CN101888723B - 感应透热温度控制方法及其温控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及感应透热温度控制方法及其温控系统，该方法是在感应炉外设置非接触测温点获取温度信息，经控制器分析处理，控制中频输出电压获取相对恒定的温度；该温控系统包括测温仪、控制器、通讯接口模块和电源；测温仪装设在感应炉的出料口和相邻两节端板间隙处。本发明通过采集过程数据提前干预，主动控制，最终得到相对恒定的温度；系统操作简单，降低了对操作人员技能的依赖，提高了自动控制性能，显著降低耗电量，并可推进感应透热技术的国产化规模化。

Description

感应透热温度控制方法及其温控系统

技术领域

本发明属于热处理领域，涉及一种热处理过程中的温度自动控制方法及其温控系统，特别涉及适用于连续加热的感应透热设备的温度自动控制方法及其温控系统。

背景技术

热的传递原理分为传导、对流、热辐射。传统的工业加热方式是是采用电阻炉加热，电阻炉是以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉，热效率可达40～50％。

目前有热效率更佳的感应加热应用于工业加热，主要应用于冶金/冶炼等领域，通过感应加热，具有节能、污染小、速度快、合金元素烧损少、电磁搅拌以及可以精确控制温度等优点。由于感应电磁加热所需的热量就是被加热体本身发出的，所以热效率要比电阻炉高出近一倍，表面氧化和脱碳少，机械化、自动化程度高；电感应加热对环境没有污染，劳动条件好，是批量生产的最好加热方式，能用最少的电力满足热处理工艺的要求，以低的电力消耗达到最大的产能，每公斤的单耗值小，获得较低的加工成本。

感应加热常规的应用为熔炼、透热、钎焊、热装配、表面热处理及粉末冶金等。透热作为其中的一种应用，根据工艺的要求，加热温度一般为600℃～1280℃之间。然而感应透热技术主要为国外所掌握，国内相关技术尚有待进一步完善，要达到完全的国产化，还需要进一步的研究，尤其是关于感应透热炉内温度控制问题尚未得到很好的解决。

由于非接触红外测温具有响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点，而被应用于感应透热温度检测系统，通常是采用一套红外线测温仪检测出料口坯料温度，显示测量值，供操作者通过人工微调中频电压的方式保持坯料温度稳定。然而，热模锻造温度区间1150～1280℃，碳钢温锻温度区间600～800℃，在材料入口温度、材料规格、传送速度等因素一定的情况下，出口温度的高低取决于控制系统输出功率的大小：功率越大，温度越高；反之亦然。因此人工调节功率的措施即人工调节中频电压，对操作人员的熟练程度有较高要求，而且响应不够及时，效率较为低下。

感应透热炉的温度控制另一种方式是控制出料口的机械式温度分选机构，剔除温度超过工艺允许区间的坯料。温度分选机构的应用已经较为普遍，属于一种被动的筛选措施。因为按照常规热模锻数据统计，黑色金属感应加热单耗理论值为390kwh/t(在芯表温差能够满足压机额定载荷要求的情况下)，实际为430～520kwh/t，其原因就是各种复杂因素造成坯料温度超差剔料，约占15％的能源消耗，坯料越重，比例越高；且坯料重复加热超过2次造成质量风险；尤其对于较长的坯料，温度分选方案是不能够有效实施的。现有系统能够满足加热的基本需求，常受到参数设置、网压波动、坯料始温及材料规格特性等因素影响，使最终的出料口温度超出工艺要求，造成能源浪费、生产效率下降，而且劳动强度大。

因此，如何通过采集过程数据提前干预，主动控制，最终得到相对恒定的出料温度，是提高生产效率、降低劳动强度的技术难点。

发明内容

本发明为了解决上述现有感应透热技术中存在生产效率低下、能源浪费严重且劳动强度大的问题，提供一种能够提前干预、主动控制获得相对恒定的出料温度的应用于感应透热的温度控制方法及其系统。

上述的应用于感应透热的温度控制方法，是通过在感应炉外设置非接触式测温点，获取实时温度信息并反馈至控制器，通过目标值与实际值的差，经过所述控制器逻辑处理后，给出反馈调节量，自动控制中频电源的输出电压，保证坯料加热温度不偏离工艺值；所述测温点设置在所述出料口和至少一个所述感应炉相邻两节的端板间隙处；所述出料口和端板间隙的测量温度反馈至所述控制器，通过分析所述出料口测量温度与所述端板间隙测量温度之间的差值，判断加入坯料温度是否过高，经过所述控制器逻辑处理后，给出反馈调节量，控制所述中频电源的输出电压；待出料时，再分析所述出料口测量温度与设定温度差值，进一步微调中频电源输出电压。

所述的感应透热温度控制方法，其中：所述非接触式测温点是采用红外线测温仪。

所述的感应透热温度控制方法，其中：所述控制器逻辑处理后的反馈调节量通过移相电压给定值控制中频电源的输出电压。

所述的感应透热温度控制方法，其中：所述控制器刷新周期可调。

适用于上述的感应透热温度控制方法的感应透热温控系统，所述系统包括红外线测温仪、可编程工业逻辑控制器、通讯接口模块和电源；所述测温仪至少装设于感应炉出料口处；所述控制器通过所述通讯接口模块分别信号连接所述的测温仪和电源。

所述的感应透热温控系统，其中：所述测温仪进一步装设在至少一个所述感应炉相邻两节的端板间隙处。

所述的感应透热温控系统，其中：所述测温仪位于所述感应炉的侧面。所述系统刷新周期可调。

有益效果：本发明的感应透热温度控制方法，利用红外检测实时温度并反馈信息至控制器，通过采集过程数据提前干预，主动控制，最终得到相对恒定的出料温度，实现了感应透热中的温度自动控制，并且提高了温度控制精度，与此同时，生产效率大为提升，劳动强度大大降低，产品优良率提高，对于感应透热技术的国产化规模化起到了极大的推进作用。使用该方法的感应透热温控系统操作简单，避免了被动分选控制造成的诸多弊端，降低了对操作人员技能的依赖，提高系统自动控制性能及显著降低耗电量。相对于过去的普通电阻炉高温淬火加高温回火工艺，节能46％、生产效率提升5.8倍，相当于之前的感应透热炉生产效率提高17.6％，节能15％。

附图说明

图1是感应透热炉结构示意图；

图2是感应透热炉三节炉腔的温度升高曲线图；

图3是本发明的感应透热温控系统实施例一原理图；

图4是本发明的感应透热温控系统实施例二原理图。

具体实施方式

本发明的感应透热温度控制方法，是通过在感应炉外设置非接触式测温点，检测坯料表层温度，通过设定的目标温度值与实际测量温度值的差，经过控制器PLC逻辑处理后，给出反馈调节量，通过移相电压给定值自动控制中频电源的输出电压，保证坯料加热温度不偏离工艺值。

具体是在测温点设置红外线测温仪，获取实时温度信息并反馈至PLC控制器，经过PLC逻辑处理后，控制中频电源的输出电压，保证坯料加热温度不偏离工艺设定值，以实现感应透热炉内温度的自动调整。测温点可以设置一个以上，单独设置一个测温点时，应当设置在感应炉的出料口处；此时仅分析出料口处测量温度值与设定温度值之间的差值，调整中频电源输出电压。

测温点为两个或两个以上时，则设置在感应炉出料口和至少一个相邻两节感应炉的端板间隙处。此时出料口和端板间隙的测量温度分别反馈至控制器，需要分析出料口测量温度与端板间隙测量温度之间的差值，判断加入的坯料温度是否过高，如若差值较大位于合理范围，则无须调整；若差值较小且超出合理值，则经过控制器逻辑处理，给出反馈调节量，控制中频电源的输出电压；然后在出料时，进一步分析出料口测量温度与设定温度之间的差值，并进一步微调中频电源输出电压。

下面以三节感应透热炉为例进一步说明本发明。

如图1所示，感应炉1分为三节，包括第一节感应炉11、位于中部的第二节感应炉12及后部的第三节感应炉13。其中坯料3从第一节感应炉11的进料口进入，经过第二、第三节感应炉12、13从出料口出料，该工作过程中，三节感应炉的温度逐渐升高，温度升高曲线如图2所示。

定义对应于第一节感应炉11与第二节感应炉12之间的端板间隙为A，第二节12与第三节感应炉13之间的端板间隙为B，感应炉1的出料口位置为C。其中B、C两点的温度测量较A点更为方便，因此，下面暂以B点和C点作为测温点为例进行说明。

工况一：空炉进料正常加热，系统检测到B点、C点或单独C点温度低，系统判断无保温料，控制器PLC输出最大给定值10V，中频电源同步升至最高700V。随着坯料3的前进，测温点B点首先检测到温度，并反馈温度信息至PLC，当该温度偏离设定温度值1030℃时，PLC分析处理后，调整移相电压，控制中频电压进行调整，与测量的实时温度值成反比，即当测量温度高于设定温度，调整中频电源输出电压减少，反之则增强。当C点也检测到温度且温度值偏离设定值时，PLC比较B、C两点的测量温度差值和C点测量温度与设定温度的差值，其中通过B、C两点测量温度的差值分析，判断是否加入始温过高的坯料，如若差值属于合理范围，则在出料时根据C点测量温度与设定温度差值微调中频电源的加热电压；若差值小且超出合理范围，则如工况二进行调整。

工况二：由于保温后炉内坯料逐渐均温，重新开始加热或加入始温大于室温的坯料时，B、C两点检测到温度差值接近，信息反馈至控制器，控制器分析处理后，给出反馈调节量，降低中频电源的输出电压，降低感应炉1内的温度，以避免坯料3过热、过烧甚至融化，直至B、C两点的测量温度差值达到合理值。

另外，为降低过度过程频次，系统刷新周期设置可调。一般3～15S为一个刷新周期，也可以和推料节拍同步。

在实际操作中，可以选择单点或多点测温。

一般情况下，单点测温即能够做到控温精度，而且成本较低，尤其是感应炉透热为单节时，即可选用单点测温。

由于感应器运行工况的多样性，当感应炉处于保温后重新加热和加入始温大于室温的坯料时，势必造成温度失控，尤其是多节感应透热炉，为避免过烧和操作失误，此时采用多点测温能够显著提高工况适应性。

如图3、图4所示，本发明的感应透热温控系统2，包括红外线测温仪21、可编程工业逻辑控制器(PLC)24、通讯接口模块25及感应透热电源26。

其中红外线测温仪21位于感应炉1的侧面，至少装设于感应炉1的出料口C点，也可以同时在感应炉1相邻两节的端板间隙A、B……中的至少一处设置安装。

当测温仪21仅设置在C点时，测温仪21的信号直接经数显仪表22到达控制器PLC24。

当测温仪21为分别设置A、B、……、C处的多个时，测温仪21的信号经数显仪表22达通讯接口模块25后到达控制器PLC24。

可编程工业逻辑控制器24通过通讯接口模块25信号连接测温仪21和感应透热电源26。

测温仪21牢固地安装于感应透热炉1的侧面而非其他位置，可以避免烟雾以及振动造成的不良影响。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的保护范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种感应透热温度控制方法，是通过在感应炉外设置非接触式测温点，获取实时温度信息并反馈至控制器，通过分析设定温度与测量温度的差，经过所述控制器逻辑处理后，给出反馈调节量，自动控制中频电源的输出电压，保证坯料加热温度不偏离工艺值；

所述测温点设置在感应炉出料口和至少一个所述感应炉相邻两节的端板间隙处；

所述出料口和端板间隙的测量温度反馈至所述控制器，通过分析所述出料口测量温度与所述端板间隙测量温度之间的差值，判断加入坯料温度是否过高，经过所述控制器逻辑处理，给出反馈调节量，控制所述中频电源的输出电压；待出料时，再分析所述出料口测量温度与设定温度差值，进一步微调中频电源输出电压。

2.如权利要求1所述的感应透热温度控制方法，其特征在于：所述非接触式测温点是采用红外线测温仪。

3.如权利要求1所述的感应透热温度控制方法，其特征在于：所述控制器逻辑处理后的反馈调节量通过移相电压给定值控制中频电源的输出电压。

4.适用于如权利要求1所述的感应透热温度控制方法的感应透热温控系统，其特征在于：所述系统包括红外线测温仪、可编程工业逻辑控制器、通讯接口模块和电源；所述测温仪装设于感应炉出料口和至少一个所述感应炉相邻两节的端板间隙处；所述控制器通过所述通讯接口模块分别信号连接所述的测温仪和电源。

5.如权利要求4所述的感应透热温控系统，其特征在于：所述测温仪位于所述感应炉的侧面。

6.如权利要求4所述的感应透热温控系统，其特征在于：所述系统刷新周期可调。

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