Lò luyện gang kiểu toa xe là một hệ thống nhiệt lớn. Sự chênh lệch nhiệt độ là điều không thể tránh khỏi — nhưng chúng có thể được kiểm soát. Khảo sát độ đồng đều nhiệt độ (TUS) là bài kiểm tra chứng minh rằng việc kiểm soát đang hoạt động hiệu quả.
MONTE INTELLIGENCE thực hiện thử nghiệm TUS như một phần của quá trình vận hành lò nung và khuyến nghị kiểm tra lại định kỳ trong suốt vòng đời của lò. Bài viết này giải thích các yêu cầu về TUS theo tiêu chuẩn AMS 2750F, tiêu chuẩn được tham chiếu rộng rãi nhất cho thiết bị xử lý nhiệt trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô và xử lý nhiệt nói chung.
Tiêu chuẩn AMS 2750F phân loại lò nung theo dung sai độ đồng đều nhiệt độ. Loại 1 yêu cầu độ đồng đều ±3°C — dung sai chặt chẽ nhất, được sử dụng cho các bộ phận hàng không vũ trụ quan trọng như đĩa tuabin và các chi tiết rèn kết cấu. Loại 2 yêu cầu ±6°C — tiêu chuẩn cho hầu hết các quy trình xử lý nhiệt trong ngành hàng không vũ trụ. Loại 3 yêu cầu ±8°C. Loại 4 yêu cầu ±10°C. Loại 5 yêu cầu ±14°C. Loại 6 yêu cầu ±28°C — dung sai lỏng nhất, được sử dụng cho các ứng dụng giảm ứng suất và không quan trọng.
Đối với lò luyện gang kiểu toa xe, đạt được cấp độ 2 (±6°C) là mục tiêu đầy thách thức nhưng hoàn toàn có thể đạt được. Cấp độ 1 (±3°C) lại cực kỳ khó khăn đối với loại lò này do quy mô vật lý phức tạp — buồng lò dài 10 mét có sự chênh lệch nhiệt độ vốn có do vị trí đặt đầu đốt, mô hình dòng khí thải và sự thất thoát nhiệt ở cửa. Việc đạt được cấp độ 1 TUS trên lò luyện gang kiểu toa xe thường yêu cầu các bộ phận gia nhiệt bằng điện với khả năng điều khiển vùng rất chính xác thay vì sử dụng đầu đốt khí.
Quy trình TUS theo tiêu chuẩn AMS 2750F yêu cầu đặt một dãy các cặp nhiệt điện khắp vùng làm việc của lò. Vùng làm việc là thể tích mà trong đó vật liệu cần xử lý nhiệt phải được đặt để nhận được phương pháp xử lý nhiệt quy định — vùng này không bao gồm các khu vực gần tường, cửa và vách sau, nơi nhiệt độ có thể không đồng đều. Đối với lò có đáy di động, vùng làm việc thường được định nghĩa là thể tích cách tường, trần và cửa ít nhất 300 mm, và cách bề mặt đáy ít nhất 150 mm.
Số lượng cặp nhiệt điện TUS cần thiết phụ thuộc vào thể tích vùng làm việc. Đối với thể tích lên đến 0,085 mét khối (3 feet khối), cần 9 cặp nhiệt điện — một cặp ở mỗi góc của lưới hình chữ nhật cộng thêm một cặp ở trung tâm. Đối với thể tích từ 0,085 đến 6,4 mét khối, số lượng tăng lên thành lưới 4x4x4 hoặc 15-40 cặp nhiệt điện tùy thuộc vào tỷ lệ kích thước. Đối với lò đốt đáy di động lớn có vùng làm việc từ 30-50 mét khối, tiêu chuẩn yêu cầu một lưới có đủ cặp nhiệt điện sao cho không có hai điểm đo liền kề nào cách nhau quá 0,6 mét.
Hệ thống cặp nhiệt điện được gắn trên một khung thử nghiệm — một cấu trúc nhẹ, thường được làm bằng ống thép không gỉ, giúp định vị các cặp nhiệt điện tại các vị trí đã được chỉ định mà không ảnh hưởng đáng kể đến luồng không khí hoặc sự truyền nhiệt trong lò. Khung thử nghiệm được đặt trên toa xe có bánh xe, và toa xe được di chuyển vào trong lò để tiến hành khảo sát.
Quá trình khảo sát được thực hiện ở nhiệt độ hoạt động tối thiểu và tối đa của lò nung, và thông thường cũng được thực hiện ở một hoặc nhiều nhiệt độ trung gian khác. Đối với lò nung có công suất định mức từ 500-1100°C, quá trình khảo sát sẽ được thực hiện ở 500°C, 800°C và 1100°C — ba chu kỳ khảo sát hoàn chỉnh. Ở mỗi nhiệt độ, sau khi lò nung ổn định (tất cả các cặp nhiệt điện khảo sát nằm trong phạm vi ±3°C so với điểm đặt trong 30 phút), dữ liệu sẽ được thu thập trong tối thiểu 30 phút.
Tiêu chí chấp nhận là tất cả các cặp nhiệt điện được sử dụng trong khảo sát phải nằm trong phạm vi dung sai đồng nhất đã quy định trong suốt toàn bộ thời gian thu thập dữ liệu. Nếu bất kỳ cặp nhiệt điện nào lệch ra ngoài phạm vi dung sai, khảo sát sẽ thất bại ở nhiệt độ đó. Các khảo sát thất bại yêu cầu điều chỉnh các điều khiển của lò nung — thường là độ lệch nhiệt độ vùng trong bộ điều khiển — và kiểm tra lại.
Điều chỉnh độ lệch nhiệt độ vùng là công cụ chính để cải thiện độ đồng đều. Nếu TUS cho thấy phần trước của lò (gần cửa) hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn 8°C so với điểm đặt trong khi phần sau hoạt động ở điểm đặt, bộ điều khiển vùng phía trước có thể được lập trình với độ lệch +8°C. Sau khi điều chỉnh, TUS được chạy lại để xác minh sự cải thiện. Hầu hết các lò có thể đạt được độ đồng đều Loại 2 với việc điều chỉnh độ lệch vùng thích hợp, ngay cả khi khảo sát ban đầu cho thấy ±10°C hoặc tệ hơn.
Chu kỳ kiểm tra phụ thuộc vào loại lò và mức độ quan trọng của công việc. Đối với lò loại 2 dùng để xử lý các linh kiện hàng không vũ trụ, việc kiểm tra TUS phải được lặp lại 6 tháng một lần theo tiêu chuẩn AMS 2750F. Đối với lò loại 4 dùng để xử lý nhiệt thương mại, việc kiểm tra hàng năm là điển hình. Bất kỳ sự thay đổi lớn nào đối với lò – thay thế đầu đốt, nâng cấp hệ thống điều khiển, lót lại lớp vật liệu chịu lửa – đều dẫn đến việc phải tiến hành kiểm tra tái chứng nhận.
Mối quan hệ giữa TUS và SAT (Kiểm tra Độ chính xác Hệ thống) thường bị nhầm lẫn. TUS đo sự phân bố nhiệt độ trong toàn bộ vùng làm việc. SAT đo độ chính xác của bộ điều khiển lò và các cặp nhiệt điện ghi lại so với một chuẩn tham chiếu đã được hiệu chuẩn. Cả hai bài kiểm tra đều cần thiết để tuân thủ tiêu chuẩn AMS 2750, nhưng chúng phục vụ các mục đích khác nhau. Một lò có thể vượt qua bài kiểm tra SAT (cặp nhiệt điện điều khiển đọc chính xác) nhưng lại không vượt qua bài kiểm tra TUS (một số phần của vùng làm việc quá nóng hoặc quá lạnh so với điểm điều khiển).
Hồ sơ là sản phẩm đầu ra của một cuộc kiểm định lò nung (TUS). Báo cáo khảo sát phải bao gồm thông tin nhận dạng lò nung, ngày kiểm định, nhiệt độ kiểm định, sơ đồ thể hiện vị trí các cặp nhiệt điện, dữ liệu nhiệt độ thô tại tất cả các cặp nhiệt điện trong toàn bộ thời gian thu thập dữ liệu, độ đồng đều nhiệt độ được tính toán và kết quả đạt/không đạt. Báo cáo này trở thành một phần của hồ sơ chất lượng lò nung và được xem xét trong các cuộc kiểm toán của khách hàng và quá trình chứng nhận NADCAP.
MONTE INTELLIGENCE bao gồm việc kiểm tra TUS ban đầu như một phần của quá trình vận hành thử lò nung và có thể cung cấp dịch vụ kiểm tra lại định kỳ. Chúng tôi cũng cung cấp phần cứng lắp đặt cặp nhiệt điện, hệ thống thu thập dữ liệu và phần mềm báo cáo.
Để được hỗ trợ về dịch vụ TUS hoặc vận hành lò nung, vui lòng liên hệ helenxu@cnlymonte.com.
