抽屉式小型台车炉

Drawer-type small bogie hearth furnace

         在现代工业制造领域中，高温加热技术不仅是实现材料成形、性能调控和工艺热处理的基础环节，更是影响生产效率、产品质量与能耗水平的关键技术之一。随着节能减排与智能制造的持续推进，传统加热方式正逐步向高效、精密、节能与智能化方向演进。UTONLAB依托深厚的热处理与热工装备研发经验，围绕高温工艺加热的核心需求，构建了覆盖科研、制造与应用全链条的加热解决方案。

         因用户产品的要求，设计制造了抽屉式小型台车炉（通常简称为小型台车炉），一种专用于实验室和小批量热处理的节能型周期式作业炉，主要用于高铬、高锰钢铸件、灰口铸铁件球墨铸铁件、轧辊、钢 球、破碎机锤头、耐磨衬板等材料的淬火、退 火、时效以及各种机械零件的热处理。它适用于实验室和小批量生产环境，能够提供高效、节能的热处理解决方案。

         在本项目中，我们针对实验室与小批量热处理的应用需求，围绕“热效率、控温精度、温场均匀性”三大核心方向，对传统台车炉的加热系统进行了系统性优化与智能化升级。

         我们重新设计了四区分布、双区独立控温的热场结构，显著提升了炉膛温度均匀性，使其在保温状态下可稳定控制在±8℃以内。同时，采用0Cr27A17Mo2电阻丝发热体与嵌入式安装工艺，配合优化的功率调控算法，使设备实现了“空炉升温≤0.5小时、能量损耗≤5%”的高效节能表现。

         在控制系统方面，我们构建了基于PID闭环调控与可控硅移相触发的智能温控平台，能够精准执行多阶段升温与保温曲线，控温精度达±2℃。炉内配备循环热风系统，通过热流再分配消除温度死角，确保不同位置工件的加热一致性。同时，系统集成了超温声光报警与自动断电保护功能，并采用氧化铝陶瓷纤维保温结构，实现炉壁温度≤42℃的安全节能控制。

         通过上述技术创新，我们成功打造出一款兼具节能、高精度与科研级热场稳定性的智能加热装备，为实验级热处理提供了高可靠性、高一致性的加热解决方案。

图1 抽屉式台车炉实物示意图

图2 抽屉式台车炉三维示意图

         抽屉式台车炉主要技术参数：

         一、加热结构与能效优化

         1、多区分布加热系统（4区结构）

         设备采用“两侧 + 前后”四区加热布置，能够针对不同空间位置进行分区功率调节。

         每个加热区可独立控制，避免传统单区炉温场分布不均的问题，实现更稳定的温度梯度控制。

         优势：适用于不同工件尺寸、不同热处理工艺要求的灵活温控。

         2、高效电阻丝加热元件（0Cr27A17Mo2）

         电阻丝具备良好的抗氧化、抗蠕变性能，适合中高温长周期运行。

         采用嵌入式安装工艺，保证热辐射方向与工件加热面一致，提高热传递效率。

         优势：加热响应快、热效率高、寿命长。

图3 电热元件：优质电阻丝

        3、热能利用率与损耗控制

         采用高密度陶瓷纤维保温结构，炉壁温度≤42℃，显著降低环境热损失；

        空炉升温时间≤0.5h，空炉损耗≤5%，体现出优异的能量利用效率；

        优势：在保证快速升温的同时，实现节能运行与低热惯性控制。

        二、温度控制与热场均匀性技术

       1、PID闭环温控系统

        通过智能PID调节 + 可控硅移相触发实现连续功率输出控制，避免温度过冲。

        系统具备自整定功能，可根据实际负载自动优化PID参数，实现温度的自适应控制。

        控制精度可达±2℃，适合对加热过程温度精度要求高的实验或小批量工艺。

图4 温度控制界面

        2、多点测温与分区反馈控制

        配置2个独立测温点（K型热电偶），监测不同加热区的温度波动；

        形成闭环反馈调节机制，保证各区独立控温与总体温度一致性；

        优势：提高温控分辨率与数据可靠性。

        3、热场循环均温技术

        炉内集成循环热风机系统，在保温阶段形成稳定气流场，实现对流换热；

        温场均匀性可达±8℃以内，有效避免工件局部过热或欠烧；

        优势：保障热处理工件的组织与性能一致性。

        三、安全与智能保护技术

        1、超温声光报警与自动断电保护

        每个加热区独立设定安全温度上限，一旦超限立即切断主回路并报警；

        优势：防止工件过烧及设备损坏，增强运行安全性。

         2、功率闭环控制与节能调度

         系统根据实际温度偏差自动调整输出功率，实现功率的按需分配；

         优势：降低电能浪费，提升系统热效率与稳定性。

         一、加热技术的创新意义

         1、从“加热”到“控热”的技术升级：传统小型台车炉普遍存在温度控制单一、热场分布不均、能耗高等问题。我们通过多区独立加热、PID闭环控制与热风循环均温技术的集成，我们让加热过程从传统经验式操作，转变为数据化、可调节、可追溯的科学控制过程。这意味着高温工艺不再只是“热处理”，而成为一种“热设计”与“热工程”的精密过程。

         2、实现智能化与可视化温控：本项目将智能PID调节与触控工艺界面结合，能够动态显示温度曲线并自动修正参数。这使加热过程从人工经验式操作升级为数据驱动型智能控制，提高了温控系统的自适应能力与重复精度。

         3、工业制造的节能化与绿色化：传统高温加热设备能耗高、热损大。我们通过陶瓷纤维隔热、智能功率调节与热能回收设计，让设备热效率提升20%以上，炉壁温度控制在42℃以内。这不仅显著降低了能源消耗与运行成本，更代表着工业制造向绿色低碳转型的重要方向。

         二、产业与战略意义

         1、促进实验级装备的产业化升级：

         通过在实验炉中实现工业化温控精度，打通了“科研—工程—产业”链条的中间环节。该项目对打造国产高精度热处理装备体系具有示范价值。

         2、构建UTONLAB全场景加热技术体系的重要环节

         抽屉式小型台车炉的设计经验与温控算法，为UTONLAB系列设备提供了可直接迁移的控制逻辑与温度曲线管理方案。通过这一设备平台，我们在材料热处理环节实现了加热精度、温度均匀性及升降温速率的综合优化。这项工作不仅是对单台设备的技术迭代，更是UTONLAB全场景加热体系在材料热处理领域的核心落地环节。通过持续的工艺验证与设备集成，我们逐步形成了可覆盖不同材料体系、不同热处理工艺（如固溶、时效、退火、应力消除等）的通用加热控制标准，实现了热处理过程的可视化、可控化与智能化。

         3、构建可模块化复制的加热技术体系

         抽屉式小型台车炉的加热结构、控制逻辑与安全体系可作为标准化模块推广应用。这一设计思想为未来不同规格、不同温区的定制化热处理设备提供了技术通用性基础。