易普森可控气氛热处理炉调功器改造

 李春美

 （中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西  大同  037305）

摘要：易普森可控气氛热处理炉是比较普及的多用箱式热处理设备，其调功器不耐用且不易维修，改造后使用性价比较高的希曼顿调功器，并加装过流、过压保护装置，能使调功器不易损坏，延长使用寿命。

关键词：易普森；热处理炉；调功器；改造中图分类号：TG155.1  

 0  引言

 热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，改变材料表面或内部的化学成分与组织，获得所需性能的一种金属热加工工艺。易普森可控气氛热处理炉在某一既定温度下向炉内通入一定成分的人工制备气氛，能达到气体渗碳、碳氮共渗及光亮淬火、遇火、正火等各种热处理的目的。易普森可控气氛热处理炉的多用性使其在热处理行业得到广泛的应用，但其调功器经常发生故障，调功器三相可控硅模块又为整体模块，非常不便于维修，是炉子的短板，对调功器进行合理的改造，可以降低炉子的故障率，从而延长炉子的使用寿命。

1  易普森可控气氛热处理炉的特点

1.1  炉子的密封性良好

 易普森可控气氛热处理炉的密封很好，其炉壳由钢板与型钢焊接而成，炉衬采用节能型超轻质耐火砖、硅酸铝纤维与优质保温材料组成复合炉衬，炉门的升降采用电动减速机构带动或手动，炉门采用硅酸铝纤维制成，并设自动压紧装置以提高炉体的密封性，防止炉气外泄。

1.2  炉内气氛均匀

 炉内气氛的控制为闭环自动控制模式，各种控制仪表对炉气连续或定期测定，根据测定结果调整向炉内的供气量，实现炉内气氛的准确控制。而由于炉膛各区段的碳势要求不同，因此炉气流向的控制更为重要，一般在炉内设有循环风扇以均匀炉内气氛、强化炉内传热条件和提高炉内温度的均匀性，来提高各种热处理质量。

1.3  炉内温度的精密控制

 炉内加热温度的精密控制由三相调功器通过对电压、电流和功率的精确控制来实现。三相调功器的加热功率调整，既可以“手动”调整，又可以和电动调节仪表、智能调节仪表、PLC以及计算机控制系统配合，实现对加热温度的恒值或程序控制。

1.4  炉内构件防气氛侵蚀

 为防止气氛侵蚀，炉衬需采用抗渗砖砌筑，暴露在气氛中的元件应在氧化气氛中加热，使其退碳、退氧，重新形成保护性氧化膜再使用。可将电热元件安装在辐射管内，热电偶的热节点不得暴露在可控气氛内。

1.5  装设安全装置

 可控气氛大多数有毒，另外当还原性气氛与空气达到一定混合比后，在一定温度下易引起爆炸。因此除要求正确操作外，炉上应有防爆孔，还应设安全装置，故对炉子的前、后室和淬火室以及缓冷室等均设有防爆系统。炉子供气与排气的控制系统也要有防爆措施，在管路上设单相阀、截止阀、火焰逆止阀、压力测定器以及安全报警等装置。

2调功器的改造方案

2.1  调功器在易普森可控气氛热处理炉中的应用

 调功器又叫电力调整器、可控硅、调功调压器、功率调整器和调相器等，是应用晶闸管（又称可控硅）及其触发控制电路来调整负载功率的盘装功率调整单元。三相可控硅调功调压器是运用数字电路触发可控硅实现调压和调功的。调压采用移相控制方式；调功有定周期调功和变周期调功两种方式，一般用于电机调速、发热器调温等。在易普森可控气氛热处理炉中，调功器配合温控表使用，用于温度的控制与调节，其接线方式如图1所示。其中，1、2脚接温控表，5、6脚接调功器的开关输入信号。当温控表指示温度（即炉内温度）低于设定温度时，1、2脚输入电流增大，调功器U2、V2、W2三相间输出电流增大，加热器开始工作；随着温度接近设定值，相间电流将逐渐降低，当1、2脚输入电流至4 m A，即炉内温度等于设定温度时，调功器输出电流为零，加热器停止工作。

2.2  调功器具体改造内容

 对调功器的具体改造内容如下：

 (1)改造后使用希曼顿PAC031三相SSR电力调整器，其三相可控硅模块为分离模块，每个模块都可单相更换，易于维修，且大大降低了维修的费用。

 (2)加装电流变换器，实现过流保护。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护和测量等。利用电流互感器的特点，将输出电流转换而成的二次电流(0 A～5 A AC)输入希曼顿XCT1型三相电流变换器，电流变换器的输出电压(0 V～5 V DC)接调功器的CT（端6）和GND（端1），与电流限制基准（一个电压值）相比较，用以实现调功器的过流保护。电流变换器过流保护原理如图2所示。

 (3)加装可变电阻，实现电流电压限制。可变电阻是阻值可以调整的电阻器，通常用在需要经常调节阻值的电路中，起调整电压、调整电流或信号控制等作用，其主要参数与固定电阻器基本相同。在本次改造中，主要用来调节电流限制和电压限制的基准值，电流限制与电压限制原理如图3所示。

 调节R1，即1端与2端间电压，确定电压限制基准；调节R3；，即1端与4端间电压，确定电流限制基准。基准调整合适后，当外围电路发生过压或者过流时，电压限制电阻R1与电流限制电阻R3就能有效地保护调功器不受损坏。

2.3  改造成果

 通过改造，易普森可控气氛热处理炉调功器工作时，不会受到外围电路过流过压的影响，发生故障后维修也相对容易，而且相比原厂的调功器价格降低了近一半，目前已用此种方式改造了十多个调功器，运行良好。

3结语

 改造后的易普森可控气氛热处理炉使用希曼顿调功器，并加装过流保护、过压保护装置，不易发生故障，大大降低了维修的频率，使之在热处理行业得到了更为广泛的应用。