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[摘 要]本文以台车热处理炉监控系统为对象，总体性地的分析热处理台车炉温度控制系统的发展概况，并且对国内外主要系统产品进行了概述，内容全面，介绍清楚，有一定参考价值。
[关键词]热处理 炉温 控制
中图分类号：TD55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0149-01
1 前言
对金属材料和金属制品的性能进行改善的方法之一就是金属热处理。金属热处理包括有几个重要过程，首先是对金属或金属制品进行加热，当达到一定的温度时停止加热;再使其保持此温度一段时间;经过保温时间后再按一定速度将其冷却至某一温度。热处理的最终目的是让金属的组织结构发生变化，达到人们要求的性能，主要的原理是使金属发生相的转变。
金属热处理在机械制造工业中具有很高的地位，与别的加工工艺相比较，热处理工艺主要是改变了金属内部的结构组织，同时在其表面发生化学反应，将其表面的化学组成进行改变，增强了金属的使用性，经过热处理后的金属材料的外形和化学成分通常不会发生改变。所以为了使金属材料的力学、物理以及化学的特性能够达到要求，除了材料选用要合理满足实际要求，使用特定的成形的工艺以外，还要对其进行一个必不可少的过程那就是热处理。所以总体来说，热处理是有利于工件的各种性能的提高，并且改变金属材料的组织和应力状态，对金属材料的冷、热加工有良好的影响。
根据热处理工艺的过程和对金属材料影响的条件来看，温度是金属热处理过程中非常重要的影响因素，所以为了保证金属材料热处理后的质量，在金属材料进行热处理的过程中，对热处理炉内的温度进行控制非常重要。热处理过程中的温度上升的过程，主要使温度达到金属材料相变温度以上，这个温度根据金属材料的不同，以及热处理的目的的不同而产生相应的改变，最后该阶段会得到高温组织。而热处理过程中的温度保持过程，是为了使金属材料性能转变完全，这个变化会根据目的和材料的不同而有所不同，但都需要一定的时间，不能马上完成变化。所以在这个阶段需要维持其在一定温度下一段时间，保证金属材料内外的温度一致，才能得到理想的热处理结果。
金属材料进行热处理的工业设备是实现热处理工艺的关键，该设备的性能和好坏，与材料热处理的效果直接相关。台车电阻式热处理炉是进行热处理加热的一种大型的热工设备，它通过移动台车完成对进出料的间接加热。首先在炉外装料，再通过台车传动装置将料拉至炉内，当加热工艺完成后再通过台车传动装置将加热后的料拉至炉外并卸料，整个加热过程操作简单、自动化强度高，是大件集中加热的一种理想炉型。高温全纤维台车式电阻炉是其中的一种，它采用高铝耐火纤维，属于轻型炉衬结构，蓄热能力佳，且散热损失少，温度升高得快，节能效果好。大型高温台车式电阻炉多为全纤维结构，对纤维进行二次加工，并在加工时预埋紧固件，充分发挥了全纤维的特点，大大减少了炉子的热损失。
台车式电阻炉属于典型的热处理设备;该炉使用电能进行加热，对工件的热处理工艺较为简单，控制过程中控制参数较少，控制相对于气氛炉较简单，实际应用中更易于操作和实现，因此在台车热处理炉中应用较为广泛。
2 国内外研究现状
2.1 热处理台车炉温度控制研究现状
热处理工艺要求对被控对象进行实时温度控制，因而实现热处理工艺的温度控制系统中采用的温度控制器要有较强的信号跟踪能力和良好、稳定的动态特性，以保障温度控制系统运行过程中可以实时跟踪预先设定的温度工艺曲线。针对电加热炉的温度控制系统的研究与应用经历了几个阶段：
（1）模拟PID控制方案
采用这种方案，每个炉子要用PID仪表构成闭环控制，如果炉子比较多，所需PID仪表的数量也成倍数的增长，相应的成本也将随之增加，并且这种仪表调节不方便，升温过程缓慢，且难以保证温度控制精度。
（2）数字PID控制方案
PID算法简单易学、调整参数简便，且控制精度也较高，是工业控制中常用的控制算法。但是，PID算法使用时的局限性较强，只有在系统参数为非时变时，采用该算法才能达到理想的效果;当把PID调节器应用到时变参数系统中时，系统的性能会变差。针对这些不足，有人提出了直接数字化（DDC）控制，非线性PID控制算法，在实际应用中取得了一定的成果。
PID控制器工作稳定、可靠，被广泛应用于电阻炉温度控制系统。台车炉在加热工件的过程中，因装料和卸料都是在炉外进行，使得台车炉的密封性差，因而台车炉温度控制系统为强耦合系统，采用常规的控制难以获得满意的控制效果。与台车炉相比较，其他炉型也有各自不同的特点，为了满足各种复杂炉型温度控制系统的控制需求，大量的学者开始研究先进控制算法。
2.2 热处理炉温度控制的国内外现状
在国外，对热处理炉的温度、压力、燃料量、进气量的等单个重要参数的控制，早在20世纪60年代就已经开始，通过PID调节器设置和调节重要的参数，同时还在系统中安装监测的智能仪表实时监测大型热处理炉内的温度、压力、燃料量和进气量等，当时使用的PID调节器是通过传统PID算法控制实现，同时控制系统还可以是实现人工远程的对热处理炉进行控制。发达国家在上世纪末就在热处理温度控制研究方面取得了较为成熟的研究成果，例如：日本KASHIMA钢厂以钢坯作为热处理研究目标，研究了其出炉温度，并通过PLC控制器控制钢坯温度的空燃比，实现了热处理炉内温度的最优控制;美国CONSHOHOCHEN公司主要研究了热处理炉的温度控制，通过空燃比控制法结合DEV MICRO VAXIII实现了系统温度控制，并且对炉内的压力控制，系统可以手动设定温度值，还根据要求完成生产调度模型的建立;瑞典DOMNARVET公司对热处理的温度曲线进行了研究，根据得到的最佳曲线，对温度控制系统进行了研究，并使用PLC控制器完成了实现;德国LOI公司主要研究全氢罩式炉退火工艺，对罩式炉车间调度进行了优化处理，并采用模型技术建立了罩式炉的传热数学模型。
Naoharu Yeshiva等人采用多变量自回归分析法建立控制模型，实现参数评估的同时也提高了经典物理模型的实用度;
Gerard B loch等人应用神经网络控制算法，通过对带钢退火热处理炉热工性能的研究，建立了热处理炉温度的智能控制模型;
张国范等人，利用新式PID自校正控制器，对开环不稳定的非最小相位系统进行了控制。这种新型控制器是使用极点配置控制技术与传统的PID控制技术相融合而形成，并且这种控制器还可以控制延时不断改变的系统，该控制器鲁棒性很强，在热处理炉温度控制中已经成功的应用。
3 结论
本文讲述了台车处理炉监控系统研究现状，首先介绍金属热处理的研究意义，接着从国内外热处理炉控制系统的算法以及各国热处理炉控制系统的产品进行了全面的分析。
参考文献
[1]李森，封立杰，王前，白佳海，贾元平，陈孝良，刘俊成，杜庆洋 .隧道窑反应烧结合成铁铝尖晶石[J].非金属矿，2016.
[2]雷国全，旋转隧道窑烟气处理技术[J].砖瓦世界，2016，3.
[3]王建义.隧道窑施工质量及技术管理浅析[J].砖瓦，2016，3.
[4]谭映山，陈凯，邹正红，曾令可.超宽体辊道窑结构的设计[J].中国陶瓷工业，2015，6.
[关键词]热处理 炉温 控制
中图分类号：TD55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0149-01
1 前言
对金属材料和金属制品的性能进行改善的方法之一就是金属热处理。金属热处理包括有几个重要过程，首先是对金属或金属制品进行加热，当达到一定的温度时停止加热;再使其保持此温度一段时间;经过保温时间后再按一定速度将其冷却至某一温度。热处理的最终目的是让金属的组织结构发生变化，达到人们要求的性能，主要的原理是使金属发生相的转变。
金属热处理在机械制造工业中具有很高的地位，与别的加工工艺相比较，热处理工艺主要是改变了金属内部的结构组织，同时在其表面发生化学反应，将其表面的化学组成进行改变，增强了金属的使用性，经过热处理后的金属材料的外形和化学成分通常不会发生改变。所以为了使金属材料的力学、物理以及化学的特性能够达到要求，除了材料选用要合理满足实际要求，使用特定的成形的工艺以外，还要对其进行一个必不可少的过程那就是热处理。所以总体来说，热处理是有利于工件的各种性能的提高，并且改变金属材料的组织和应力状态，对金属材料的冷、热加工有良好的影响。
根据热处理工艺的过程和对金属材料影响的条件来看，温度是金属热处理过程中非常重要的影响因素，所以为了保证金属材料热处理后的质量，在金属材料进行热处理的过程中，对热处理炉内的温度进行控制非常重要。热处理过程中的温度上升的过程，主要使温度达到金属材料相变温度以上，这个温度根据金属材料的不同，以及热处理的目的的不同而产生相应的改变，最后该阶段会得到高温组织。而热处理过程中的温度保持过程，是为了使金属材料性能转变完全，这个变化会根据目的和材料的不同而有所不同，但都需要一定的时间，不能马上完成变化。所以在这个阶段需要维持其在一定温度下一段时间，保证金属材料内外的温度一致，才能得到理想的热处理结果。
金属材料进行热处理的工业设备是实现热处理工艺的关键，该设备的性能和好坏，与材料热处理的效果直接相关。台车电阻式热处理炉是进行热处理加热的一种大型的热工设备，它通过移动台车完成对进出料的间接加热。首先在炉外装料，再通过台车传动装置将料拉至炉内，当加热工艺完成后再通过台车传动装置将加热后的料拉至炉外并卸料，整个加热过程操作简单、自动化强度高，是大件集中加热的一种理想炉型。高温全纤维台车式电阻炉是其中的一种，它采用高铝耐火纤维，属于轻型炉衬结构，蓄热能力佳，且散热损失少，温度升高得快，节能效果好。大型高温台车式电阻炉多为全纤维结构，对纤维进行二次加工，并在加工时预埋紧固件，充分发挥了全纤维的特点，大大减少了炉子的热损失。
台车式电阻炉属于典型的热处理设备;该炉使用电能进行加热，对工件的热处理工艺较为简单，控制过程中控制参数较少，控制相对于气氛炉较简单，实际应用中更易于操作和实现，因此在台车热处理炉中应用较为广泛。
2 国内外研究现状
2.1 热处理台车炉温度控制研究现状
热处理工艺要求对被控对象进行实时温度控制，因而实现热处理工艺的温度控制系统中采用的温度控制器要有较强的信号跟踪能力和良好、稳定的动态特性，以保障温度控制系统运行过程中可以实时跟踪预先设定的温度工艺曲线。针对电加热炉的温度控制系统的研究与应用经历了几个阶段：
（1）模拟PID控制方案
采用这种方案，每个炉子要用PID仪表构成闭环控制，如果炉子比较多，所需PID仪表的数量也成倍数的增长，相应的成本也将随之增加，并且这种仪表调节不方便，升温过程缓慢，且难以保证温度控制精度。
（2）数字PID控制方案
PID算法简单易学、调整参数简便，且控制精度也较高，是工业控制中常用的控制算法。但是，PID算法使用时的局限性较强，只有在系统参数为非时变时，采用该算法才能达到理想的效果;当把PID调节器应用到时变参数系统中时，系统的性能会变差。针对这些不足，有人提出了直接数字化（DDC）控制，非线性PID控制算法，在实际应用中取得了一定的成果。
PID控制器工作稳定、可靠，被广泛应用于电阻炉温度控制系统。台车炉在加热工件的过程中，因装料和卸料都是在炉外进行，使得台车炉的密封性差，因而台车炉温度控制系统为强耦合系统，采用常规的控制难以获得满意的控制效果。与台车炉相比较，其他炉型也有各自不同的特点，为了满足各种复杂炉型温度控制系统的控制需求，大量的学者开始研究先进控制算法。
2.2 热处理炉温度控制的国内外现状
在国外，对热处理炉的温度、压力、燃料量、进气量的等单个重要参数的控制，早在20世纪60年代就已经开始，通过PID调节器设置和调节重要的参数，同时还在系统中安装监测的智能仪表实时监测大型热处理炉内的温度、压力、燃料量和进气量等，当时使用的PID调节器是通过传统PID算法控制实现，同时控制系统还可以是实现人工远程的对热处理炉进行控制。发达国家在上世纪末就在热处理温度控制研究方面取得了较为成熟的研究成果，例如：日本KASHIMA钢厂以钢坯作为热处理研究目标，研究了其出炉温度，并通过PLC控制器控制钢坯温度的空燃比，实现了热处理炉内温度的最优控制;美国CONSHOHOCHEN公司主要研究了热处理炉的温度控制，通过空燃比控制法结合DEV MICRO VAXIII实现了系统温度控制，并且对炉内的压力控制，系统可以手动设定温度值，还根据要求完成生产调度模型的建立;瑞典DOMNARVET公司对热处理的温度曲线进行了研究，根据得到的最佳曲线，对温度控制系统进行了研究，并使用PLC控制器完成了实现;德国LOI公司主要研究全氢罩式炉退火工艺，对罩式炉车间调度进行了优化处理，并采用模型技术建立了罩式炉的传热数学模型。
Naoharu Yeshiva等人采用多变量自回归分析法建立控制模型，实现参数评估的同时也提高了经典物理模型的实用度;
Gerard B loch等人应用神经网络控制算法，通过对带钢退火热处理炉热工性能的研究，建立了热处理炉温度的智能控制模型;
张国范等人，利用新式PID自校正控制器，对开环不稳定的非最小相位系统进行了控制。这种新型控制器是使用极点配置控制技术与传统的PID控制技术相融合而形成，并且这种控制器还可以控制延时不断改变的系统，该控制器鲁棒性很强，在热处理炉温度控制中已经成功的应用。
3 结论
本文讲述了台车处理炉监控系统研究现状，首先介绍金属热处理的研究意义，接着从国内外热处理炉控制系统的算法以及各国热处理炉控制系统的产品进行了全面的分析。
参考文献
[1]李森，封立杰，王前，白佳海，贾元平，陈孝良，刘俊成，杜庆洋 .隧道窑反应烧结合成铁铝尖晶石[J].非金属矿，2016.
[2]雷国全，旋转隧道窑烟气处理技术[J].砖瓦世界，2016，3.
[3]王建义.隧道窑施工质量及技术管理浅析[J].砖瓦，2016，3.
[4]谭映山，陈凯，邹正红，曾令可.超宽体辊道窑结构的设计[J].中国陶瓷工业，2015，6.