马弗炉变功率调温自动控制系统的研究
1 国内外热处理设备使用现状
1.1 国内热处理设备使用现状
目前，全国热处理加工厂约18000个，热处理设备总量已超15万台，装机容量约2250万kW，年耗电约330亿kW·h，电力成本占热处理销售收入的30%左右。未来热处理加工行业将保持10%左右平稳增速，到2015年我国专业热处理加工比例可提升至30%，市场空间仍然很大。我国热处理行业普通设备中高炉龄设备占80%，主要表现为生产规模小、质量差、效率低、能耗高、污染严重，尤其是在基础工艺、设备配套、质量控制与节能减排方面差距明显，可控气氛炉、真空炉、感应炉等少无氧化的先进设备占总设备的8%。而国外工业发达国家已实现80%以上少无氧化先进设备，其中包括：控制气氛热处理、化学热处理、感应热处理、真空热处理、激光热处理、表面改性技术与复合热处理等，已实现对热处理全过程进行工艺参数的全面控制，并正在向自动化、集成化、柔性化和智能化的方向发展。从1995年到2003年短短的8年时间，控制系统在其领域就经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代，控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变。与工业发达国家相比，我国热处理技术还有较大差距，主要体现在精密控制技术、节能环保技术、热处理设备的设计制造技术等方面，尤其是应用计算机模拟技术的精密控制热处理技术明显落后。未来热处理加工行业将保持10%左右平稳增速，到2015年我国专业热处理加工比例可提升至30%，市场空间仍然很大。并且要有计划地调整产品结构，把节能减排作为热处理行业调整经济结构、转变发展方式的工作重点。
国内马弗炉的研究开始于上世纪七十年代。经历了加热方式转变、结构的转变、控制系统的转变等过程。上世纪九十年代开始与国外公司合作，目前我国马弗炉无论在结构设计、温度的均匀性、使用稳定性、故障率、自动化程度还是能耗上均有很大提升[1]。
1.2 国外马弗炉研究的现状
国外的马弗炉在新材料应用，控制系统的性能优化，在炉体结构、冷却系统、传送系统、控制系统、安全保护等方面的设计都处于领先地位。知名的马弗炉制造公司产品具有系列化、专用化的特点，在自动控制、结构设计及温度场技术等方面拥有多项发明专利。微波马弗炉国外已有成熟产品销售，但价格不菲。上海某公司作为国内实验室微波仪器的领先者，也开发出了商品化的设备。但是微波马弗炉由于其原理结构复杂，导致整机的重量远远超过其他类型马弗炉，并且价格也非常昂贵。
国外的热处理厂家非常重视热处理过程中的冷却。根据产品的技术和工艺要求，可进行慢速冷却、油淬冷却、一次性气淬冷却等。快速气氛循环冷却采用向冷却室喷射高压气体，由计算机控制流速和流量的变化，以达到在特定时间内冷却速度，从而实现热处理过程中所要求的冷却曲线，确保零件的热处理质量。以前采用气淬方式冷却的淬火气体有氮气、氦气等，现在用空气强烈喷射，使工件在极快速度下冷却，淬火后表面仅有极薄的氧化色膜，呈灰白色，零件色彩依然美观，而节约大量氮气和惰性气体，使热处理成本进一步下降。[2]
欧洲热处理设备的特点在于，为了使工件在生产线上自如地完成整个所要求的热处理工艺过程，被特定设计的连续炉相互连接沟通。炉膛内可多方位贯通，并可使工件料筐90℃角转入下道加热区或过渡保温箱，经传送抵达下一工序或进入冷却室冷却。这种炉体结构和传送装置都具有相当高的水平。以可控气氛箱式炉为例，为满足渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、淬火或光亮淬火、等温淬火等热处理工艺的实施，料盘和料架上的工件以冷链驱动的方式自动送入、通过和送出炉膛，在各自的炉子中完成所要求的工艺。箱式炉与相应的计算机辅助测量、控制与调节系统连用，形成各个独立的模块单元，易于相互连接，构成完善、灵活、组合式自动热处理系统。
