专利名称：：热处理加热时间的自动确定及控制方法
技术领域：
：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(2.1)连续计算最后若干个周期的t2/t1比值，以该若干个比值为一组，并将该组的标准偏差δ求出δ=Σn(t2t1-E)2n]]>，此处E=Σnt2t1n]]>，n为每组中t2/t1值的个数，将δ值与一个设定的足够小的正数ξ比较，如果δ≤ξ，则认为t2/t1值已稳定，工件已透热。本方法的具体程序是A.将加热过程中每n个连续通断电周期中的断电时间t2和通电时间t1的比值t2/t1分别连续算出；B.以n个连续比值为一组，连续求出最后一组n个t2/t1比值的标准偏差δ；C.将连续算出的各标准偏差值δ与设定的ξ比较，如果δ≤ξ时，则认为t2/t1值已稳定，工件已透热。该ξ值可按被热处理工件的工艺要求及控温仪表精度人为确定。采用各组δ与ξ比较目的是能保证透热时刻的准确，不会由于偶然误差而影响其判断的准确性。(2.2)当生产中加热时间较短时，可用A.将t2/t1连续算出；B.求出最后二个t2/t1值的差值，当该差值小于一定值时，工件已透热。(2.3)当生产中加热时间较短时还可用A.将相邻最后二个通电时间t1或断电时间t2比较；B.当差值小于一定值时，工件已透热。综上所述，本发明方法由于采用了通过加热炉的通断电时间来找到准确的透热时刻，从面使同类工件在不同电炉内加热或不同类工件分别在同一电炉内加热，及工件装炉量不同等各种情况下，均能达到省电省时和保证质量的目的，特别是对合理利用电能上效果显著，解决了生产中工件加热时间宁长勿短、既浪费电能又无益于质量、甚至可能适得其反等问题。本发明方法可用于各种热处理电炉，包括周期式或连续式的；适用于各种整体热处理工序。本发明方法对于企业、特别是对于生产周期长、电炉利用率高的大型企业或专业热处理企业尤有推广使用的意义。下面以实施例做具体介绍。图1为本发明方法使用的方框图；表1为本发明方法的各实施例。如表1所示，本发明方法曾在45KW盐浴炉、45KW和75KW箱式电炉以及36KW井式电炉中试验和使用，如表1中实施例2为在45KW箱式电炉上使用情况，工件为M16板套共340件计60公斤，工序为调质，加热温度840℃，按常规方法计算加热时间为60分钟。用本发明方法只用41分4秒(倒数第5项)即可达到工件透热，可立即出炉或再加上适当保温时间即可出炉。如图1所示为采用微机控制的本方法使用的方框图，先将上述计算程序编好输入到微机5中，由控温仪表3根据电炉1内温度的升降自动经控制电路4来接通、切断该电源(由继电器2执行)，并由控制电路4将电炉1的断电时间t2、通时间t1连续输入微机5中，由于设定n＝4，ξ＝0.05，微机5按程序将t2/t1、E、δ运算，并将δ与ξ比较，判断；如实测加热时间栏中所示，当计时进行至倒数第1项时，计算出最后4个相邻一组的δ＝0.04，此时δ小于ξ，工件已透热，实际上在倒数第4个周期时，工件已透热，由于微机5算出一组4个t2/t1的δ并与ξ比较完毕时，已滞后4个通断电周期4分16秒，该滞后时间可计入透热后的保温时间中，当设定的保温时间到达时，由微机5通过控制电路4将电热电源切断并警示操作人出炉。实施例1为在盐浴炉加热情况，由于盐浴炉传热较快，可采用(2.2)，或(2.3)所示的方法计算，在第3个周期后即加热15分钟后工件已透热，而按现行工艺需20分钟。实施例4、5为空炉情况下加热升温的通断电时间记录，由于加热是从室温开始，炉体蓄热所需时间较长，开始加热时，炉体蓄热不稳定，逐步升温一段时间后，实测t2/t1值由小到大，走势趋于稳定，说明炉体蓄热平均吸热功率P1逐步减小，但尚未达到稳定蓄热。本实施例中采用的控温仪表3、控制电路4继电器2均为电炉1现有配套使用的，只有微机5是需增加的。本实施例中列举的均为电炉加热的实施例，但本发明方法也可应用于非电加热的热处理加热炉上。表1</tables>权利要求1.热处理加热时间的自动确定及控制方法，其特征是根据加热电炉在每几个连续通断电周期中的断电时间(t2)与通电时间(t1)来自动确定工件的透热时刻，当(t2、t1)值或(t2/t1)值连续稳定时，工件达到透热；包括以下步骤(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)将连续的(t2、t1)值或(t2/t1)值比较求出透热时刻；(3)根据透热时刻开始计算保温时间。2.根据权利要求1所述的热处理加热时间的自动确定及控制方法，其特征是所述的步骤(2)包括A.将加热过程中每几个连续通断电周期中的断电时间(t2)和通电时间(t1)的比值(t2/t1)分别连续算出；B.以几个连续比值(t2/t1)为一组，连续算出每最后一组(t2/t1)比值的标准偏差δ值；C.将连续算出的δ值与设定的正数ξ比较，当δ≤ξ时，工件已透热；3.根据权利要求1所述的热处理加热时间的自动确定及控制方法，其特征是所述的步骤(2)包括A.将(t2/t1)连续算出；B.当相邻最后二个(t2/t1)值的差值小于一定值时，工件已透热。4.根据权利要求1所述的热处理加热时间的自动确定及控制方法，其特征是所述的步骤(2)包括A.将相邻最后二个通电时间(t1)或断电时间(t2)比较；B.当二者的差值小于一定值时，工件已透热。5.根据权利要求1或2、或3、或4所述的热处理加热时间自动确定及控制方法，其特征是采用微机(5)来自动控制该电炉(1)的加热时间，将计算的程序输入到微机(5)，由微机(5)接受从控温仪表(3)经控制电路(4)传来的各连续(t1、t2)值，按上述程序将(t2、t1)或(t2/t1)、运算并比较，当达到透热点时，再由微机(5)将保温计时指令传给控制电路(4)，使在保温计时完毕后，将电炉(1)断电。全文摘要热处理加热时间的自动确定及控制方法，它是在电炉中加热工件时，用微机连续测定通电时间t1和断电时间t2，当t2、t1或t2/t1值连续稳定时，则工件达到透热，据此来确定工件出炉时刻；本方法一改传统的经验系数法计算加热时间，代之以按电炉、工件系统本身条件自行确定准确的加热时间，能保证工件加热质量和节约电能，可用于热处理各工序和各种电炉上；本方法适于企业、特别是生产周期长、电炉利用率高的大型企业或专业热处理厂。文档编号C21D1/34GK1160083SQ9610247公开日1997年9月24日申请日期1996年3月15日优先权日1996年3月15日发明者张龙申请人:张龙