鉬絲爐升溫的控制方法

鎢、鉬材料的電阻溫度系數相對較大，低溫段電阻值較小，因此由鎢、鉬材料做發熱體的電阻爐在冷態升溫過程中，若不采用合適的控制方法極易產生過大的電流而損壞設備。本文分別介紹了手動升溫、單溫度閉環自動升溫和溫度、電流雙閉環自動升溫三種升溫控制方法，以及如何有效地防止升溫過程中產生過大電流。對于以上三種升溫方法，本文分別針對在升溫過程中電壓、電流、功率等物理量的相互關系進行了分析，討論了三種方法的控制性能及適應的電爐類型。

前言

電爐是硬質合金生產過程中的核心設備，常用電爐的金屬發熱體有鎳鉻、鐵鉻鋁、鎢、鉬。其中鎳鉻、鐵鉻鋁合金的電阻溫度系數較小（10-5級），在升溫和保溫過程**率較穩定，一般用于高工作溫度小于1 200 ℃和1 050 ℃電爐中。鎢、鉬金屬發熱體與鎳鉻、鐵鉻鋁合金發熱體有所不同，它們的主要物理性能和不同溫度下的電阻溫度系數見表1。表1鎢、鉬的熱物理性質[1]

由表1可見，鎢鉬熱元件的熔點高，一般用于1 200～2 000 ℃的高溫電爐中。盡管鎢鉬發熱體的熔點高，但電阻溫度系數大（10-3級），即電阻率隨溫度的升高而顯著增大。例如鎢（鉬）在1 600 ℃時的電阻率是20 ℃時的9.5倍。電阻率隨溫度的變化導致在恒壓加熱升溫過程中鎢鉬絲的吸收功率變化較大，因此在加熱升溫過程中，對以鎢鉬金屬作發熱體的這種大電阻溫度系數電爐的控制比鎳鉻合金作發熱體的電爐的控制困難和復雜。

1 升溫的控制方法

目前對電爐升溫、保溫過程中的電壓、電流控制主要元件是可控硅，可控硅的致命缺陷是過流、過壓能力差。在鎢鉬絲電爐中，由于金屬絲在低溫段電阻率很小，極易產生過流，因此如何在保證生產工藝的前提下避免在低溫段出現過電流是至關重要的。根據筆者多年的研究和工程實踐，對電阻溫度系數較大的鎢鉬絲電爐的升溫可采用手動分段恒壓升溫、自動分段限壓升溫和限壓限流雙閉環升溫的三種方法，既能滿足不過電流又能達到升溫工藝的要求。

1.1 升溫工藝曲線

圖1是電爐從冷態開始升溫到工作溫度過程的一般工藝曲線，即溫度與時間關系。對于具體的時間間隔長短、溫度值及溫度段數由電爐及產品所決定。

圖1 升溫曲線

下面以鉬絲爐為例進行敘述。

設升溫過程可分成8個階段（其中4個階段是保溫）完成；冷態環境溫度為20 ℃，電爐工作溫度為1 600 ℃。爐前單相變壓器參數：功率 20 kVA，電壓 380 V/75 V，電流 52 A/278 A。鉬絲20 ℃時的電阻值0.026 Ω。T ℃下爐絲的電阻值為：

RT=R20[1+α(T-20)]                                            (1)

T ℃時爐絲吸收的電功率為：

PT=RTI2T=U2T/RT                                             (2)

式中：R20為導體在20 ℃時的電阻，α為導體電阻溫度系數，T為溫度，IT、UT分別為在T ℃時流過導體的電流和所加電壓。

電爐的升溫工藝是升溫與保溫交替進行的過程。電爐首先以一定的升溫速率和*段設定的目標溫度值升溫，由于爐體和爐內產品的吸熱和熱擴散，到達設定溫度時加熱功率和散熱速率達到平衡，電爐進入保溫過程，在保溫過程中控溫系統控制電爐以適當的功率維持溫度不變。然后，進一步加大升溫電壓，使電爐的加熱功率提高，電爐進入下一升溫階段。

1. 2 手動分段恒壓升溫

1. 2. 1控制框圖