悬挂式转向节回火炉炉温控制及优化

转向节是汽车行业的典型锻件，重型汽车的转向节（42CrMo材质）一般采取调质热处理。其中金相和回火硬度是考量转向节热处理质量的常用指标。我公司使用悬挂式热处理生产自动线用于转向节调质处理（淬火+回火），实现转向节锻件在悬挂状态下得到均匀加热与冷却功能。该生产线主要由淬火加热炉、淬火冷却槽、回火加热炉、回火冷却室、积放式悬挂输送机、储液槽、淬火液循环冷却系统、自动淬火机、吊具装置、上下料装置、温度控制系统、程序控制系统以及上位机监控系统等组成。

转向节热处理过程

转向节调质热处理工艺曲线，如图1所示，淬火100分钟达到设定温度，保温时间为100分钟。回火110分钟达到设定温度，保温时间为110分钟。转向节热处理控制计划（回火部分）见表1。按照上述热处理工序，转向节经过调质处理，以获得回火索氏体组织。

回火炉炉温不均匀及底部超温情况

2月24日，回火8区底部出现明显的超温（660℃附近），如图2所示，发现8区上B相故障断开。判断B相是炉体中段炉丝不工作，造成炉体上检测的温度值降低，整个炉体炉丝应该进行加热。

根据之前的判断，炉体加热会造成炉底部检测温度升高（超温）。回火8区上，由于B相故障，控制上检测温度值低，该区炉体炉丝加热。通过温度显示表可以看到显示数值大于等于温度值后，停止加热，显示数值小于温度值时开始加热。由于回火炉炉底板超温严重，经对转向节产品打硬度，确认该批次产品硬度偏软，全部返工。

转向节回火炉炉温控制模式

回火炉加热过程中，顶部热电偶检测炉上层温度是否达到工艺设定温度，是则炉墙电炉丝停止加热，否则继续加热，直到达到工艺设定值。底部热电偶检测炉底层温度是否达到工艺设定温度，是则底部辐射管停止加热，否则继续加热，直到达到工艺设定值。

在这种炉温控制模式下，当回火炉保温性能良好，无跑温的情况下，才可以实现炉温的均匀。但是，悬挂式连续炉炉顶的密封性能是逐年下降的，一旦炉顶出现明显的热量散失，则炉顶热电偶就会检测到低于工艺要求的温度值。

回火炉工作温度约为600～700℃，这个温度下辐射加热的效果明显降低，转向节的回火温度主要来自热风对流加热。为了提高炉内工件温度均匀性，回火炉两侧布置了20台侧置循环风扇，并在炉内每台风扇处安装了导风板，以搅动炉内气体循环。

风机在炉体中部吸风，经过炉丝加热后，在导流罩上下吹出热风。由于目前的问题是炉底部超温，炉顶温度相对较低，应考虑采取减少炉底部的热风流量，提高炉顶部热风风量的办法来降低炉底温度、提高炉上部温度，从而实现回火炉炉温的均匀性。

转向节线炉温均匀性验证

为快速验证前面的控温措施对炉温均匀性的影响，采取了样块跟随转向节进入（2月17日16：00进炉、2月18日9：00进炉，两次样块淬火、回火硬度值），获取淬火及回火硬度。本次实验数据可以看到，淬火硬度、回火硬度均符合工艺要求，12个位置样块实验数据符合工艺要求，见表2。之后组织了批量生产，对产品进行了金相及硬度抽查，均合格。

表显数值与实际数值的差异

通过对回火炉炉气循环的改进，回火炉的温度均匀性得到了优化，且产品质量符合工艺要求。但是，生产过程中仍存在表显数值与实际炉温值的差异。

该回火炉温控表采用国际一流品牌的数字控制器和国内知名品牌的热电偶，且由公司职能部门定期进行校验，符合仪器出厂要求及企业标准。因此可以排除温控表和热电偶方面的原因。

补偿导线在长期工作过程中，由于高温氧化，会在连接处出现电阻变化，产生数据误差。现场使用过程校验仪，分别在温控表端和热电偶端进行检测，经过反复检测，可以判断出温控表的表显数值与实际温度的差异由补偿导线及其连接质量造成。技术人员对补偿导线与热电偶及温控表的连接进行全面排查，得出补偿导线的自身缺陷是造成数值差异的主要原因。查阅数字控制器（温控表）说明书，该温控器具备误差补偿功能，即PV偏移量及增益补偿值功能。根据实际差异情况，应选择偏移量设置纠正差异。使用过程校验仪在热电偶前得到的温度值，计算出与温控表的差值，使用偏移量赋值进行纠正，实现温控表的表显值与真实值的一致。

转向节线回火炉炉温测试

采取12点带工件连续炉温测试，选取12件转向节产品，并在金相取样位置打孔安装测温探头（直径5mm，深度超过半径）。进炉跟件仪器的安装、连线。水套注水、仪器的隔热包装。

通过温度检测记录，可以看到10∶06开始进入回火炉，11∶58时12个检测点均到达工艺设定温度620℃，加热时长为111分钟，出炉时间为13∶48，保温时长为110分钟。整个实测温度曲线与工艺曲线吻合。

上中下三层在加热阶段的温升情况存在一定的差异，下层首先达到工艺温度，上层和中层随后达到工艺温度，进入保温区后，上中下三层温度一致，如图4所示。

通过本次检测可以确认转向节回火炉悬挂工件的上中下三层位置在升温过程中存在差异，到达工艺值后，温度一致无明显差异。南侧、北侧温度一致，无差异。说明经过对转向节回火炉的优化，该炉满足工艺要求，回火产品符合质量要求。

⑴该转向节回火炉采取的加热控制模式不利于炉温均匀性的实现。而回火炉底部超温由炉顶热电偶检测点低于工艺温度造成。

⑵在改造温度控制方式有较大困难的情况下，使用热量分配的方法可以实现回火炉的温度均匀。

⑶使用温控器的偏移量功能可以消除信号传递环节造成的误差，从而实现表显温度与实际温度无误差。

⑷热处理生产线在生产使用过程中，要对发生热量散失的部位进行及时的修复，以避免出现炉温不均匀现象。

⑸对于大型的热处理炉来说，炉墙电炉丝宜采取分层控制方式，有利于均匀炉内温度。