè)量值更接近于真實(shí)溫度，但是，由于用人的眼睛進(jìn)行測(cè)量，所以在測(cè)量值中免不了引入人為誤差，這種誤差因人而異，有時(shí)還很大。為了克服這種缺點(diǎn)，人們又研制出了自動(dòng)光電高溫計(jì)，即用光電元件代替人的眼睛進(jìn)行測(cè)量比較，從而克服了人為的誤差，使測(cè)量精度大大提高。目前，光電高溫計(jì)的型式很多，使用的光電元件有硫化鉛、鍺和硅光電管，硅太陽(yáng)電池等，這種測(cè)溫計(jì)在感應(yīng)透熱爐上應(yīng)用很普遍。

由于以上幾種測(cè)溫儀表存在著測(cè)量值受測(cè)量距離、被測(cè)面積的大小以及中間介質(zhì)的影響大等缺點(diǎn)，因此，難以準(zhǔn)確測(cè)出物體的真實(shí)溫度。為此，人們又研制出一種新的測(cè)溫計(jì)一-比色高溫計(jì)。

比色高溫計(jì)是根據(jù)普朗克輻射定律，即當(dāng)黑體溫度增高時(shí)，它的輻射能量按照光譜波長(zhǎng)的分布來(lái)改變，其輻射能的極大值隨著本身溫度的升高而向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)的原理制造的。當(dāng)取兩個(gè)波長(zhǎng)h:和λz處的輻射能并求其比值時(shí)，此比值與物體溫度存在一定關(guān)系。比色高溫計(jì)就是以兩個(gè)波長(zhǎng)處輻射能量比值來(lái)表征物體溫度的儀表。所測(cè)得的物體溫度叫做“比色”溫度。從上述原理不難看出,比色高溫計(jì)的測(cè)量值更趨近于物體的真實(shí)溫度，它的測(cè)量值不受測(cè)懸距離、被測(cè)面積的大小的影響;受中間介質(zhì)的影響最小，所以它能適用于各種測(cè)量環(huán)境。