專利名稱：：熱處理加熱時間的自動確定及控制方法
技術領域：
：本發明涉及一種熱處理加熱時間的控制方法，特別是一種根據工件加熱中的通電斷電時間來自動確定及控制熱處理加熱時間的方法。在熱處理中，加熱溫度和加熱時間是重要的工藝參數，一般是設定加熱時間，通過控制電爐的通、斷電來控制加熱溫度，例如工件在箱式加熱電爐上加熱，預先在該爐的控制儀表盤上調定溫度和設定加熱時間，當升溫后，該爐自動周期地通斷電進行加熱，到設定時間時，自動停爐。根據加熱爐的爐型不同、加熱工藝參數不同、工件批量不同，在加熱時間上采用經驗系數如單件系數和裝爐系數進行估算。但是單件系數和裝爐系數都是在一定條件下，根據理論計算或實驗結果得出的，有其局限性，在實際工作中，由于電爐功率、爐溫、裝爐情況、環境等各種因素的影響，如果采用在一定條件下得出的加熱系數來計算加熱時間，則可能與實際情況有較大的偏差。美國專利4606529《爐的控制》中，公開了一種加熱爐的爐溫控制方法，采用計算機接受該爐中實際的工藝參數并與設定的比較，從而修正該實際工藝參數使其不斷接近設定的工藝參數，以保證工件質量，該方法適于大批量流水作業工藝條件固定的加熱方式，對于爐型、工藝參數、批量變化的工件，則不適用。本發明目的是提供一種熱處理加熱時間自動確定及控制方法，它是根據加熱電爐的通電斷電時間來自動確定工件的透熱時刻，并據該透熱時刻來確定總的加熱時間，它能按電爐、工件系統本身條件自行確定準確的加熱時間，能合理地利用電能，避免電能浪費，易于保證工件的質量，且適用于不同爐型和不同加熱溫度、材質、批量的工件。本發明方法是按下述技術方案實現的，它是在電爐中加熱工件時，通過連續測出該爐的各通斷、電周期循環中的斷電時間t2和通電時間t1，并找出確切的透熱時刻，據此確定工件的出爐時刻。現說明如下在工件熱處理工藝的加熱中，其加熱時間包括從工件進爐至表面達到工藝溫度所需的升溫時間、工件表面和心部溫度均勻所需的透熱時間，和工件透熱后為了完成金相組織轉變所需的保溫時間，但保溫時回相對于升溫時間和透熱時間，所占比例很小。工件的透熱時刻是加熱中的關鍵時刻，且隨電爐功率、爐溫、裝爐情況、環境等因素而變化，即任意一種工件在任意一種加熱爐中，在任意工序要求下，均有其特定的透熱加熱時間，而現行的加熱時間均按經驗系數法，人為規定，往往與實際情況下符。在工件進爐加熱時，首先是電爐的控溫儀表顯示升溫到達工藝溫度，由于工件要滯后一段時間才能透熱，因此，加熱溫度(實際上是熱電偶溫度，又稱爐溫)達到上限后，自動斷電；爐溫降至下限后又自動通電，每次斷通電為一周期，經多次循環，工件逐步升溫至透熱狀態。在通電時，電熱元件供熱，工件和爐體吸熱，爐殼散熱。每一周期中，熱量保持供需平衡。設電熱元件供熱平均功率為P0(位式控制中，此功率不變)在每一通斷電周期中，通電時間為t1，斷電時間為t2，工件和爐體平均吸熱功率為P1，爐殼散熱平均功率為P2，則有P0·t1＝(P1+P2)·(t1+t2)，即t2/t1＝P0/(P1+P2)-1電爐到溫后，其各通斷電周期中，斷電通電時間比值t2/t1隨時間延長而增大(主要是P1逐漸減少，P2略有增大，但影響不大)，直至某一穩定值，此時工件已透熱，即每周期中電爐的加熱元件供熱與爐殼散熱保持平衡。工件透熱時(條件是爐溫穩定、爐周環境穩定，爐體蓄熱穩定)在各通斷電循環中，則有P1＝0，P0、P2均為常量，則上式變為t2/t1＝(P0/P2)-1＝常數所以只要知道何時t2/t1比值達到穩定，即可判斷該時工件已透熱。但實際生產使用中，即使工件透熱后，由于各種因素影響，t2/t1值也不可能完全穩定不變，但是變化很小，無明顯趨勢，只有很小的波動而已。當應用時，可利用上述電爐的通電斷電時間，輔以一定的數學方法來自動控制加熱時間。步驟為(1)將加熱過程中連續通斷電周期中的斷電時間(t2)和通電時間(t1)列出；(2)根據t2、t1值或t2/t1值求出透熱時刻；(3)根據該透熱時刻開始計算保溫時間，以控制工件的出爐時刻；無需保溫時，則直接出爐。對于步驟(2)，可用以下具體方法得(2.1)連續計算最后若干個周期的t2/t1比值，以該若干個比值為一組，并將該組的標準偏差δ求出δ=Σn(t2t1-E)2n]]>，此處E=Σnt2t1n]]>，n為每組中t2/t1值的個數，將δ值與一個設定的足夠小的正數ξ比較，如果δ≤ξ，則認為t2/t1值已穩定，工件已透熱。本方法的具體程序是A.將加熱過程中每n個連續通斷電周期中的斷電時間t2和通電時間t1的比值t2/t1分別連續算出；B.以n個連續比值為一組，連續求出最后一組n個t2/t1比值的標準偏差δ；C.將連續算出的各標準偏差值δ與設定的ξ比較，如果δ≤ξ時，則認為t2/t1值已穩定，工件已透熱。該ξ值可按被熱處理工件的工藝要求及控溫儀表精度人為確定。采用各組δ與ξ比較目的是能保證透熱時刻的準確，不會由于偶然誤差而影響其判斷的準確性。(2.2)當生產中加熱時間較短時，可用A.將t2/t1連續算出；B.求出最后二個t2/t1值的差值，當該差值小于一定值時，工件已透熱。(2.3)當生產中加熱時間較短時還可用A.將相鄰最后二個通電時間t1或斷電時間t2比較；B.當差值小于一定值時，工件已透熱。綜上所述，本發明方法由于采用了通過加熱爐的通斷電時間來找到準確的透熱時刻，從面使同類工件在不同電爐內加熱或不同類工件分別在同一電爐內加熱，及工件裝爐量不同等各種情況下，均能達到省電省時和保證質量的目的，特別是對合理利用電能上效果顯著，解決了生產中工件加熱時間寧長勿短、既浪費電能又無益于質量、甚至可能適得其反等問題。本發明方法可用于各種熱處理電爐，包括周期式或連續式的；適用于各種整體熱處理工序。本發明方法對于企業、特別是對于生產周期長、電爐利用率高的大型企業或專業熱處理企業尤有推廣使用的意義。下面以實施例做具體介紹。圖1為本發明方法使用的方框圖；表1為本發明方法的各實施例。如表1所示，本發明方法曾在45KW鹽浴爐、45KW和75KW箱式電爐以及36KW井式電爐中試驗和使用，如表1中實施例2為在45KW箱式電爐上使用情況，工件為M16板套共340件計60公斤，工序為調質，加熱溫度840℃，按常規方法計算加熱時間為60分鐘。用本發明方法只用41分4秒(倒數第5項)即可達到工件透熱，可立即出爐或再加上適當保溫時間即可出爐。如圖1所示為采用微機控制的本方法使用的方框圖，先將上述計算程序編好輸入到微機5中，由控溫儀表3根據電爐1內溫度的升降自動經控制電路4來接通、切斷該電源(由繼電器2執行)，并由控制電路4將電爐1的斷電時間t2、通時間t1連續輸入微機5中，由于設定n＝4，ξ＝0.05，微機5按程序將t2/t1、E、δ運算，并將δ與ξ比較，判斷；如實測加熱時間欄中所示，當計時進行至倒數第1項時，計算出最后4個相鄰一組的δ＝0.04，此時δ小于ξ，工件已透熱，實際上在倒數第4個周期時，工件已透熱，由于微機5算出一組4個t2/t1的δ并與ξ比較完畢時，已滯后4個通斷電周期4分16秒，該滯后時間可計入透熱后的保溫時間中，當設定的保溫時間到達時，由微機5通過控制電路4將電熱電源切斷并警示操作人出爐。實施例1為在鹽浴爐加熱情況，由于鹽浴爐傳熱較快，可采用(2.2)，或(2.3)所示的方法計算，在第3個周期后即加熱15分鐘后工件已透熱，而按現行工藝需20分鐘。實施例4、5為空爐情況下加熱升溫的通斷電時間記錄，由于加熱是從室溫開始，爐體蓄熱所需時間較長，開始加熱時，爐體蓄熱不穩定，逐步升溫一段時間后，實測t2/t1值由小到大，走勢趨于穩定，說明爐體蓄熱平均吸熱功率P1逐步減小，但尚未達到穩定蓄熱。本實施例中采用的控溫儀表3、控制電路4繼電器2均為電爐1現有配套使用的，只有微機5是需增加的。本實施例中列舉的均為電爐加熱的實施例，但本發明方法也可應用于非電加熱的熱處理加熱爐上。表1</tables>權利要求1.熱處理加熱時間的自動確定及控制方法，其特征是根據加熱電爐在每幾個連續通斷電周期中的斷電時間(t2)與通電時間(t1)來自動確定工件的透熱時刻，當(t2、t1)值或(t2/t1)值連續穩定時，工件達到透熱；包括以下步驟(1)將加熱過程中連續通斷電周期中的斷電時間(t2)和通電時間(t1)列出；(2)將連續的(t2、t1)值或(t2/t1)值比較求出透熱時刻；(3)根據透熱時刻開始計算保溫時間。2.根據權利要求1所述的熱處理加熱時間的自動確定及控制方法，其特征是所述的步驟(2)包括A.將加熱過程中每幾個連續通斷電周期中的斷電時間(t2)和通電時間(t1)的比值(t2/t1)分別連續算出；B.以幾個連續比值(t2/t1)為一組，連續算出每最后一組(t2/t1)比值的標準偏差δ值；C.將連續算出的δ值與設定的正數ξ比較，當δ≤ξ時，工件已透熱；3.根據權利要求1所述的熱處理加熱時間的自動確定及控制方法，其特征是所述的步驟(2)包括A.將(t2/t1)連續算出；B.當相鄰最后二個(t2/t1)值的差值小于一定值時，工件已透熱。4.根據權利要求1所述的熱處理加熱時間的自動確定及控制方法，其特征是所述的步驟(2)包括A.將相鄰最后二個通電時間(t1)或斷電時間(t2)比較；B.當二者的差值小于一定值時，工件已透熱。5.根據權利要求1或2、或3、或4所述的熱處理加熱時間自動確定及控制方法，其特征是采用微機(5)來自動控制該電爐(1)的加熱時間，將計算的程序輸入到微機(5)，由微機(5)接受從控溫儀表(3)經控制電路(4)傳來的各連續(t1、t2)值，按上述程序將(t2、t1)或(t2/t1)、運算并比較，當達到透熱點時，再由微機(5)將保溫計時指令傳給控制電路(4)，使在保溫計時完畢后，將電爐(1)斷電。全文摘要熱處理加熱時間的自動確定及控制方法，它是在電爐中加熱工件時，用微機連續測定通電時間t1和斷電時間t2，當t2、t1或t2/t1值連續穩定時，則工件達到透熱，據此來確定工件出爐時刻；本方法一改傳統的經驗系數法計算加熱時間，代之以按電爐、工件系統本身條件自行確定準確的加熱時間，能保證工件加熱質量和節約電能，可用于熱處理各工序和各種電爐上；本方法適于企業、特別是生產周期長、電爐利用率高的大型企業或專業熱處理廠。文檔編號C21D1/34GK1160083SQ9610247公開日1997年9月24日申請日期1996年3月15日優先權日1996年3月15日發明者張龍申請人:張龍