温度控制应用

温度控制temperature control在分布参数系统中，温度控制是以控制温度场中温度分布为目标的。

当挤压筒加热功率过大时, 很容易导致挤压筒软化, 破坏挤压筒预应力结构, 因此, 对挤压筒进行温度控制非常必要。挤压筒温度稳定, 不仅能够保证挤压筒的正常使用性能, 还会延长其使用寿命。

挤压筒温度控制包括控制最高温、控制最低温、控制温升和温差、分区加热、热电偶多点测量。

1 温升和温差控制

挤压筒突然加热可能会产生较高热应力, 导致挤压筒组件开裂, 或内衬相对于外套移动。为尽量减小挤压筒热应力, 需要控制挤压筒温升, 使其温度梯度最小。一般情况下, 挤压筒加热到需要温度时, 保温时间必须超过8 h 以上, 温升速率应不超过50℃/h- 1 。在挤压过程中, 挤压筒温度应尽量低于450℃。一旦产生过热, 挤压筒硬度会发生软化, 只能重新进行热处理。

控制挤压筒温差即控制温度径向、轴向分布。温度径向分布很难控制, 原因在于: 挤压过程中,挤压筒内衬内孔靠近热坯锭, 内衬内表面温度最高,而且其温度径向分布遵循非线性温度曲线。一般情况下, 挤压过程中的挤压筒外套不会比内衬温度高, 但如果挤压筒外套内安装环形电阻加热器, 由于控制热电偶远离加热器, 挤压筒外套可能会比内衬温度高, 在这种情况下, 如果挤压筒再承受较大压力, 将会损坏挤压筒内衬。

挤压筒温度轴向分布相对变化小。挤压筒两端存在热量损失, 这将导致挤压筒两端比中心温度低, 而且可能使挤压筒中心凸起。另外, 挤压筒模口端温度比进口端温度高, 这是由于热坯锭在模口端的停留时间较长。

2 分区加热

在挤压过程中, 由于热坯锭及热坯锭与内衬之间摩擦产生了大量热能, 因此, 通常只需要在挤压筒内相应区域补充很少热量, 以保证挤压筒温度分布均匀。例如, 挤压筒进口端和模口端存在温差,为保持轴向温度分布均匀, 前、后两个区域分别采用独立加热系统, 通过各自热电偶识别, 测量前、后区域温差并进行补偿。另外, 挤压筒顶部和底部沿周向和径向也分别对应设置多个测温点, 以及冷却区。对于轴向长度较短的挤压筒, 可以考虑仅在进口端和模口端设计独立加热区域; 若挤压筒较长, 则应沿挤压筒长度方向增加加热区域, 加热区域数量及各区域间隔根据加热元件功率确定。

挤压筒顶部和底部也需要独立加热系统, 原因在于: 挤压筒底部失去的热量会上升到顶部, 导致顶部比底部温度高, 即挤压筒上半部分比下半部分热。与热传导相比, 尽管通过此种方式传递的热量并不大, 但为获得均匀应力场, 在挤压筒底部增加独立加热系统仍是非常必要的。

对于大型挤压机, 挤压筒轴向和径向尺寸均较大, 为获得理想的挤压筒加热状态, 不得不采用多个独立加热系统, 而且必须对挤压筒温度及温度变化率进行程序控制, 使温度严格按给定温控曲线变化。现代大型挤压机生产线上普遍应用PLC 作为温度闭环控制系统核心, 通过上位机对温度控制参数进行设定和显示, 并进行故障报警和警告。PLC 温度闭环控制系统原理: 根据温度检测值与给定值偏差, 通过PLC 程序控制脉冲发生器的脉冲输出宽度, 进而控制调功器启动和停止, 改变加热元件通电时间, 对加热元件功率进行控制。控制系统硬件主要包括测温热电偶、模拟量输入模块、可编程序控制器、数字量输入和输出模块、按钮、继电器、指示灯、报警和辅助触点等。

温度控制装置是加热过程中控制温度的装置，被加热物料的温升主要取决于辐射器功率及被加热物料的类别。此外不同物料要求加热的温度也不同，电压的波动也影响加热的温度。为了保证产品的质量，提高效率,所以红外加热装置都装有温度控制装置。

微波加热设备主要由电源、微波发生器、波导管、微波加热器以及冷却系统组成。微波发生器中的微波管将直流电能转换成微波能量，微波能量通过连接波导传输到微波加热器，对物料进行加热。冷却系统对微波管的腔体及阴极部分进行冷却(冷却方式为风冷或水冷)。微波发生器产生微波的器件主要是速调管及磁控管。微波加热器的结构主要取决于微波传输过程所产生的现象，如传输线终端接匹配负载产生行波场。传输线终端短路或开路产生反射和驻波现象。故微波加热器可分为四大类:即驻波场谐振腔型加热器、行波场波导型加热器、辐射型加热器和慢波型加热器。