專利名稱：具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱模擬爐，特別是涉及一種具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐；屬于金屬材料熱處理技術領域。
背景技術：
百萬千瓦超超臨界汽輪機轉子與核電大鍛件是能源動力與核電制造裝備中的關鍵部件，國內還處在試制階段。中國正在大力發展核電，核電大鍛件的熱處理技術的重要意義不言而喻。研制開發出具有國際先進水平的超超臨界汽輪機轉子與核電大鍛件熱處理模擬設備，實現超超大零件熱處理的在線和離線控制及數字模擬，精確控制產品熱處理質量， 為超超臨界大型汽輪機轉子和核電大鍛件等超超大零件的可控熱處理提供先進裝備意義重大。目前，國內對8000噸以上壓力機的大型鑄鍛件的熱處理還處在單憑經驗制訂工藝階段，往往由于工藝不當，使性能不合格或因淬火殘余應力過大引起開裂等。故國內的重型機械廠對大型鑄鍛件，每件都要試制，工藝周期長，試制材料費用高，現國內開始采用工藝模擬爐進行模擬試驗。現有技術中，常規熱處理爐存在如下缺點1、常規熱處理爐的馬弗罐，只是單一的起著隔絕大氣加熱的作用。存在如下缺點 1、冷卻效果差；2、當需要對產品進行熱模擬工藝試驗時，要求能精確的控制冷卻過程中工件溫度。這時，普通的馬弗罐就無能為力了。2、常規熱處理爐的取樣結構包括一條伸入爐膛內圓形管，圓形管外設有閥門分隔空氣管道。鐵絲捆扎工試樣，于不同時間段內取出分析。其存在如下缺點是1、可放置的試樣數量較少；2、試樣的布置受到限制，只能是同一軸線上，試樣并不能反映工件的真實狀態；3、不能在工藝過程中取出試樣。3、常規熱處理爐的工件放置方式有兩種一種是爐膛內有安放工件的料架或料臺，工件直接放置于上面；其缺點是發熱元件直接輻射傳熱給工件；發熱元件的分布并不均勻，造成爐內溫度的不均勻。另一種是爐膛內有爐罐，爐罐自我封閉，隔絕了罐外氣氛； 此種方法雖然能較好的解決了溫度均勻性的問題，但對于要求精確控制冷卻速度的工藝來說，顯得無能為力。綜上所述，由于現有設備在溫度均勻性、準確性、工藝調節靈活性難以適應要求， 不能在工藝過程中取出試樣等缺陷，模擬數據遠遠不能滿足工藝試驗要求。而熱處理的計算機模擬是一項潛力巨大而又十分復雜的技術，雖經各國學者二十余年的探索，至今仍然遠遠沒有達到成熟的程度，有一系列問題尚需進行持續的深入研究。
發明內容
本發明的目的，是為了解決現有技術中的現有熱處理爐存在溫度均勻性、準確性、 工藝調節靈活性難以適應要求，不能在工藝過程中取出試樣，使得模擬數據遠遠不能滿足工藝試驗要求的缺點，提供一種具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，該熱模擬爐具有可配套計算機進行數值模擬生產、加熱速率可精確控制、冷卻速率可精確控制、 冷卻速度調節范圍大、可于各個階段中可以取試樣作測試，試樣量大，不影響爐內溫度場、 爐內溫度均勻性好、升降溫時可對工件表面和內部溫度進行監控的特點。本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是1)包括爐殼，設置在爐殼內的爐襯，設置在爐村內腔的均熱屏、設置在均熱屏頂部開口處的放射型取樣裝置，以及發熱元件、熱電隅、冷卻管路和控制裝置；均熱屏的外壁設置若干條均勻分布的均熱屏冷卻風道、構成具有冷卻結構的均熱屏；2)在爐襯與均熱屏之間形成加熱室；在爐襯的底壁上設有爐村及發熱元件冷卻通道、工件冷卻通道，爐村及發熱元件冷卻通道連通加熱室，工件冷卻通道連通均熱屏的內腔；均熱屏冷卻風道的入口連接冷卻管路之一，爐村及發熱元件冷卻通道的入口連接冷卻管路之二、工件冷卻通道連通冷卻管路之三，冷卻通道與加熱室連通，工件冷卻通道與均熱屏的內腔連通；3)發熱元件、熱電隅分別設置在加熱室中；發熱元件的控制輸入端、冷卻管路的控制輸入端和熱電偶的輸出端分別與控制裝置的一個輸入/輸出端連接；由控制裝置控制所述發熱元件構成加熱控制結構，由控制裝置控制冷卻管路構成冷卻控制結構；熱電偶的信號輸出端與控制裝置的反饋信號輸入端連接，由熱電偶檢測爐內溫度并反饋信號到控制裝置構成閉環控制結構；由放射型取樣裝置構成可中途取樣結構。本發明的目的還可以通過采取如下技術方案達到本發明的一種實施方案是所述均熱屏由均熱屏殼體、固定安裝在均熱屏殼體頂部的第一空心法蘭構成；第一空心法蘭的內腔分隔成進氣腔、隔熱腔；在進氣腔的側壁上設有若干個均勻分布的進氣孔，在隔熱腔中設有保溫棉；在均熱屏殼體的外壁上設有若干個均勻分布的均熱屏冷卻風道，均熱屏冷卻風道的進風口與進氣腔連通；在爐殼頂部設有第二空心法蘭，第二空心法蘭的內腔分隔成進氣腔和排氣腔，排氣腔位于進氣腔的外側，進氣腔的進氣孔與冷卻管路的出氣口連接，排氣腔的出氣口外接空氣；第一空心法蘭與第二空心法蘭之間形成錐面配合，第一空心法蘭的進氣腔的進氣孔與第二空心法蘭的進氣腔的出氣孔連通，第一空心法蘭的均熱屏冷卻風道的出風口與第二空心法蘭的排氣腔連通。本發明的一種實施方案是放射型取樣裝置，由頂板、耐火纖維、若干個鋼管、底板和壓蓋構成，頂板通過若干根鋼管與底板固定連接，所述耐火纖維設置在頂板與底板之間， 壓蓋易拆裝式安裝在頂板上；在頂板、耐火纖維、底板上分別設有十字槽及位于十字槽中心的通孔，十字槽與通孔從上到下貫穿頂板、耐火纖維、底板；放射型取樣裝置的壓蓋形成熱模擬爐的爐塞。本發明的一種實施方案是所述控制裝置包括人機界面、PLC、控溫儀表、電力調整器、變頻器、鼓風機和執行閥；人機界面的信號輸入/輸出端與PLC的信號輸入/輸出端之一連接，人機界面與PLC的信號輸入/輸出端之間的連接處與控溫儀表信號輸入端連接， PLC的信號輸入/輸出端之二與控溫儀表的信號輸入/輸出端連接；PLC的反饋信號輸入端與熱電偶的反饋信號輸出端連接；PLC與控溫儀表的信號輸入/輸出端之間的連接處與電力調整器的信號輸入端連接，電力調整器的信號輸出端與發熱元件的信號輸入端連接；PLC 的信號輸出端之一與執行閥的信號輸入端連接，PLC的信號輸出端之二與變頻器的信號輸入端連接；變頻器的信號輸出端與鼓風機的信號輸入端連接；鼓風機的出風口與冷卻管路的進風口連接、執行閥安裝在冷卻管路上。本發明的一種實施方案是在均熱屏中位于工件冷卻通道的上方設有均流板，均流板由開有若干個均勻分布的圓形小孔的耐熱鋼板制成。本發明的一種實施方案是所述爐村及發熱元件冷卻通道的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。本發明的一種實施方案是所述均熱屏殼體的形狀為空心圓柱狀，在均熱屏殼體上開有若干個均勻分布的排氣孔。本發明的一種實施方案是所述均熱屏冷卻風道由焊接于殼體均熱屏殼體的外壁上的折板構成，其左側為進風口，右側為出風口 ；所述均熱屏冷卻風道的數量為二條、三條、 四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。本發明的一種實施方案是所述第一空心法蘭的進氣腔的進氣孔的數量為二個、 三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或十二個；第一空心法蘭的冷卻風道的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。本發明的一種實施方案是所述鋼管的數量為三個、四個、五個、六個、七個或八個，各鋼管均勻分布在頂板與底板之間；各鋼管的一端分別與頂板焊接、另一端分別與底板焊接。本發明的有益效果1、本發明采用計算機作為人機對話窗口，操作員通過人機界面對爐子進行操作和監控，計算機通過RS458串口與控溫儀表和PLC通訊，控溫儀表和PLC接收來自計算機的操作參數和指令來執行控制下位機的控制元件，同時將爐子的運行狀態反饋給計算機；電力調整器根據控溫儀表的給定信號調整電力輸出，實現加熱控制功能；PLC按照計算機設置的參數和操作指令控制變頻器和執行閥的開與關以及調節其輸出量的大小，實現爐子冷卻控制功能。因此，可進行數值模擬生產，并建立熱處理工藝數據庫。2、本發明設置了多路冷卻通道，分別為均熱屏冷卻風道、爐村及發熱元件冷卻通道、工件冷卻通道。各路冷卻能力不一樣，可滿足不同冷卻速度的需要。直接冷卻工件，冷速最快。冷卻馬弗罐，速度次之。冷卻爐膛冷速較慢。可滿足不同冷卻速度的需要。直接冷卻工件，冷速最快。冷卻馬弗罐，冷速次之。冷卻爐膛冷速較慢。3、本發明的加熱、冷速速度準確可控。在冷卻管路上配有壓力控制元件、流量控制元件，可達到工藝設定的要求。同時，發熱元件采用高溫合金材料制成，在緩慢的降溫過程中，發熱元件參與控制，溫度補償與冷卻同時進行。各路冷卻方式以及加熱方式可單獨組合使用；也可組合使用，靈活多變。4、本發明通過在均熱屏中位于工件冷卻通道的上方設有均流板，使得單一氣流經過均流板后，變為相互平行的多股氣流，使溫度下降均勻。無論哪一種控制方式，均可達到均勻的冷卻效果。5、本發明設有放射型取樣裝置，通過在頂板、耐火纖維、底板上分別設有十字槽及位于十字槽中心的通孔，吊掛試樣時，將壓蓋打開，采用鐵絲吊掛試樣，從位于十字槽中心的通孔進入，沿十字槽向四邊移動，最后置于十字槽上。因此，具有以下優點1、可以放置多個試樣，最多可達20個；2、試樣的布置呈放射形，能反映工件的真實狀態；3、由于壓蓋由多塊纖維塊組合而成，各纖維塊可以單獨分拆；當取試樣時，可以拿開壓蓋上對應式樣位置的一塊纖維塊；取樣完畢，重新蓋上即可；可以任何時間取樣，研究晶粒變化過程及不同階段的狀態，同時取樣時不影響爐內溫度場。6、本發明所述的勻熱屏，能夠使得工件受熱更均勻。本發明所述的勻熱屏設置有空心法蘭，空心法蘭的內腔分隔成進氣腔、隔熱腔；進氣腔使得冷卻均熱屏的氣流更均勻； 且隔熱腔使得均熱屏與外界的隔熱更良好。本發明在均熱屏殼體外壁設置了八個冷卻風道，在外界功能或輸入或停止的情況下，均可通過均熱屏殼體上獨立冷卻功能來調節均熱屏內溫度。同時，由于冷卻風道與配有壓力控制元件、流量控制元件的冷卻管路連通，具有能夠精確控制冷卻速度的優點。
圖1是本發明具體實施例1的整體結構剖視圖。圖2是本發明具體實施例1的均熱屏的剖視圖。圖3是本發明具體實施例1的均熱屏的仰視圖。圖4是圖2中的E向展開圖。圖5是本發明具體實施例1的取樣裝置的剖視圖。圖6是本發明具體實施例1的底板的仰視圖。圖7是具體實施例1的控制裝置的結構框圖。圖8是具體實施例1的升溫過程的時間-溫度曲線圖。圖9是具體實施例1的升溫過程的時間-溫度曲線10是具體實施例1的冷卻過程的時間-溫度曲線圖。
具體實施例方式具體實施例參照圖1 圖7，本實施例包括爐殼1，設置在爐殼1內的爐襯2，設置在爐村2內腔的均熱屏3、設置在均熱屏3頂部開口處的放射型取樣裝置4，以及發熱元件5、熱電隅6、 冷卻管路7和控制裝置；均熱屏3的外壁設置若干條均勻分布的均熱屏冷卻風道3-4、構成具有冷卻結構的均熱屏；在爐襯2與均熱屏3之間形成加熱室11 ；在爐襯2的底壁上設有爐村及發熱元件冷卻通道2-1、工件冷卻通道2-2，爐村及發熱元件冷卻通道2-1連通加熱室11，工件冷卻通道2-2連通均熱屏3的內腔；均熱屏冷卻風道3-4的入口連接冷卻管路7 之一，爐村及發熱元件冷卻通道2-1的入口連接冷卻管路7之二、工件冷卻通道2-2連通冷卻管路7之三，冷卻通道2-1與加熱室11連通，工件冷卻通道2-2與均熱屏3的內腔連通； 發熱元件5、熱電隅6分別設置在加熱室11中；發熱元件5的控制輸入端、冷卻管路7的控制輸入端和熱電偶6的輸出端分別與控制裝置的一個輸入/輸出端連接；由控制裝置控制所述發熱元件構成加熱控制結構，由控制裝置控制冷卻管路7構成冷卻控制結構；熱電偶6 的信號輸出端與控制裝置的反饋信號輸入端連接，由熱電偶6檢測爐內溫度并反饋信號到控制裝置構成閉環控制結構；由放射型取樣裝置4構成可中途取樣結構。本實施例中在均熱屏3的內部設有裝料筐10，裝料筐10懸掛于放射型取樣裝置4的下方。
所述爐襯2由耐熱纖維制成。爐襯2的底層為輕質耐火磚，四周及頂部為耐火纖維。參照圖1、圖2、圖3、圖4，所述均熱屏3由均熱屏殼體3_1、固定安裝在均熱屏殼體 3-1頂部的第一空心法蘭3-2構成；第一空心法蘭3-2的內腔分隔成進氣腔3-2-1、隔熱腔 3-2-2 ；在進氣腔3-2-1的側壁上設有若干個均勻分布的進氣孔3-2-1，在隔熱腔3_2_2中設有保溫棉3-3 ；在均熱屏殼體3-1的外壁上設有若干個均勻分布的均熱屏冷卻風道3-4， 均熱屏冷卻風道3-4的進風口 3-4-1與進氣腔3-2-1連通；在爐殼1頂部設有第二空心法蘭9，第二空心法蘭9的內腔分隔成進氣腔9-1和排氣腔9-2，排氣腔9-2位于進氣腔9_1 的外側，進氣腔9-1的進氣孔與冷卻管路7的出氣口連接，排氣腔9-2的出氣口外接空氣； 第一空心法蘭3-2與第二空心法蘭9之間形成錐面配合，第一空心法蘭3-2的進氣腔3-2-1 的進氣孔3-2-la與第二空心法蘭9的進氣腔9-1的出氣孔連通，第一空心法蘭3_2的均熱屏冷卻風道3-4的出風口與第二空心法蘭9的排氣腔9-2連通。所述均熱屏殼體3-1的形狀為空心圓柱狀，在均熱屏殼體3-1上開有八個均勻分布的排氣孔3-1-1，排氣孔3-1-1作為殼體內氣氛排出的通道。該處是爐內氣體排出的地方，當冷卻工件時，氣體就從此八個排氣孔排出爐罐外。所述均熱屏冷卻風道3-4由焊接于殼體均熱屏殼體3-1的外壁上的折板構成，其左側為進風口 3-4-1，右側為出風口 3-4-2 ；由進氣腔3-2-1輸送氣體進入至各冷卻風道的進風口，再通過排風口將氣體排出。在均熱屏3中位于工件冷卻通道2-2的上方設有均流板3-5，均流板3_5由開有若干個均勻分布的圓形小孔3-5-1的耐熱鋼板制成。單一氣流經過均流板后，變為相互平行的多股氣流，使冷卻效果更均勻。參照圖5和圖6，放射型取樣裝置4，由頂板4-1、耐火纖維4-2、四條鋼管4-3、底板4-4和壓蓋4-5構成，頂板4-1通過鋼管4-3與底板4_4固定連接，所述耐火纖維4_2設置在頂板4-1與底板4-3之間，壓蓋4-5易拆裝式安裝在頂板4-1上；在頂板4_1、耐火纖維4-2、底板4-5上分別設有十字槽4-6及位于十字槽4-6中心的通孔4_7，十字槽4_6與通孔4-7從上到下貫穿頂板4-1、耐火纖維4-2、底板4-4 ；放射型取樣裝置4的壓蓋4_5形成熱模擬爐的爐塞。所述耐火纖維4-2的壓縮量為30% 40%。各鋼管4-3均勻分布在頂板4-1與底板4-4之間；各鋼管4-3的一端分別與頂板4-1焊接、另一端分別與底板4_4 焊接。鋼管既作為結構件，也可能作為插熱電偶的通道。所述底板4采用耐熱鋼制成。所述壓蓋4-5由多塊纖維塊組合而成，各纖維塊可以單獨分拆。當取試樣時，可以拿開其對應的一塊。取樣完畢，重新蓋上。起到更大可能的保溫作用。所述發熱元件5采用高溫合金材料制成。在緩慢的降溫過程中，發熱元件參與控制，溫度補償與冷卻同時進行。均勻布置于爐膛外側，提供均勻的溫度場。所述熱電偶6為鎧裝熱電偶，熱響應快，比非鎧裝偶能更迅速反映爐內溫度。熱電偶6從爐殼1、爐襯2中部插入加熱室，接近均熱屏3。所述冷卻管路7共分三路，分別與均熱屏冷卻風道3-4、爐村及發熱元件冷卻通道 2-1、工件冷卻通道2-2連通。各路冷卻能力不一樣。可滿足不同冷卻速度的需要。直接冷卻工件，冷速最快。冷卻馬弗罐，速度次之。冷卻爐膛冷速較慢。在冷卻管路7上設有壓力控制元件和流量控制元件。各路冷卻方式以及加熱方式可單獨使用；也可組合使用，靈活多變。冷速速度準確可控。
參照圖7，所述控制裝置包括人機界面8-1、PLC8-2、控溫儀表8-3、電力調整器 8-4、變頻器8-5、鼓風機8-6和執行閥8-7 ；人機界面8_1的信號輸入/輸出端與PLC 8-2 的信號輸入/輸出端之一連接，人機界面8-1與PLC8-2的信號輸入/輸出端之間的連接處與控溫儀表8-3信號輸入端連接，PLC8-2的信號輸入/輸出端之二與控溫儀表8-3的信號輸入/輸出端連接；PLC8-2的反饋信號輸入端與熱電偶6的反饋信號輸出端連接；PLC 8-2 與控溫儀表8-3的信號輸入/輸出端之間的連接處與電力調整器8-4的信號輸入端連接， 電力調整器8-4的信號輸出端與發熱元件5的信號輸入端連接；PLC8-2的信號輸出端之一與執行閥的信號輸入端連接，PLC8-2的信號輸出端之二與變頻器8-5的信號輸入端連接； 變頻器8-5的信號輸出端與鼓風機8-6的信號輸入端連接；鼓風機8-6的出風口與冷卻管路7的進風口連接、執行閥8-7安裝在冷卻管路7上。采用計算機作為人機對話窗口，操作員通過人機界面對爐子進行操作和監控，計算機通過RS458串口與控溫儀表和PLC通訊，控溫儀表和PLC接收來自計算機的操作參數和指令來執行控制下位機的控制元件，同時將爐子的運行狀態反饋給計算機；電力調整器根據控溫儀表的給定信號調整電力輸出，實現加熱控制功能；PLC按照計算機設置的參數和操作指令控制變頻器和執行閥的開與關以及調節其輸出量的大小，實現爐子冷卻控制功能。人機界面的主要用途是參數設置、邏輯操作、狀態監測、數據記錄及歷史報表。可以通過本系統預先制定一個和多個生產工藝，啟動后系統將自動根據預先制定的工藝曲線進行加熱和冷卻，生產工藝的溫度和時間以及變化斜率可以在允許范圍內自由設置。控溫儀表采用日本理化原裝高精度PID控制器，具有自動PID調諧功能，溫度控制精度高、工作穩定等特點；有高清新的LED顯示窗口，在計算機故障時可以切換到手動操作，避免工藝執行過程中由于計算機故障時導致工藝停止或工件報廢的事故；PLC集成了其他的參數采集、異常連鎖、系統指令輸出等功能，工作穩定、接線簡單、控制調試方便；電力調整器、變頻器和執行閥都采用模擬量調節，調節線性好、控制靈活。熱模擬爐工作原理選擇爐子的運行工藝并啟動爐子后，爐子會根據當前執行的工藝段和當前的設備狀態自動判別加熱或冷卻，同時按照設置的運行工藝時刻調整控溫儀表和PLC的工作狀態，計算機每個掃描周期都刷新監測和調整儀表及PLC的設置及工作狀態。在工藝執行的過程中，計算機根據制定好的工藝曲線，不斷地更新儀表和PLC的設置，每次更新的設置溫度等于下一溫度段數值減去前一溫度段數值后除以該溫度段執行的時間，gp ΔΤ = (T’-T)/t，如當T’-T >0為升溫過程，T’-T = O為溫度保持階段；T’-T < 0為冷卻過程，儀表會根據設置的溫度參數進行精確控制加熱的輸出；在不同的溫度階段下系統會自動將不同的PID參數設置到儀表中，以適應高中低溫度不同的PID參數要求， 使得溫度控制更加準確。爐罐內外有一定的溫差和滯后，若以爐罐外部的溫度為準，外部溫度達到設定溫度后，爐罐內部溫度就還達不到工藝溫度；若以爐罐內部的溫度為準，則內部溫度達到設定溫度時，爐罐外部溫度已經超出了目標的溫度，所以我們采取了爐罐內部控制溫度，爐罐外部作為保護，在爐罐內外兩個溫度之間設置一個偏差范圍，當爐罐外部溫度超出這一個設置的偏差值后，爐子會停止輸出加熱，由爐罐外部的溫度輻射到爐罐內部，當爐罐外部溫度下降后，爐子從新輸出加熱，如此反復運行直到爐罐外部的溫度到達設置溫度值，這樣保證了工藝溫度，同時也保護了爐子的工作性能，避免溫度超高損壞設備。1升溫原理
以某一升溫階段為例，說明升溫原理，從200°C升至400°C的升溫段，用時50分鐘， 然后在400°C—直保溫。每IS上升上升的溫度值為At= (400-200)/(50*60) = 0. 05°C / S，那么計算機就以這個升溫速率對溫控表和PLC的設定溫度不斷地刷新。溫控表和PLC設置值每IS就增加0. 05°C，50分鐘就能達到400°C，實際溫度將會緊隨著設定溫度而上升。 從爐體內部的熱電偶反饋回來的實際溫度會讀到PLC內并顯示在計算機中。爐罐內部溫度(工件表面溫度)主要是受爐罐外部溫度(發熱體的溫度)輻射， 所以爐罐內部溫度在升溫過程中總是滯后于爐內溫度，而我們要求的是爐罐內部的溫度， 所以爐罐外部使用了了一個溫度限制的功能，當爐罐外部溫度超出一定范圍后，自動停止加熱輸出，當溫度小于一定的偏差值后，自動輸出加熱，反復重復執行使得爐罐外的溫度也在個穩定的范圍內波動，將爐內溫度盡可能的貼近設定的溫度，同時也避免爐罐外溫度超出太高損壞設備。參照圖8，圖中，曲線1為爐罐外溫度，曲線2為爐罐內溫度，曲線3為設置溫度。實際溫度與實時的設定溫度PID運算中，系統會根據設置的溫度值自動判斷所啟用的PID參數組，使得是輸出剛好處理臨界阻尼狀態。如圖所示，系統不會因調用高溫段的 PID參數組導致欠阻尼，產生溫度過沖及蕩動不穩定；不會因啟動了低溫段的PID參數組導致過阻尼，導致溫度難以到達設置值。參照圖9，圖中，曲線1表示欠阻尼狀態，曲線2表示臨界阻尼狀態，曲線3表示過阻尼狀態。2降溫原理在冷卻過程中當冷卻速率小于爐子自然冷卻速率，爐子將會自動開啟加熱功能進行保溫，當冷卻速率大于爐子自然冷卻速率時，爐子將會關閉加熱功能，開啟冷卻風機對爐子進行冷卻，冷卻量的大小可以通過調節閥門的開度和風機的頻率實現。爐子根據冷卻速率的定義緩冷、慢冷、快冷、急冷四個速率，不同的冷卻速率控制開啟不同冷卻風門，緩冷時需要加熱保溫，慢冷時我們對爐罐璧進行冷卻，快冷時同時對爐罐璧進行冷卻和發熱體冷卻，急冷不僅對爐罐璧進行冷卻和發熱體冷卻同時直接對工件冷卻。在每個冷卻溫度曲線的轉接點，我們采取超前和滯后以及軟開啟或軟關閉的措施，保證爐子溫度過度更加平滑和貼近設定值。參照圖10，圖中，曲線1表示溫度下降節點采用了加熱超前軟關閉和冷卻滯后軟開啟，溫度保持節點采用了加熱超前軟開啟和冷卻超前軟關閉；曲線2表示加熱和冷卻硬開啟及關閉；曲線3表示加熱和冷卻滯后。具體實施例2 本實施例的特點所述均熱屏冷卻風道3-4的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、九條、十條或十二條。其他與具體實施例1相同。具體實施例3:本實施例的特點所述爐村及發熱元件冷卻通道2-1的數量為二條、三條、四條、 五條、六條、七條、九條、十條或十二條。其他與具體實施例1相同。
其他實施例 第一空心法蘭3-2的進氣腔3-2-1的進氣孔32_la的數量為二個、三個、四個、五個、六個、七個、九個、十個或十二個。所述鋼管4-3的數量為三條、五條、六條、七條或八條。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是1)包括爐殼(1)，設置在爐殼(1)內的爐襯O)，設置在爐村O)內腔的均熱屏(3)、設置在均熱屏(3)頂部開口處的放射型取樣裝置G)，以及發熱元件(5)、熱電隅(6)、冷卻管路(7)和控制裝置；均熱屏C3)的外壁設置若干條均勻分布的均熱屏冷卻風道(3-4)、構成具有冷卻結構的均熱屏；2)在爐襯(2)與均熱屏(3)之間形成加熱室(11)；在爐襯(2)的底壁上設有爐村及發熱元件冷卻通道0-1)、工件冷卻通道0-2)，爐村及發熱元件冷卻通道(2-1)連通加熱室 (11)，工件冷卻通道(2-2)連通均熱屏(3)的內腔；均熱屏冷卻風道(3-4)的入口連接冷卻管路(7)之一，爐村及發熱元件冷卻通道的入口連接冷卻管路(7)之二、工件冷卻通道(2-2)連通冷卻管路(7)之三，冷卻通道與加熱室(11)連通，工件冷卻通道(2-2) 與均熱屏(3)的內腔連通；3)發熱元件(5)、熱電隅(6)分別設置在加熱室(11)中；發熱元件( 的控制輸入端、 冷卻管路(7)的控制輸入端和熱電偶(6)的輸出端分別與控制裝置的一個輸入/輸出端連接；由控制裝置控制所述發熱元件構成加熱控制結構，由控制裝置控制冷卻管路(7)構成冷卻控制結構；熱電偶(6)的信號輸出端與控制裝置的反饋信號輸入端連接，由熱電偶(6) 檢測爐內溫度并反饋信號到控制裝置構成閉環控制結構；由放射型取樣裝置(4)構成可中途取樣結構。
2.根據權利要求1所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是1)所述均熱屏(3)由均熱屏殼體(3-1)、固定安裝在均熱屏殼體(3-1)頂部的第一空心法蘭(3-2)構成；第一空心法蘭(3-2)的內腔分隔成進氣腔(3-2-1)、隔熱腔(3-2-2)； 在進氣腔(3-2-1)的側壁上設有若干個均勻分布的進氣孔(3-2-la)，在隔熱腔(3_2_2)中設有保溫棉(3-3)；在均熱屏殼體(3-1)的外壁上設有若干個均勻分布的均熱屏冷卻風道 (3-4)，均熱屏冷卻風道(3-4)的進風口(3-4-1)與進氣腔(3-2-1)連通；2)在爐殼(1)頂部設有第二空心法蘭(9)，第二空心法蘭(9)的內腔分隔成進氣腔 (9-1)和排氣腔(9-2)，排氣腔(9-2)位于進氣腔(9-1)的外側，進氣腔(9-1)的進氣孔與冷卻管路(7)的出氣口連接，排氣腔(9-2)的出氣口外接空氣；3)第一空心法蘭(3-2)與第二空心法蘭(9)之間形成錐面配合，第一空心法蘭(3-2) 的進氣腔(3-2-1)的進氣孔(3-2-la)與第二空心法蘭(9)的進氣腔(9_1)的出氣孔連通，第一空心法蘭(3-2)的均熱屏冷卻風道(3-4)的出風口與第二空心法蘭(9)的排氣腔 (9-2)連通。
3.根據權利要求1所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是放射型取樣裝置(4)，由頂板(4-1)、耐火纖維(4- 、若干個鋼管(4- 、底板(4-4)和壓蓋(4- 構成，頂板(4-1)通過若干根鋼管(4- 與底板(4-4)固定連接，所述耐火纖維 (4-2)設置在頂板與底板(4- 之間，壓蓋(4- 易拆裝式安裝在頂板(4-1)上；在頂板G-1)、耐火纖維G-2)、底板(4- 上分別設有十字槽(4-6)及位于十字槽G-6)中心的通孔(4-7)，十字槽(4-6)與通孔(4-7)從上到下貫穿頂板(4-1)、耐火纖維(4-2)、底板G-4)；放射型取樣裝置(4)的壓蓋(4- 形成熱模擬爐的爐塞。
4.根據權利要求1至3任一權利要求所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是所述控制裝置包括人機界面(8-1)、PLC(8-2)、控溫儀表(8-3)、電力調整器(8-4)、變頻器(8-5)、鼓風機(8-6)和執行閥(8-7)；人機界面(8_1)的信號輸入/ 輸出端與PLC(8-2)的信號輸入/輸出端之一連接，人機界面(8-1)與PLC(8-2)的信號輸入/輸出端之間的連接處與控溫儀表(8-3)信號輸入端連接，PLC(8-2)的信號輸入/輸出端之二與控溫儀表(8-3)的信號輸入/輸出端連接；PLC(8-2)的反饋信號輸入端與熱電偶 (6)的反饋信號輸出端連接；PLC(SI)與控溫儀表(8-3)的信號輸入/輸出端之間的連接處與電力調整器(8-4)的信號輸入端連接，電力調整器(8-4)的信號輸出端與發熱元件(5) 的信號輸入端連接；PLC(8-2)的信號輸出端之一與執行閥的信號輸入端連接，PLC(8-2)的信號輸出端之二與變頻器(8-5)的信號輸入端連接；變頻器(8-5)的信號輸出端與鼓風機 (8-6)的信號輸入端連接；鼓風機(8-6)的出風口與冷卻管路(7)的進風口連接、執行閥 (8-7)安裝在冷卻管路(7)上。
5.根據權利要求1至3任一權利要求所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是在均熱屏(3)中位于工件冷卻通道0-2)的上方設有均流板(3-5)， 均流板(3-5)由開有若干個均勻分布的圓形小孔(3-5-1)的耐熱鋼板制成。
6.根據權利要求1所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是所述爐村及發熱元件冷卻通道的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。
7.根據權利要求2所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是所述均熱屏殼體(3-1)的形狀為空心圓柱狀，在均熱屏殼體(3-1)上開有若干個均勻分布的排氣孔(3-1-1)。
8.根據權利要求2所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是所述均熱屏冷卻風道(3-4)由焊接于殼體均熱屏殼體(3-1)的外壁上的折板構成，其左側為進風口(3-4-1)，右側為出風口(3-4-2)；所述均熱屏冷卻風道(9-4)的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。
9.根據權利要求2所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，其特征是所述第一空心法蘭(3-2)的進氣腔(3-2-1)的進氣孔(3-2-la)的數量為二個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或十二個；第一空心法蘭(3-2)的冷卻風道(3-4)的數量為二條、三條、四條、五條、六條、七條、八條、九條、十條或十二條。
10.根據權利要求3所述的所述的具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐， 其特征是所述鋼管(4- 的數量為三個、四個、五個、六個、七個或八個，各鋼管(4- 均勻分布在頂板(4-1)與底板(4-4)之間；各鋼管(4- 的一端分別與頂板(4-1)焊接、另一端分別與底板(4-4)焊接。
全文摘要
本發明涉及具有加熱/冷卻可控結構及可中途取樣的熱模擬爐，包括爐殼，設置在爐殼內的爐襯，設置在爐村內腔的均熱屏、設置在均熱屏頂部開口處的放射型取樣裝置，以及發熱元件、熱電隅、冷卻管路和控制裝置；均熱屏的外壁設置若干條均勻分布的均熱屏冷卻風道、構成具有冷卻結構的均熱屏。本發明爐包含帶十字取樣結構的爐塞、帶空心法蘭及冷卻管路的均熱屏，具有以下特點可配套計算機進行數值模擬生產、加熱速率可精確控制、冷卻速率可精確控制、冷卻速度調節范圍大、可于各個階段中可以取試樣作測試，試樣量大，不影響爐內溫度場、爐內溫度均勻性好、升降溫時可對工件表面和內部溫度進行監控。
文檔編號F27B17/02GK102305539SQ201110204099
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者潘健生, 王婧, 王桂茂, 董小虹, 陳志強 申請人:廣東世創金屬科技有限公司