專利名稱：感應(yīng)透熱溫度控制方法及其溫控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱處理領(lǐng)域，涉及一種熱處理過程中的溫度自動控制方法及其溫控系 統(tǒng)，特別涉及適用于連續(xù)加熱的感應(yīng)透熱設(shè)備的溫度自動控制方法及其溫控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱的傳遞原理分為傳導、對流、熱輻射。傳統(tǒng)的工業(yè)加熱方式是是采用電阻爐加 熱，電阻爐是以電流通過導體所產(chǎn)生的焦耳熱為熱源的電爐，熱效率可達40 50c/o。目前有熱效率更佳的感應(yīng)加熱應(yīng)用于工業(yè)加熱，主要應(yīng)用于冶金/冶煉等領(lǐng) 域， 通過感應(yīng)加熱，具有節(jié)能、污染小、速度快、合金元素燒損少、電磁攪拌以及可以精確控制溫 度等優(yōu)點。由于感應(yīng)電磁加熱所需的熱量就是被加熱體本身發(fā)出的，所以熱效率要比電阻 爐高出近一倍，表面氧化和脫碳少，機械化、自動化程度高；電感應(yīng)加熱對環(huán)境沒有污染，勞 動條件好，是批量生產(chǎn)的最好加熱方式，能用最少的電力滿足熱處理工藝的要求，以低的電 力消耗達到最大的產(chǎn)能，每公斤的單耗值小，獲得較低的加工成本。感應(yīng)加熱常規(guī)的應(yīng)用為熔煉、透熱、釬焊、熱裝配、表面熱處理及粉末冶金等。透熱 作為其中的一種應(yīng)用，根據(jù)工藝的要求，加熱溫度一般為600°C 1280°C之間。然而感應(yīng)透 熱技術(shù)主要為國外所掌握，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)尚有待進一步完善，要達到完全的國產(chǎn)化，還需要 進一步的研究，尤其是關(guān)于感應(yīng)透熱爐內(nèi)溫度控制問題尚未得到很好的解決。由于非接觸紅外測溫具有響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點，而 被應(yīng)用于感應(yīng)透熱溫度檢測系統(tǒng)，通常是采用一套紅外線測溫儀檢測出料口坯料溫度，顯 示測量值，供操作者通過人工微調(diào)中頻電壓的方式保持坯料溫度穩(wěn)定。然而，熱模鍛造溫度 區(qū)間1150 1280°C，碳鋼溫鍛溫度區(qū)間600 800°C，在材料入口溫度、材料規(guī)格、傳送速 度等因素一定的情況下，出口溫度的高低取決于控制系統(tǒng)輸出功率的大小功率越大，溫度 越高；反之亦然。因此人工調(diào)節(jié)功率的措施即人工調(diào)節(jié)中頻電壓，對操作人員的熟練程度有 較高要求，而且響應(yīng)不夠及時，效率較為低下。感應(yīng)透熱爐的溫度控制另一種方式是控制出料口的機械式溫度分選機構(gòu)，剔除溫 度超過工藝允許區(qū)間的坯料。溫度分選機構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，屬于一種被動的篩選措 施。因為按照常規(guī)熱模鍛數(shù)據(jù)統(tǒng)計，黑色金屬感應(yīng)加熱單耗理論值為390kwh/t (在芯表溫 差能夠滿足壓機額定載荷要求的情況下)，實際為430 520kwh/t，其原因就是各種復雜因 素造成坯料溫度超差剔料，約占15%的能源消耗，坯料越重，比例越高；且坯料重復加熱超 過2次造成質(zhì)量風險；尤其對于較長的坯料，溫度分選方案是不能夠有效實施的。現(xiàn)有系統(tǒng) 能夠滿足加熱的基本需求，常受到參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)壓波動、坯料始溫及材料規(guī)格特性等因素影 響，使最終的出料口溫度超出工藝要求，造成能源浪費、生產(chǎn)效率下降，而且勞動強度大。因此，如何通過采集過程數(shù)據(jù)提前干預(yù)，主動控制，最終得到相對恒定的出料溫 度，是提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度的技術(shù)難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有感應(yīng)透熱技術(shù)中存在生產(chǎn)效率低下、能源浪費嚴重且勞 動強度大的問題，提供一種能夠提前干預(yù)、主動控制獲得相對恒定的出料溫度的應(yīng)用于感 應(yīng)透熱的溫度控制方法及其系統(tǒng)。上述的應(yīng)用于感應(yīng)透熱的溫度控制方法，是通過在感應(yīng)爐外設(shè)置非接觸式測溫 點，獲取實時溫度信息并反饋至控制器，通過目標值與實際值的差，經(jīng)過所述控制器邏輯處 理后，給出反饋調(diào)節(jié)量，自動控制中頻電源的輸出電壓，保證坯料加熱溫度不偏離工藝值。所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其中所述測溫點設(shè)置在所述感應(yīng)爐的出料口處。所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其中所述測溫點設(shè)置在所述出料口和至少一個 所述感應(yīng)爐相鄰兩節(jié)的端板間隙處。所述出料口和端板間隙的測量溫度反饋至所述控制 器，通過分析所述出料口測量溫度與所述端板間隙測量溫度之間的差值，判斷加入坯料溫 度是否過高，經(jīng)過所述控制器邏輯處理后，給出反饋調(diào)節(jié)量，控制所述中頻電源的輸出電 壓；待出料時，再分析所述出料口測量溫度與設(shè)定溫度差值，進一步微調(diào)中頻電源輸出電 壓。所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其中所述非接觸式測溫點是采用紅外線測溫儀。所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其中所述控制器邏輯處理后的反饋調(diào)節(jié)量通過 移相電壓給定值控制中頻電源的輸出電壓。所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其中所述控制器刷新周期可調(diào)。適用于上述的感應(yīng)透熱溫度控制方法的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括紅外線 測溫儀、可編程工業(yè)邏輯控制器、通訊接口模塊和電源；所述測溫儀至少裝設(shè)于感應(yīng)爐出料 口處；所述控制器通過所述通訊接口模塊分別信號連接所述的測溫儀和電源。所述的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其中所述測溫儀進一步裝設(shè)在至少一個所述感應(yīng)爐 相鄰兩節(jié)的端板間隙處。所述的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其中所述測溫儀位于所述感應(yīng)爐的側(cè)面。所述系統(tǒng)刷 新周期可調(diào)。有益效果本發(fā)明的感應(yīng)透熱溫度控制方法，利用紅外檢測實時溫度并反饋信息 至控制器，通過采集過程數(shù)據(jù)提前干預(yù)，主動控制，最終得到相對恒定的出料溫度，實現(xiàn)了 感應(yīng)透熱中的溫度自動控制，并且提高了溫度控制精度，與此同時，生產(chǎn)效率大為提升，勞 動強度大大降低，產(chǎn)品優(yōu)良率提高，對于感應(yīng)透熱技術(shù)的國產(chǎn)化規(guī)?；鸬搅藰O大的推進 作用。使用該方法的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)操作簡單，避免了被動分選控制造成的諸多弊端，降 低了對操作人員技能的依賴，提高系統(tǒng)自動控制性能及顯著降低耗電量。相對于過去的普 通電阻爐高溫淬火加高溫回火工藝，節(jié)能46%、生產(chǎn)效率提升5. 8倍，相當于之前的感應(yīng)透 熱爐生產(chǎn)效率提高17.6%，節(jié)能15%。


圖1是感應(yīng)透熱爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是感應(yīng)透熱爐三節(jié)爐腔的溫度升高曲線圖；圖3是本發(fā)明的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)實施例一原理圖；圖4是本發(fā)明的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)實施例二原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明的感應(yīng)透熱溫度控制方法，是通過在感應(yīng)爐外設(shè)置非接觸式測溫點，檢測 坯料表層溫度，通過設(shè)定的目標溫度值與實際測量溫度值的差，經(jīng)過控制器PLC邏輯處理 后，給出反饋調(diào)節(jié)量，通過移相電壓給定值自動控制中頻電源的輸出電壓，保證坯料加熱溫 度不偏離工藝值。具體是在測溫點設(shè)置紅外線測溫儀，獲取實時溫度信息并反饋至PLC控制器，經(jīng) 過PLC邏輯處理后，控制中頻電源的輸出電壓，保證坯料加熱溫度不偏離工藝設(shè)定值，以實 現(xiàn)感應(yīng)透熱爐內(nèi)溫度的自動調(diào)整。測溫點可以設(shè)置一個以上，單獨設(shè)置一個測溫點時，應(yīng)當 設(shè)置在感應(yīng)爐的出料口處；此時僅分析出料口處測量溫度值與設(shè)定溫度值之間的差值，調(diào) 整中頻電源輸出電壓。測溫點為兩個或兩個以上時，則設(shè)置在感應(yīng)爐出料口和至少一個相鄰兩節(jié)感應(yīng)爐 的端板間隙處。此時出料口和端板間隙的測量溫度分別反饋至控制器，需要分析出料口測 量溫度與端板間隙測量溫度之間的差值，判斷加入的坯料溫度是否過高，如若差值較大位 于合理范圍，則無須調(diào)整；若差值較小且超出合理值，則經(jīng)過控制器邏輯處理，給出反饋調(diào) 節(jié)量，控制中頻電源的輸出電壓；然后在出料時，進一步分析出料口測量溫度與設(shè)定溫度之 間的差值，并進一步微調(diào)中頻電源輸出電壓。下面以三節(jié)感應(yīng)透熱爐為例進一步說明本發(fā)明。如圖1所示，感應(yīng)爐1分為三節(jié)，包括第一節(jié)感應(yīng)爐11、位于中部的第二節(jié)感應(yīng)爐12及后部的第三節(jié)感應(yīng)爐13。其中坯料3從第一節(jié)感應(yīng)爐11的進料口進入，經(jīng)過第二、第 三節(jié)感應(yīng)爐12、13從出料口出料，該工作過程中，三節(jié)感應(yīng)爐的溫度逐漸升高，溫度升高曲 線如圖2所示。定義對應(yīng)于第一節(jié)感應(yīng)爐11與第二節(jié)感應(yīng)爐12之間的端板間隙為A，第二節(jié)12 與第三節(jié)感應(yīng)爐13之間的端板間隙為B，感應(yīng)爐1的出料口位置為C。其中B、C兩點的溫 度測量較A點更為方便，因此，下面暫以B點和C點作為測溫點為例進行說明。工況一空爐進料正常加熱，系統(tǒng)檢測到B點、C點或單獨C點溫度低，系統(tǒng)判斷無 保溫料，控制器PLC輸出最大給定值10V，中頻電源同步升至最高700V。隨著坯料3的前進， 測溫點B點首先檢測到溫度，并反饋溫度信息至PLC，當該溫度偏離設(shè)定溫度值1030°C時， PLC分析處理后，調(diào)整移相電壓，控制中頻電壓進行調(diào)整，與測量的實時溫度值成反比，即當 測量溫度高于設(shè)定溫度，調(diào)整中頻電源輸出電壓減少，反之則增強。當C點也檢測到溫度且 溫度值偏離設(shè)定值時，PLC比較B、C兩點的測量溫度差值和C點測量溫度與設(shè)定溫度的差 值，其中通過B、C兩點測量溫度的差值分析，判斷是否加入始溫過高的坯料，如若差值屬于 合理范圍，則在出料時根據(jù)C點測量溫度與設(shè)定溫度差值微調(diào)中頻電源的加熱電壓；若差 值小且超出合理范圍，則如工況二進行調(diào)整。工況二由于保溫后爐內(nèi)坯料逐漸均溫，重新開始加熱或加入始溫大于室溫的坯 料時，B、C兩點檢測到溫度差值接近，信息反饋至控制器，控制器分析處理后，給出反饋調(diào)節(jié) 量，降低中頻電源的輸出電壓，降低感應(yīng)爐1內(nèi)的溫度，以避免坯料3過熱、過燒甚至融化， 直至B、C兩點的測量溫度差值達到合理值。另外，為降低過度過程頻次，系統(tǒng)刷新周期設(shè)置可調(diào)。一般3 15S為一個刷新周 期，也可以和推料節(jié)拍同步。
在實際操作中，可以選擇單點或多點測溫。一般情況下，單點測溫即能夠做到控溫精度，而且成本較低，尤其是感應(yīng)爐透熱為單節(jié)時，即可選用單點測溫。由于感應(yīng)器運行工況的多樣性，當感應(yīng)爐處于保溫后重新加熱和加入始溫大于室 溫的坯料時，勢必造成溫度失控，尤其是多節(jié)感應(yīng)透熱爐，為避免過燒和操作失誤，此時采 用多點測溫能夠顯著提高工況適應(yīng)性。如圖3、圖4所示，本發(fā)明的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)2，包括紅外線測溫儀21、可編程工 業(yè)邏輯控制器(PLC) 24、通訊接口模塊25及感應(yīng)透熱電源26。其中紅外線測溫儀21位于感應(yīng)爐1的側(cè)面，至少裝設(shè)于感應(yīng)爐1的出料口 C點， 也可以同時在感應(yīng)爐1相鄰兩節(jié)的端板間隙A、B……中的至少一處設(shè)置安裝。當測溫儀21僅設(shè)置在C點時，測溫儀21的信號直接經(jīng)數(shù)顯儀表22到達控制器 PLC24。當測溫儀21為分別設(shè)置A、B、……、C處的多個時，測溫儀21的信號經(jīng)數(shù)顯儀表 22達通訊接口模塊25后到達控制器PLC24?？删幊坦I(yè)邏輯控制器24通過通訊接口模塊25信號連接測溫儀21和感應(yīng)透熱 電源26。測溫儀21牢固地安裝于感應(yīng)透熱爐1的側(cè)面而非其他位置，可以避免煙霧以及振 動造成的不良影響。以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，非因此局限本發(fā)明的保護范圍，故舉凡 運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所為的等效技術(shù)變化，均包含于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種感應(yīng)透熱溫度控制方法，是通過在感應(yīng)爐外設(shè)置非接觸式測溫點，獲取實時溫度信息并反饋至控制器，通過分析設(shè)定溫度與測量溫度的差，經(jīng)過所述控制器邏輯處理后，給出反饋調(diào)節(jié)量，自動控制中頻電源的輸出電壓，保證坯料加熱溫度不偏離工藝值。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其特征在于所述測溫點設(shè)置在所述 感應(yīng)爐的出料口處。
3.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其特征在于所述測溫點設(shè)置在所述 出料口和至少一個所述感應(yīng)爐相鄰兩節(jié)的端板間隙處。
4.如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其特征在于所述出料口和端板間隙 的測量溫度反饋至所述控制器，通過分析所述出料口測量溫度與所述端板間隙測量溫度之 間的差值，判斷加入坯料溫度是否過高，經(jīng)過所述控制器邏輯處理，給出反饋調(diào)節(jié)量，控制 所述中頻電源的輸出電壓；待出料時，再分析所述出料口測量溫度與設(shè)定溫度差值，進一步 微調(diào)中頻電源輸出電壓。
5.如權(quán)利要求1、2或3任一所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其特征在于所述非接觸 式測溫點是采用紅外線測溫儀。
6.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法，其特征在于所述控制器邏輯處理后 的反饋調(diào)節(jié)量通過移相電壓給定值控制中頻電源的輸出電壓。
7.適用于如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)透熱溫度控制方法的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其特征在 于所述系統(tǒng)包括紅外線測溫儀、可編程工業(yè)邏輯控制器、通訊接口模塊和電源；所述測溫 儀至少裝設(shè)于感應(yīng)爐出料口處；所述控制器通過所述通訊接口模塊分別信號連接所述的測 溫儀和電源。
8.如權(quán)利要求7所述的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其特征在于所述測溫儀進一步裝設(shè)在至 少一個所述感應(yīng)爐相鄰兩節(jié)的端板間隙處。
9.如權(quán)利要求7或8所述的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其特征在于所述測溫儀位于所述感 應(yīng)爐的側(cè)面。
10.如權(quán)利要求7所述的感應(yīng)透熱溫控系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)刷新周期可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及感應(yīng)透熱溫度控制方法及其溫控系統(tǒng)，該方法是在感應(yīng)爐外設(shè)置非接觸測溫點獲取溫度信息，經(jīng)控制器分析處理，控制中頻輸出電壓獲取相對恒定的溫度；該溫控系統(tǒng)包括測溫儀、控制器、通訊接口模塊和電源；測溫儀裝設(shè)在感應(yīng)爐的出料口和相鄰兩節(jié)端板間隙處。本發(fā)明通過采集過程數(shù)據(jù)提前干預(yù)，主動控制，最終得到相對恒定的溫度；系統(tǒng)操作簡單，降低了對操作人員技能的依賴，提高了自動控制性能，顯著降低耗電量，并可推進感應(yīng)透熱技術(shù)的國產(chǎn)化規(guī)?；?。
文檔編號C21D1/10GK101888723SQ20101016144
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者劉倉 申請人:十堰坤泰工貿(mào)有限公司