CN103526139B

CN103526139B - 铝材退火炉氮气供给及控制的装置和方法

Info

Publication number: CN103526139B
Application number: CN201310438340.8A
Authority: CN
Inventors: 宋琳丰; 吴小燕; 钱晨; 欧莎
Original assignee: Suzhou Longray Thermal Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Longray Thermal Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: CN103526139A

Abstract

本发明揭示了一种铝材退火炉氮气供给及控制的装置和方法，包括氮气供应源以及氮气供应源与铝材退火炉连接的氮气管路，另有一氧气分析仪及一PLC控制器，铝材退火炉的气体采样口通过采样管路与氧气分析仪的输入口相连，氧气分析仪的输出口通过导线与PLC控制器的输入口相连，PLC控制器的输出口通过导线与氮气管路上面的控制氮气阀门连接，PLC控制器通过通讯线与氮气管路上面的氮气流量计连接。本发明可以有效地控制铝材退火炉内的氧气含量，避免铝材暴露于氧气中被氧化，保证了退火工艺及铝材的高品质，同时可以避免氮气充入过多、造成浪费的情况，降低成本；另外，该方案易于实施，整个控制过程实时、有效、快速。

Description

铝材退火炉氮气供给及控制的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种氮气供给及控制的装置和方法，具体涉及一种应用于铝材退火炉的氮气供给及控制的装置和方法。

背景技术

铝材退火炉是铝合金热处理中最广泛采用的设备，而要保证铝材的高品质退火，则对退火炉内的气氛有较高的要求，因为在加热状态下铝材易被氧化，从而在表面形成氧化铝薄膜，另外铝材上的轧制油在未从铝材上挥发前被氧化也会在铝材上留下黄斑，这就影响了铝材的性能和品质。若要保证铝材在整个退火过程中不被氧化，就需要在退火炉内充入氮气，氮是一种中性气体，在非活化状态下可用作加热过程中的保护气体，防止铝材的氧化。但是，如果持续不断充入氮气也需要耗费一定的成本，所以，在保证铝材不被氧化的前提下尽可能地减少氮气的供应量，显得很有意义。

要达到上述技术效果，必须对现有铝材退火炉的氮气供给系统进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝材退火炉氮气供给及控制的装置和方法，旨在控制铝材在退火过程中退火炉内的氮气气氛含量，防止铝材氧化，同时节省氮气用量，降低成本。

本发明的技术解决方案是：一种铝材退火炉氮气供给及控制装置，包括氮气供应源以及氮气供应源与铝材退火炉连接的氮气管路，所述氮气管路上面设有氮气流量计及氮气控制阀门，所述铝材退火炉设有气体采样口，另有一氧气分析仪及一PLC控制器，所述铝材退火炉的气体采样口通过采样管路与氧气分析仪的输入口相连，氧气分析仪的输出口通过导线与所述PLC控制器的输入口相连，PLC控制器的输出口通过导线与所述氮气管路上面的氮气控制阀门连接，PLC控制器通过通讯线与所述氮气流量计连接。

进一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制的装置，其中：所述氮气控制阀门为电磁阀。

更进一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制的装置，其中：所述铝材退火炉内分有若干控制区；所述铝材退火炉每个控制区的炉顶及侧墙都设有氮气管路入口，该入口通过氮气管路与氮气供应源相连，所述连接退火炉侧墙的氮气管路管径较粗，连接炉顶的氮气管路管径较细。

再进一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制装置，其中：所述铝材退火炉气体采样口设在铝材退火炉底部侧墙；优选地，气体采样口与氧气分析仪之间的采样管路中设有一采样泵。

本发明还提供一种铝材退火炉氮气供给及控制的方法，由氮气供应源通过氮气管路向铝材退火炉内供给氮气，其特征在于：所述氮气管路设有氮气控制阀门，铝材退火炉上另设一气体采样口，所采气样被送至氧气分析仪以分析气样中的氧气含量，氧气分析仪根据分析结果向PLC控制器输出不同的电信号，PLC控制器判断电信号的大小，控制设置在氮气管路上的氮气控制阀门开启和关闭，当氧气含量高于设定值时，开启氮气控制阀门，向铝材退火炉内补充氮气，当氧气含量低于设定值时，则关闭氮气控制阀门，停止向铝材退火炉内补充氮气。

进一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其中：所述气样被送至氧气分析仪的方法是，设置一采样泵，采样泵通过采样口抽取退火炉内的气体并输送给氧气分析仪。

再一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其中：所述退火炉内氧气含量设定值为0.2%。

更进一步地，上述铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其中：所述氧气分析仪输出的电信号为4~20mA，当氧气含量为0~0.2%时，对应的氧气分析仪输出4~4.128mA电信号。

本发明突出的实质性特点和显著的技术进步主要体现在：

（1）本发明所提供的铝材退火炉氮气供给及控制的装置和方法，针对当前铝材退火炉难以控制炉内氮气浓度的情况，通过在线取样并分析气样中的氧气含量，分析结果与氮气供给管路上的控制阀门联锁，可以有效控制向铝材退火炉炉膛内的氮气供给量，从而将炉膛内的氧气含量控制在0.2%以下，避免了铝材暴露于氧气中被氧化的可能，同时，也避免了铝材上的轧制油在未从铝材上挥发前即被氧化，进而在铝材上留下黄斑的可能，保证了退火工艺及铝材的高品质；

（2）另一方面，采用本发明技术方案，向退火炉内补充氮气不再是像从前那样盲目进行，而是变得“可控”，既有很明确的控制指标，又有很有效的控制手段，能够避免退火炉炉膛内氮气充入过多、造成浪费的情况。该方案对于大型退火炉来说，能够大大节省氮气用量，“降本增效”效应非常明显。

（3）此外，本发明所采取的技术方案当中，铝材退火炉炉膛内气氛的在线采集与分析、信号的转换与输出、电磁阀的控制、氮气的计量等，均是自动完成，整个过程为一闭环控制，控制过程实时、有效、快速。

附图说明

图1是铝材退火炉氮气供给及控制的装置结构示意图。

图中，各附图标记的含义为：1—铝材退火炉，2—氮气控制阀门，3—PLC控制器，4—采样管路，41—采样泵，42—气体采样口，5—氧含量分析仪，6—氮气供应源，7—氮气管路，71—连接炉顶的氮气管路，72—连接退火炉侧墙的氮气管路，8-氮气流量计。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

如图1所示，对于用于铝材退火炉氮气供给及控制的装置来说，氮气供应源6通过氮气管路7与铝材退火炉1连接，所述氮气管路7上面设有氮气流量计8及氮气控制阀门2，所述铝材退火炉1设有气体采样口42，另有一氧气分析仪5及一PLC控制器3，所述气体采样口42通过采样管路4与氧气分析仪5的输入口相连，氧气分析仪5的输出口通过导线与所述PLC控制器3的输入口相连，PLC控制器3的输出口通过导线与所述氮气管路7上面的氮气控制阀门2连接，PLC控制器3通过通讯线与所述氮气流量计8连接。

为了能够有效地控制氮气充入量，铝材退火炉1的侧墙及顶部均设有氮气输入口，每个输入口通过氮气管路7与氮气供应源6相连，其中连接炉顶的氮气管路71管径较细，为小流量氮气供应；连接退火炉侧墙的氮气管路72管径较粗，为大流量氮气供应。为了方便PLC控制器3控制，所述氮气控制阀门2优选为电磁阀。气体采样口42设置在铝材退火炉1底部侧墙，气体采样口42与氧气分析仪5之间的采样管路4中设有一采样泵41。为了保证氧含量分析仪5对铝材退火炉1内的氧气含量做出较快的反应，氧含量分析仪5应与铝材退火炉1靠近。

本发明方案实施流程如下：（1）由氮气供应源通过氮气管路向铝材退火炉内供给氮气；（2）所采气样被送至氧气分析仪以分析气样中的氧气含量；（3）氧气分析仪根据分析结果向PLC控制器输出不同的电信号；（4）PLC控制器判断电信号的大小，控制设置在氮气管路上的氮气控制阀门开启和关闭。当氧气含量高于设定值时，开启氮气控制阀门，向铝材退火炉内补充氮气，当氧气含量低于设定值时，则关闭氮气控制阀门，停止向铝材退火炉内补充氮气。

本发明具体实施过程如下：如图1所示，氮气供应源6通过氮气管路7向铝材退火炉1内充入氮气，采样泵41通过采样口42抽取铝材退火炉1内的气体并输送给氧气分析仪5，氧气分析仪5对铝材退火炉1内的气体进行分析，根据氧气含量的不同，以4~20mA的电信号的形式输送给PLC控制器3，PLC控制器3输入口接收到氧气分析仪5发出的电信号，根据电信号大小的不同，控制设置在氮气管路7上的氮气控制阀门2开启和关闭。根据实际情况，选择开启或关闭接炉顶的氮气管路71或者连接退火炉侧墙的氮气管路72上的氮气控制阀门2，若需要大流量氮气供应则开启连接退火炉侧墙的氮气管路72的氮气控制阀门2，若需要小流量氮气供应则开启连接炉顶的氮气管路71的氮气控制阀门2。一般情况下，当炉内氧含量在0~0.2%之间时，氧气分析仪5输出4~4.128mA电信号。PLC控制器3接收到电信号，做出判断，关闭氮气控制阀门2，暂时中断氮气供应；或者只关闭连接于退火炉侧墙氮气管路72的阀门2，保持连接于退火炉炉顶的氮气管路71的阀门2处于开启状态，维持一个小流量的氮气供应。当氧含量高于0.2%，例如达到0.3%时，氧气分析仪5输出4.192mA电信号，PLC控制器3接收电信号做出判断，开启氮气控制阀门2，充入氮气。氮气流量计8用于统计氮气供应源6提供的氮气总量，通过氮气流量计8可以发现，使用本发明之后，氮气供应量大大减少。

通过以上描述可以看出，本发明所述铝材退火炉氮气供给及控制装置和方法实施以后，可以有效地控制铝材退火炉炉膛内的氮气含量，从而将炉膛内的氧气含量控制在0.2%以下，避免了铝材暴露于氧气中被氧化的可能，同时避免了铝材上的轧制油在未从铝材上挥发之前即被氧化，进而在铝材上留下黄斑的可能，保证了退火工艺及铝材的高品质；并且可以避免退火炉炉膛内氮气充入过多、造成浪费的情况，节省氮气，降低成本；另外，本发明采用的技术方案当中，炉膛内气氛的在线采集与分析、信号的转换与输出、电磁阀的控制，氮气消耗的计量等，均是自动完成，整个过程为一闭环控制，控制过程实时、有效、快速。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种铝材退火炉氮气供给及控制的装置，包括氮气供应源以及氮气供应源与铝材退火炉连接的氮气管路，所述氮气管路上面设有氮气流量计及氮气控制阀门，其特征在于：所述铝材退火炉设有气体采样口，另有一氧气分析仪及一PLC控制器，所述铝材退火炉的气体采样口通过采样管路与氧气分析仪的输入口相连，氧气分析仪的输出口通过导线与所述PLC控制器的输入口相连，PLC控制器的输出口通过导线与所述氮气管路上面的氮气控制阀门连接，PLC控制器通过通讯线与所述氮气流量计连接；且，所述铝材退火炉内分成多个控制区，每个控制区的炉顶及侧墙都设有氮气管路入口，该入口通过氮气管路与氮气供应源相连，所述连接退火炉侧墙的氮气管路管径较粗，所述连接炉顶的氮气管路管径较细；所述氮气控制阀门为电磁阀；所述铝材退火炉气体采样口设在铝材退火炉底部侧墙。

2.根据权利要求1所述的铝材退火炉氮气供给及控制的装置，其特征在于：所述气体采样口与氧气分析仪之间的采样管路中设有一采样泵。

3.铝材退火炉氮气供给及控制的方法，由氮气供应源通过氮气管路向铝材退火炉内供给氮气，其特征在于：所述铝材退火炉内分成多个控制区，每个控制区的炉顶及侧墙都设有氮气管路入口，该入口通过氮气管路与氮气供应源相连，所述连接退火炉侧墙的氮气管路管径较粗，为大流量氮气供应，所述连接炉顶的氮气管路管径较细，为小流量氮气供应；所述氮气管路设有氮气控制阀门，铝材退火炉上另设一气体采样口，所采气样被送至氧气分析仪以分析气样中的氧气含量，氧气分析仪根据分析结果向PLC控制器输出不同的电信号，PLC控制器判断电信号的大小，控制设置在氮气管路上的氮气控制阀门开启和关闭，当氧气含量高于设定值时，氮气控制阀门开启，向铝材退火炉内补充氮气，当氧气含量低于设定值时，则关闭氮气控制阀门，停止向铝材退火炉内补充氮气。

4.根据权利要求3所述的铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其特征在于：所述气样被送至氧气分析仪的方法是，设置一采样泵，采样泵通过采样口抽取退火炉内的气体并输送给氧气分析仪。

5.根据权利要求3所述的铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其特征在于：所述退火炉内氧气含量设定值为0.2％。

6.根据权利要求3所述的铝材退火炉氮气供给及控制的方法，其特征在于：所述氧气分析仪输出的电信号为4～20mA，当氧气含量为0～0.2％时，对应的氧气分析仪输出4～4.128mA电信号。