1、第37卷第4期 2015年8月 四JII冶金 Sichuan Metallurgy Vo137 No4 Aug20l 5 文章编号：10015108(2015)04008304 石墨管碳化炉红外测温结构的改进 潘 登 (白贡硬质合金有限责任公司，四川白贡64301 1) 摘 要：分析了常规石墨管碳化炉红外测温存在的问题及成因，提供了一种新的测温光学通道结 构，较好地解决了常规石墨管炉测温控温不准确的问题。 关键词：红外测温；石墨管碳化炉；温度失控；灰分；气化；冷凝 中图分类号：TG155 TG146 文献标识码：B Study On the Construction of Novel Infr
2、ared Pyrometer for Graphitetube Carburizati0n Furnace PAN Deng (Zigong Cemented Carbide Corp，T td。Zigong，Sichuan，6,t301 1) Abstract：Tile disadvantages and the origin of those disadvantages of the infrared pyrometer usual ly adopted in the conventional Graphitetube Carburization Furnace are presented
3、 in the articleA novel construction of optical pyrometer is invented to provide an effective solution to guarantee the accuracy of temperature measuring and temperature controlling Key words：infrared temperature measurement；graphitetube carburization furnace；uncontrolled temperature；ash content；gasi
4、fication；condensation 引言 碳化是碳化钨生产的一个关键工序，业 内普遍认为采用较高的温度碳化，有利于碳 粗品碳化钨作为一种特殊的硬质合金原 化钨晶粒发育长大，碳化反应更彻底，碳和粗 料，相对常规的硬质合金原料具有更高的硬 颗粒钨粉的混合物经过2 000以上的长时 度和韧性，采用粗品碳化钨为原料制作的硬 问碳化反应能得到品粒发育饱满、品形完整 质合金有着更为优异的热硬性，耐磨和抗冲 的粗晶碳化钨1。 击性能，被广泛应用于矿山采掘工具、石油钻 因此粗晶碳化钨的碳化要求生产设备具 探工具、高温高压模具、钢材轧制用辊环、穿 有很高的工作温度和较长的使用寿命，而要 甲弹弹头等方面。
5、 达到这个要求的关键是如何保证高温复杂环 作者简介：洒登，工程师，主要从事粉末冶金设衍的研发设计工作。 四川冶金 第37卷 境下测温控温的可靠性。目前国内使用的碳 化设备主要有：巾频炭化炉、石墨管炭化炉以 及德国克莱默公司生产的卧式高温炭化 炉嘲，其中石墨管炭化炉因结构简单、价格低 廉、易于维修等特点使用最为广泛。 2 常规石墨管炭化炉红外测温结构剖析 目前国内广泛采用的石墨管炉是五十年 代前苏联援建的产物，迄今仍为国内钨业系 统制取碳化物、复式碳化物的主要设备，该炉 加热功率75kW，工作温度l 6002 300，粗晶碳化钨产量约24kgh引，F1于陈 旧的设计理念，结构上存在诸多缺陷，故障
6、率 高，工作可靠性差，最突出的问题是控温不 准确。 目前常用的结构形式如图】所示。 1电机2减速机3机械推进器4进料端5水冷电极6保温层7炭黑8炉壳9红外测温孔1o炉架11卸料器12支撑架 1石墨管炭化炉 图1中的变压器、铜排、两端的水冷电极 及石墨炉管串接成一个导电回路，该炉是典 型的电阻炉，采用石墨炉管做电热元件，同时 石墨炉管也是炉膛，碳和钨粉的混合物盛装 在石墨舟皿内从石墨炉管内单列通过，被加 热产生碳化反应形成碳化钨，高温的石墨舟 皿通过末端的水冷套被冷却后出炉，石墨炉 管外侧填充压紧的碳黑为保温材料。 该炉采用闭环控制的控温系统，由红外 测温仪、PID仪表、调功器、变压器、石墨炉管
7、 组成。红外测温仪通过检测石墨炉管高温部 位发出的红外线波长来检测温度，PID仪表 依据工艺设定温度和红外测温仪检测的实际 温度来控制调功器的输出电压，即控制变压 器一次侧电压，变压器二次侧电压(即加载到 石墨管两端的电压)随一次侧电压变化而变 化，从而控制了石墨炉管的发热量。该炉的 红外测温光学通路结构见图2。 1光纤探头2冷却固定装置3炉壳4保温层5炭黑6挥发 物7石墨管8炉管 图2红外洲温结构图(炉管径向剖视) 如图2所示，钻有盲孔的石墨管位于炉 第4期 体中部径向位置，石墨管的盲板端紧挨炉管 外壁，炉管的热量传导到石墨管的盲板上后 使得两者温度接近。石墨管穿过碳黑及保温 层，其开口端放
8、置在炉壳测温孑L内，测温TL#t, 部连接有一冷却套，在冷却套的另一端固定 有红外测温仪光纤探头，石墨管盲板上发出 的红外线透过冷却套内孑L被光纤探头探测 到。由于不同温度下的红外线波长不一样， 红外测温仪根据光纤探头接收到的红外线就 可以测量出石墨管盲板上的温度，这一温度 接近石墨炉管外壁的温度，我们以此作为石 墨管炉的加热控制温度。 石墨和炭黑材料中一般含有少量的Si、 Al、Fe、Ca、Mg等杂质构成的灰分，石墨管炉 在2 000以上的高温下工作一段时问之后， 在高温区的测温石墨管、炉管、炭黑里的这些 灰分将会气化慢慢逸出，南于测温石墨管一 端开口与炉壳外大气导通，而炉壳内部空间 密闭，
9、气态的灰分在微压下通过测温石墨管 内孑L向炉壳外的方向扩散，测温石墨管越靠 近炉壳位置温度越低，气态灰分扩散途中一 旦遇到低于其凝点的温度环境就会凝结成液 态，慢慢地沉积在测温石墨管壁上，越积 越多。 一般经过6h左右，灰分凝结成的挥发物 将会堵塞测温石墨管，红外测温仪检测到的 温度将会是挥发物的温度。这一温度比我们 最初控制的炉管外壁温度约低400 6OO，远低于PID仪表所设定的工艺温度。 此时的PID仪表将红外测温仪检测到的挥发 物的温度仍然视为炉管的温度，认为炉管加 热温度偏低，将会加大调功器的输出功率，炉 管的温度将随加热功率增大而上升，炉管的 实际温度将会逐渐高于工艺温度，造成炉管
10、 加热温度失控。 因此操作工人每班都会设法存高温下清 理测温石墨管内的挥发物，或者更换新的测 温石墨管。当操作工人疏忽这一操作时，由 于调功器输出功率有限，失控的炉管温度升 高到一定程度后将会在一热平衡温度下保持 稳定，在这一远高于工艺温度下产出的产品 将全部报废。 3 新型石墨管炭化炉红外测温结构 新红外测温结构设计的原理是。灰分在 高于其凝点的温度下会保持气态，将气态的 灰分往高温炉管内输送，使灰分在远离测温 孑L的位置冷凝成固态或液态，炉管内凝结的 灰分被移动的舟皿带出炉子，按这一原理设 计的新型石墨管炭化炉红外测温结构见 图3。 1光纤探头2玻璃镜片3闸阀4冷却支架5炉壳6保温层 7炭
11、黑8测温石墨管9石墨套管10炉管 图3改进后红外测温结构图(炉管轴向剖视) 如图3所示，在原有的炉管外面套了一 个石墨套管，石墨套管径向开孔连接测温石 墨管，测温石墨管内孔已改为通孔，光纤探头 直接检测到炉管外壁温度，从冷却支架进气 孔通人氮气，冷却支架的一端被玻璃镜片挡 住形成盲孔，氮气只能往炉内方向流动。当 氮气在进入测温石墨管后被加热，热氮气带 动灰分气体往炉内高温区域持续流动，经过 86 四川I冶金 第37卷 石墨套管和炉管之间的问隙后，沿炉管上的 径向小孑L进入炉管内，灰分会在炉管出料端 的内壁冷凝成液态，被经过的舟皿带往卸料 端冷却成固体，最终随舟皿排出炉子。 渗进测温石墨管内的少
12、量气态灰分遇见 冷的氮气会迅速固化成细小颗粒，随着工作 时间推移，部分颗粒在氮气的吹扫下会扩散 到玻璃镜片上沉积下来，对光纤测温构成干 扰，此时需操作工人将闸阀关闭，取下玻璃镜 片清除尘埃。也可以设计一正对玻璃镜片的 喷嘴，自动用高压气体脉动吹扫，实现无人 值守。 因为氮气经过小孑L时会带走炉管热量， 小孔附近的炉管温度将会变低，炉管上的径 向小孔要远离光纤探头检测 域，否则会使 信息 炉管控温出现较大偏差。 4 结论 在高温下耐火材料中杂质的气化、凝结 会对红外测温产生干扰，经过改进的红外测 温装置可以将气化后的杂质保持在气态并在 远离测温点的区域冷凝排放，可有效消除这 一干扰。 参考文献：
13、 1朱早生碳管炉碳化工艺的研究J硬质合 金，2002，19(3)：144147 2关珍祥浅谈碳化炉J中国钨钼，l997(12)： l3一】8 3 高鸿章碳化炉的发展J硬质合金，2003，20 (】)：3840 650马氏体耐热钢研究及其进展 2o世纪以后全世界的科技进步和经济发展都十分迅猛。伴随着经济的蓬勃发展，各国对能源和原材料的需求也日益增 多。获取能源的成本和能源的有效利用率已经成为影响经济发展的重要因素。中国、印度等新兴工业国家是发展中大国对 于能源的需求量极大。世界能源署(EA)的调查显示，世界能源需求的重心正向新兴经济体转移。 超超临界电站能够有效提高化石燃料的利用率，缓解能源危机
14、和环境压力。马氏体型耐热铜因其有良好的热物理性能和 廉价的成本而广泛应用于电站锅炉中。650及以下的电站锅炉关键材料主要采用马氏体型耐热钢。钢铁研究总院的学者介 绍了世界各主要国家探索开发650马氏体耐热钢的主要科技项目，包括欧洲、美国和日本。从合金化角度介绍了马氏体耐热 铜中主要元素的作用。介绍了当前研究650马氏体耐热钢的主要成果，分析了这些钢种的强化机制。 (来源：四川省金属学会网) 炼焦工艺条件对铁焦性能影响的试验 焦炭在高炉内不仅起着发热剂、还原剂和渗碳剂的作用，更重要的是起着料柱的骨架作用，高炉大型化和富氧大喷煤强化 高炉 台炼是炼铁生产的发展趋势，随着喷煤量的增加，焦炭在高炉内的
15、停留时间延长，焦炭经受的各种破坏作用增大，焦层因 焦比降低而变薄，焦炭的骨架作用越来越重要，因此，对焦炭的热性质(反应性和反应后强度)提出了越来越高的要求。 武汉科技大学的学者在加拿大铁矿粉配比为10的条件下系统研究了炼焦工艺条件(堆积密度、升温速度和焖炉时间) 对铁焦性能(气孔率、机械强度、热性质和铁矿石还原程度)的影响。结果表明，炼焦工艺条件对铁焦性能的影响显著：堆积密 度为11 tm3时，铁焦的性能最佳；升温速度为25rain时，焦炭的机械强度和热性质最佳，而铁矿石还原程度随升温速度 的提高而增大；焖妒时间为120150 min时，铁焦的各种性能均最佳；改变炼焦工艺条件可以得到具有不同性能的铁焦。 (来源：四JII省金属学会网)
