大功率热处理电炉控温异常的故障分析及处理

各位老铁们好，相信很多人对大功率热处理电炉控温异常的故障分析及处理都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于大功率热处理电炉控温异常的故障分析及处理以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

1、炉温失控的危害

我公司热处理车间拥有20台不同功率的大型箱式、井式电加热炉。我们每天处理几十个类别、上万件各种规格的耐磨板、车身减震弹簧、扁销等。关系到铁路货车安全的圆滚柱、端部、棘轮等配件均经过淬火、正火、回火等热处理。为了适应铁路提速和卡车“高速度、重载”的要求，更精确的温度控制是保证质量的必要条件。热处理过程中，炉温检测、控制和记录过程是一个闭环温度控制系统。严格执行工艺曲线，精确跟踪和调节炉温的升温速率和保温时间。当炉温控制中心——仪表温控系统及整个加热控制电气链中某一环节出现故障时，就会造成炉温异常。轻者会延长零件的加工时间和交货周期，消耗过多的能源；严重时会导致整炉加工的零件成为废品。

2、电炉发热丝分布及炉体差异

目前箱式电炉和井式电加热炉的功率在100千瓦左右，有的大型箱式电加热炉可达180KW。考虑到控制电力负荷对加热功率的限制以及电炉丝工作温度对寿命的影响，将电炉丝与炉内中部物理隔离，提出了两级独立加热控制方法。箱式电炉分为前、后加热区；井式电炉分为上、下加热区。炉门上部还安装搅拌电机，强制平衡炉内温度场。虽然两种加热炉体存在结构差异，温控回路所使用的电气通断开关也有本质区别，但它们所突出的故障特征明显相似。接下来，我们将通过分析它们的温控回路来探讨温度不平衡的失效机理。

2.1箱式电炉温度控制原理

大型箱式电炉内部容积较大，工件平台可可控移出，操作温度往往在950度左右的高温范围。因此，它们适用于大型工件的热处理应用。 （图1）是180KW箱式电炉温控电路原理图。

通过电炉丝测量，炉体内两个独立加热区域的电阻值相差较大。前区分别为3.53欧姆和9.41欧姆；后区为12.5欧姆和9.21欧姆。这是因为炉门上的电炉丝。它与前加热区采用平行结构，但这并不妨碍前后独立加热区的划分。两个300安交流接触器控制前后温区380V加热电源的通断。

在炉体上方两个独立加热区的中间分别插入一根1.2米长的K型双芯热电偶进行测温。插入炉内的深度不应超过150mm。它产生的四个能代表炉子真实温度的热电势信号，通过K型补偿线送到两组四位数字控制仪表，分别用于温度设定和负责记录工艺曲线和检查加热时间。图形记录仪。两台数字仪表分别输出两路温度控制信号，以“位置”开关量的形式直接传送给中间继电器。通过其通断来控制交流接触器的吸合和释放，从而完成电炉的加热和保温。

2.2井式电炉温度控制原理

井式电炉温度自动控制电路系统原理图如图2所示。

井式炉设置在地下，占用空间小，且受内容积限制。它们通常用于小零件的回火。工作温度在650度以下，很难做“碳氮化”应用。温度升至900度。虽然功率比箱式炉略小，但由于经常加工“铝座板”等有色金属，对测温和控制系统的要求极高。因此，控制回路不再采用温控精度低、温区温差大的交流接触器“位置”控制方式。井式炉上下加热区中间位置的双芯K型热电偶拾取代表炉内实际温度的热电势信号，传输至数显控制仪表并记录圆图仪通过补偿线。数字温控仪表始终比较预设温度与实际温度值之间的差异。经过PID运算后，输出与设定温度值成反比的4-20MA直流信号，送至循环发生器。循环发生器还按比例输出0-12V直流电压，调节晶闸管（双向晶闸管或状态块）的导通，并进行全功率加热、保温，并在保温过程中进行微小的温度值修正，使其能够运行在全功率输出时。在低功率输出和低功率输出之间，馈入电炉的工作电压连续平滑地调节，以达到精确的温度控制要求。实践也证明，这种配有辅助搅拌电机的井式热处理炉，在保温过程中可以通过低电压间接调节炉内温度。在实现炉内温度更加准确的同时，两个温区的仪器读数将完全一致。在为工件质量提供保证的同时，还有效降低了能耗。

在充分描述和了解了箱式电加热炉和井式电加热炉的温度控制系统的组成之后，不难看出，对于两个相互独立的加热系统，我们要求和获得的是两个温区炉体分别达到设定点。点后的实际平衡温度。由于两路独立测温控制电路的存在，可以预见，如果炉体前后段或井式炉上下段由于某种原因不能同步升温而进入保温模式，故障，在此状态下，自然会出现因温度不平衡而导致的各种加热故障，最终导致无法完成加热过程曲线。

三、箱式、井式电炉常见故障原因探讨

通过多年跟踪这两类电炉的加热状态，发现即使温控电路的开关不同，一是物理通断，二是两者之间半导体导通的差异。交流接触器和晶闸管，但它们的故障似乎是相同的，并表现出以下典型的常见故障：

3.1前后区（或井式炉上下区）加热速度严重不一致

经常出现某加热区域仪表指示温度甚至比温控设定点高出近100度的情况，判定已停止供电；与此同时，另一加热区虽然一直处于供电加热状态，但仪表上却显示出温升率。慢慢地，永远不会上升到设定点。

对策与分析

此类故障常发生在电炉内部检修、更换电炉丝后，当生产中涉及的电炉连续高温使用、闲置多日后，就会体现出症状。再次用于加热。故障排除实际上走了弯路。最初怀疑是电炉丝材质与检修后材质不匹配或功率配比不当，导致加热功率严重不平衡。但经过反复的电阻测试和三相工作电流比较，得出的结论是不是这个问题。怀疑又回到了温度测量元件。更换温度缓慢升高区域的测温热电偶后，电炉温度恢复平衡。原因是热电偶的保护管在连续高温使用后氧化损坏。放置一段时间后，热电偶的测量端会破裂，杂质会侵入。这就是热电偶的“劣化”现象。其结果是热电偶灵敏度低，热电势输出弱。当然，仪器显示的不会是炉子的显示。内部的实际温度。

3.2 温控系统紊乱

某加热区已达到设定温度，但交流接触器或晶闸管未能断开电源，加热工作仍在继续。此时另一个加热区的仪表显示温度尚未达到设定温度。温度，但交流接触器或晶闸管已停止供电。此时，两个区表所指示的温度值相差极大。

对策与分析

这是电炉厂家检修后反映的故障。对电炉丝供电线路进行测试，未发现短路或控制异常，仪表及热电偶校准也未发现异常。后来根据对故障现象的分析，确定这是典型的人为故障。厂家检修机器后，操作人员错误地将前后区域（上区域或下区域）的热电偶位置颠倒。将两个插错位置的热电偶获得的炉温信号传送到两个控制仪表后，输出的控制信号分别控制另一个温区的电炉丝。所谓正确的信号，就是错误的执行。这就是失败的根本原因。

3.3炉内温度过热，升温速度比平时慢

前者，仪表显示温度已超过设定温度。初步检查，交流接触器或晶闸管不再供电。炉内的温度还在微微上升。与此同时，温度缓慢降低。这两个区域的温度永远不会达到平衡。后一种情况，交流接触器或晶闸管长期处于吸合/导通状态，炉丝处于通电状态，但炉内温度无法加热到设定点。

对策与分析

所谓超温并不是指明显超过设定温度。在人员监管过程中，这种情况其实是极其罕见的，只是稍微超过20-30左右，这在大功率电炉中很常见。仪表内部继电器、中间继电器或大功率交流接触器触点长期承受大电流和频繁通断切换，导致触点负载过大而发生粘连。无法有效切断电源，出现过温现象。同时，由于操作人员装料位置不当，电炉丝穿过工件，与炉底板之间短路，造成某相晶闸管击穿漏电，最终导致超温。失败。

对于慢热故障，最直观的修复方法是测量每根电炉丝的工作电流。钳形电流表会告诉您故障源。交流接触器相触头烧断或晶闸管断开，造成缺相。电炉导线或电气端子因接触电阻过热而烧毁。总之，缺相导致供电不足，减缓温升。问题的根源。

3.4 这是晶闸管控制回路特有的故障

从加热过程的初始阶段到接近温度设定值这段时间，不是处于快速升温状态，而是处于定时、间歇加热、断电状态；重新加热，再次断电……直至达到温度设定点，同时保持加热段无异常。这导致加热过程比平常慢，延迟了工件的释放时间。此外，还发现一台箱式晶闸管控制电炉，炉温达到设定值，晶闸管停止供电。炉温略有下降后，电炉无法及时通电补充温度；但有时它会恢复加热。温度，导致绝缘部分的记录纸出现不规则的锯齿状扰动。

对策与分析

这是夏季高温季节体现的怪病。加热记录纸的曲线不是平滑上升的，而是有规则的阶梯状上升，峰值之间的周期约为35分钟。通过查明故障原因并实际观察配电柜内功率元件的工作状态，最终确定了故障部位。提供电源的三个晶闸管开关器件的背面安装有大的方形铝制散热器。每个散热器下端装有轴流强制冷却风扇。当然，这个风扇的转动是通过散热器上的散热器来控制的。 80双金属温度开关，高于此温度，冷却风扇启动。当另一个92双金属温度开关检测到散热器温度居高不下并继续升至极限温度（92）时，会及时断开触发环节，防止晶闸管因散热不良而烧毁。引起电气火灾。了解了工作原理后，故障排除就很容易了。原来是风扇的供电线断了，导致其散热功能完全丧失。最终，92双金属片温度开关成为晶闸管工作与否的指挥者。

另外，针对箱式晶闸管绝缘段出现不规则锯齿扰动的现象，确定该晶闸管内部触发电路之一出现不规则开路故障，即所谓的虚接；而串联触发设计的控制方式自然会干扰和制约另外两个晶闸管的工作状态，最终造成保温过程中的不规则锯齿扰动。