CN111270177A - 用于铜管退火的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于铜管退火的装置，其包括机架组件、正电极组件和负电极组件。正电极夹紧片的第一端穿过绝缘圈和铜管的通氮气端的第一侧面接触，铜管的通氮气端的第二侧面通过绝缘片和机架接触；绝缘悬空架的工字型的第一端设有螺纹孔，第二端设有第一圆形通孔，绝缘悬空架的第二端为倒U型，倒U型的两侧面设有直槽型通孔和第三圆形通孔，工字型和倒U型结构的连接中心处设有第二圆形通孔，压辊位于直槽型通孔的内部，负电极辊位于第三圆形通孔内，负电极夹紧片的一端穿过第二圆形通孔和压辊接触。本发明还提供用于铜管退火的装置的控制方法，将相同的多个退火装置，按某一方向叠加在退火炉里边，从而实现同时对不同直径尺寸的铜管进行退火。

Description

用于铜管退火的装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及铜管热处理领域，特别涉及一种用于铜管退火的装置及其控制方法。

背景技术

铜管在铜制造业中占据重要位置。而铸轧法，凭借其设备投资少，生产效率高，耗能少等显著优点，深受企业重视。对于各工厂生产工艺流程，多以井式退火炉作为铜管的退火装置。井式退火炉操作简单，成本低，空间利用率高，生产效率较高，但同时也对铜管的质量带来了些许的问题。其中一个原因是，铜管制造的上一道工序会在铜管中残留一些油质，这在成品中是不被允许的，因此厂家会在退火过程中向铜管的一侧通氮气，利用流体流动与高温，迫使油挥发，氮气温度极低，与炉内环境温差很大，这就造成了铜管接通氮气端至10米左右的这一段相当长的距离延伸率分布不均。加热温度不均，影响铜管的力学性能，且难以从外侧观察到，而退火是工艺流程的最后一步，无法利用下一步工艺进行消除。这为铜加工企业的客户的使用买下了安全隐患，尤其是高压用冷凝器生产单位。而且不宜直接剪切掉入口段的铜管，一是不确定具体影响区域多长，二是会给铜工业带来较大的经济损失，因此需要一种有效的解决方式来消除这种现象。

研究结果显示，脉冲电流作用于高温金属组织时，能够使其组织得到细化，大大提升金属的延伸率。并且，当脉冲电流作为辅助退火条件时，仅仅产生较低的电能消耗。同时，考虑到井式退火炉的密闭构造，与复杂多变的内部环境，还需要对脉冲电流进行动态调节，以实现铜管的性能优化，因此引入计算机智能调节系统，针对整个退火过程，实现对铜管退火温度的实时调控。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于钢管退火的装置及其控制方法，通过利用传感器系统和计算机系统实时的反馈铜管情况，从而智能地调节脉冲电流的通断与铜管的加热长度，实现铜管的辅助退火，达到铜管的质量提升。

本发明提供了一种用于铜管退火的装置，其包括机架组件、正电极组件、负电极组件、传感器和铜管。所述机架组件，其包括圆盘齿轮、电机齿轮、机架、电机和机架上盖，所述圆盘齿轮的内表面和所述机架上端的外表面连接，所述电机齿轮的内表面通过键和所述电机的输出轴连接，所述圆盘齿轮和所述电机齿轮啮合，所述电机的外壳固定在机架上，所述铜管环绕在机架的外表面，所述机架上盖通过第三固定螺钉和所述机架的上端面固定连接。所述正电极组件，其包括正电极夹紧片、绝缘片和绝缘圈，所述正电极夹紧片的第一端穿过绝缘圈和所述铜管的通氮气端的第一侧面接触，所述铜管的通氮气端的第二侧面通过绝缘片和所述机架接触。所述负电极组件，其包括第一固定螺钉、第二固定螺钉、负电极夹紧片、绝缘悬空架、压辊和负电极辊，所述绝缘悬空架的第一端的外形为工字型结构，所述工字型结构的第一端设有螺纹孔，所述工字型结构的第二端设有第一圆形通孔，所述绝缘悬空架的第二端的外形为倒U型结构，所述倒U型结构的两侧面分别设有对称的直槽型通孔和第三圆形通孔，所述工字型结构和所述倒U型结构的连接中心处设有第二圆形通孔，所述工字型结构第一端的螺纹孔分别通过第一固定螺钉和第二固定螺钉与所述圆盘齿轮的端面固定连接，所述压辊位于所述直槽型通孔的内部，所述负电极辊位于所述第三圆形通孔内，所述负电极夹紧片的一端穿过第二圆形通孔和所述压辊接触。所述传感器，其包括第二温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、位移传感器和位移挡板，所述第一温度传感器位于工字型结构中靠近位移挡板的第一圆形通孔内，所述第二温度传感器位于工字型结构中远离位移挡板的第一圆形通孔内，所述第三传感器位于退火炉内部，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器分别与传感器系统连接，所述位移传感器位于电机的一侧，和所述机架型槽连接，所述位移挡板位于绝缘悬空架的一侧，和所述圆盘齿轮固定连接。

可优选的是，所述机架上盖、所述圆盘齿轮和所述机架的中心在同一直线上。

可优选的是，所述第一温度传感器距离所述位移挡板的距离小于所述第二温度传感器距离所述位移挡板的距离。

可优选的是，所述机架上盖的凸圆环的直径小于所述机架的内径，所述机架上盖下端的直径和所述圆盘齿轮的最大直径相等，所述圆盘齿轮的内径和所述机架的外径相等。

可优选的是，还包括电源、计算机系统和脉冲电路，所述铜管和所述负电极辊构成脉冲电流回路。

本发明的另一方面，提供一种用于钢管退火的控制方法，其包括如下步骤：

S1、装配并安装铜管，根据铜管尺寸规格，在计算机系统中设置退火时间t与待热处理铜管的长度参数；

S2、根据待热处理铜管的长度，将所述绝缘悬空架和所述圆盘齿轮转动到相应的位置，并且对整个装置施加脉冲电流，开始对待热处理的铜管进行退火，同时，计算机系统开始计时；

S3、第一温度传感器和第二温度传感器将测量的紧挨绝缘悬空架铜管的温度TA、TB传入到计算机系统，第三温度传感器将测量的退火炉内的环境温度TC传入计算机系统；

S4、计算机系统根据测量到的温度TA和TB的值，判断TA与TB的大小关系，并根据TA与TB的比较结果控制电机的运转状态；

S41、当TB大于TA时，计算机系统断开电机电路，电机停止转动；

S42、当TB等于TA时，计算机系统控制电机使绝缘悬空架向靠近第一温度传感器的方向移动，减少待热处理铜管的实际加热长度；

S42、当TB小于TA时，计算机系统控制电机使绝缘悬空架向远离第一温度传感器的方向移动，增加待热处理铜管的实际加热长度；

S5、计算机系统根据测量到的温度TA和TC的值，判断TA与TC的大小关系，并根据TA与TC的比较结果控制脉冲电流回路的通断；

S51、当TA小于TC时，计算机系统保持脉冲电流回路闭合，对正电极夹紧片到负电极辊之间的铜管持续施加脉冲电流；

S52、当TA大于TC时，计算机系统断开脉冲电流回路；

S6、计算机系统检测位移挡板是否贴近位移传感器，若未贴近，进行下一步；若贴近，电机停止运行；

S7、计算机系统判断是否达到预定退火时间t，若未达到预定退火时间t，返回步骤S3；若达到预定退火时间t，停止运行，卸下装置，取出铜管。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由计算机系统和传感器系统等构成的系统，巧妙的利用脉冲电流的动态智能加载，实现对处于变化温度场的铜管的温度的智能调节，提升了铜管热处理产品的稳定性，极大地提升铜管安全使用质量；

2.本发明装置结构紧凑，铜管只需维持常用的退火摆放方式即可，有效利用炉内空间，突出对铜管加工企业现有设备的改造经济性。

3.本发明中的机架上盖和机架的外形结构，可以将相同的多个退火装置，按某一方向叠加在退火炉里边，从而实现同时对不同直径尺寸的铜管进行退火，为企业提高生产效率，创造更高的价值。

附图说明

图1为本发明用于铜管退火的装置及其控制方法整体结构的工作示意图；

图2为本发明用于铜管退火的装置及其控制方法整体结构的轴测图；

图3为本发明用于铜管退火的装置及其控制方法绝缘悬空架的结构示意图；

图4为本发明用于铜管退火的装置及其控制方法正电极夹紧片的结构示意图；以及

图5为本发明用于铜管退火的装置及其控制方法的控制流程图。

主要附图标记：

圆盘齿轮1，电机齿轮2，机架3，正电极夹紧片4，电机5，铜管6，第一固定螺钉7，第二固定螺钉8，负电极夹紧片9，第二温度传感器10，第一温度传感器11，绝缘悬空架12，压辊13，负电极辊14，第三温度传感器15，绝缘片16，绝缘圈17，机架上盖18，第三固定螺钉19，位移传感器20，位移挡板21。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于铜管退火的装置，如图1所示，其包括机架组件、正电极组件、负电极组件、传感器和铜管6。运动组件，其包括圆盘齿轮1、电机齿轮2、机架3、电机5和机架上盖18。圆盘齿轮1的内表面和机架3的上端的外表面连接，电机齿轮2的内表面通过键和电机5的输出轴连接，圆盘齿轮1和电机齿轮2啮合，电机5的外壳固定在机架3上，铜管6环绕在机架3的外表面，并通过绝缘悬空架12，由压辊13与负电极辊14夹紧，剩余铜管6盘绕在机架3的下方，机架上盖18通过第三固定螺钉19和机架3的上端面固定连接。

正电极组件，如图2和图4所示，其包括正电极夹紧片4、绝缘片16和绝缘圈17。正电极夹紧片4的一端穿过绝缘圈17和铜管6端部的第一侧面接触，铜管6端部的第二侧面通过绝缘片16和机架3接触。

负电极组件，如图3所示，其包括第一固定螺钉7、第二固定螺钉8、负电极夹紧片9、绝缘悬空架12、压辊13和负电极辊14。绝缘悬空架12的第一端的外形为工字型结构，工字型结构的第一端设有螺纹孔，工字型结构的第二端设有第一圆形通孔，绝缘悬空架12的第二端的外形为倒U型结构，倒U型结构的两侧面分别设有对称的直槽型通孔和第三圆形通孔，工字型结构和倒U型结构的连接中心处设有第二圆形通孔，工字型结构第一端的螺纹孔分别通过第一固定螺钉7和第二固定螺钉8与圆盘齿轮1的端面固定连接，压辊13位于直槽型通孔的内部，负电极辊14位于第三圆形通孔内，其外接电源端沿回转中心向外，负电极夹紧片9的一端穿过第二圆形通孔和压辊13接触。

传感器，其包括第二温度传感器10、第一温度传感器11、第三温度传感器15、位移传感器20和位移挡板21，第一温度传感器11位于工字型结构中靠近位移挡板21的第一圆形通孔内，第二温度传感器10位于工字型结构中远离位移挡板21的第一圆形通孔内，第三传感器15位于退火炉内部，第一温度传感器11、第二温度传感器10和第三温度传感器15分别与传感器系统连接，传感器系统连接计算机系统。位移传感器20位于电机5的一侧，和机架3的型槽连接，位移挡板21位于绝缘悬空架12的一侧，和圆盘齿轮1固定连接。

如图1所示，机架上盖18、圆盘齿轮1和机架3的中心在同一条直线上。

如图3所示，第一温度传感器11距离位移挡板21的距离小于第二温度传感器10距离位移挡板21的距离。

机架上盖18的凸圆环的直径小于机架3的内径，机架上盖18下端的直径和圆盘齿轮1的最大直径相等，圆盘齿轮1的内径和机架3的外径相等。

电源、计算机系统、脉冲电路、正电极夹紧片4、铜管6和负电极辊14构成脉冲电流回路。脉冲电路可将电源转化为所需脉冲电流，电源连接计算机系统控制电机5，脉冲电压的选取范围为1.5～3V，频率10HZ，脉冲宽度20μs。

如图5所示，用于铜管退火的控制方法，其包括如下步骤：

S1、装配并安装铜管6，根据铜管6的尺寸规格，在计算机系统中设置退火时间t与待热处理的铜管6的长度参数；

S2、根据待热处理的铜管6的长度，将绝缘悬空架12和圆盘齿轮1转动到相应的位置，并且对整个装置施加脉冲电流，开始对待热处理的铜管6进行退火，同时，计算机系统开始计时；

S3、第一温度传感器11和第二温度传感器10将测量的紧挨绝缘悬空架12的铜管6的温度TA、TB传入到计算机系统，第三温度传感器15将测量的退火炉内的环境温度TC传入计算机系统；

S4、计算机系统根据测量到的温度TA和TB的值，判断TA与TB的大小关系，并根据TA与TB的比较结果控制电机5的运转状态；

S41、当TB大于TA时，计算机系统断开电机电路，电机5停止转动；

S42、当TB等于TA时，计算机系统控制电机5，使绝缘悬空架12向靠近第一温度传感器11的方向移动，减少待热处理的铜管6的实际加热长度；

S42、当TB小于TA时，计算机系统控制电机5，使绝缘悬空架12向远离第一温度传感器11的方向移动，增加待热处理的铜管6的实际加热长度；

S5、计算机系统根据测量到的温度TA和TC的值，判断TA与TC的大小关系，并根据TA与TC的比较结果控制脉冲电流回路的通断；

S51、当TA小于TC时，计算机系统保持脉冲电流回路闭合，对正电极夹紧片4到负电极辊14之间的铜管6持续施加脉冲电流；

S52、当TA大于TC时，计算机系统断开脉冲电流回路；

S6、计算机系统检测位移挡板21是否贴近位移传感器20，若未贴近，进行下一步；若贴近，电机5停止运行；

S7、计算机系统判断是否达到预定退火时间t，若未达到预定退火时间t，返回步骤S3；若达到预定退火时间t，停止运行，卸下装置，取出铜管6。

本发明装置在工作过程中，对正电极夹紧片4与负电极辊14之间的铜管6通以脉冲电流进行辅助加热，计算机系统通过实时计算分析传感器系统测量的数据，分别对电机5与脉冲电流回路进行实时控制，电机5通过键配合带动电机齿轮2从而带动圆盘齿轮1转动，改变绝缘悬空架12的位置变化，进而控制正电极夹紧片4与负电极辊14之间的铜管6长度，实现铜管6的温度与退火炉内环境温度实时同步。

以下结合实施例对本发明一种用于铜管退火的装置及其控制方法做进一步描述：

首先，将电机5的外壳固定在机架3上，电机齿轮2与电机5采用键配合的方式安装在电机5的输出端，圆盘齿轮1的内表面与机架3上端的外表面连接，机架上盖18的凸圆环朝上放置在机架3上，并用第三固定螺钉19连接，将绝缘悬空架12的工字型结构第一端的螺纹孔与第一固定螺钉7和第二固定螺钉8配合，使绝缘悬空架12悬挂在圆盘齿轮1的下方，在圆盘齿轮1上靠近绝缘悬空架12的螺纹孔处安装位移挡板21，位移挡板21的主要平面相交于圆盘齿轮1的回转轴心。第一温度传感器11安装在绝缘悬空架12的工字型结构第二端靠近位移挡板21的通孔处，第二温度传感器10安装在绝缘悬空架12的工字型结构第二端远离位移挡板21的通孔处，负电极辊14安装在绝缘悬空架12的第三圆形通孔内，其外接电源端沿回转中心向外，压辊13安装在在绝缘悬空架12的直槽型通孔内，负电极夹紧片9的下平面紧压压辊13，其上端穿过第二圆形通孔，位移传感器20安装在机架电机旁的型槽内。

然后，将待退火处理的铜管6接通氮气端口用正电极夹紧片4紧压在机架3上，且铜管6与机架3间有绝缘片16相隔，铜管6顺序通过负电极辊14与压辊13，之后铜管6盘绕在机架下端，位移传感器20、第二温度传感器10、第一温度传感器11和第三温度传感器15连接传感器系统，传感器系统输入计算机系统，计算机系统控制电机5和脉冲电路。

将根据退火铜管6选择长度参数，一般铜管6长度参数范围在0到7或10m之间，而且铜管6内径越大，铜管6的长度参数取值越大，将待退火铜管6的长度参数、电机5的转速n(电机5的转速取值应低，宜取5r/min)和退火时间t，输入进计算机系统。利用机架3上的起吊孔，将装置放入退火炉中，同种装置可顺序放在上面，将第三温度传感器15安装在退火炉内部用于测量内环境温度。

接着，盖上退火炉的炉盖，铜管6的端部接通氮气，退火开始，计算机系统开始计时，计算机系统驱动电机5，使正电极夹紧片4与负电极辊14之间的铜管6的长度为步骤S1输入的待退火铜管6的长度参数，开始施加脉冲电流，对范围内的铜管6进行辅助加热，宜选取脉冲电压范围1.5～3V，频率10HZ，脉冲宽度20μs。

将感应器系统接入第一温度传感器11，第二温度传感器10，第三温度传感器15，将测量的温度传入计算机系统，计算机系统根据测量到的温度TA和TB的值，判断TA与TB的大小关系，并根据TA与TB的比较结果控制电机5的运转状态。

当TB大于TA时，计算机系统断开电机5的电路，电机5停止转动；当TB等于TA时，计算机系统控制电机5，使绝缘悬空架12向靠近第一温度传感器11的方向移动，减少待热处理的铜管6的实际加热长度；当TB小于TA时，计算机系统控制电机5，使绝缘悬空架12向远离第一温度传感器11的方向移动，增加待热处理的铜管6的实际加热长度。

同时，计算机系统根据测量到的温度TA和TC的值，判断TA与TC的大小关系，并根据TA与TC的比较结果控制脉冲电流回路的通断。当TA小于TC时，计算机系统保持脉冲电流回路闭合，对正电极夹紧片4到负电极辊13之间的铜管6持续施加脉冲电流，使其温度上升接近退火炉内温度；当TA大于TC时，计算机系统断开脉冲电流回路，使退火炉内温度接近这段铜管6的温度。

由于铜管6在所设置长度参数范围内的温度是明显低于退火炉内温度的，且越靠近前端温差越明显，但由于本发明装置的作用，铜管6的温度逐渐接近退火炉内温度，为防止绝缘悬空架12与电机5相撞，设置位移传感器20进行检测，当位移挡板21贴近位移传感器20时，电机5停止运行，否则进行下一步。

最后，计算机系统根据前期输入的退火时间t，判断是否达到预定退火时间t，若未达到预定退火时间t，返回步骤S3；若达到预定退火时间t，计算机系统控制电机5停止运行，打开退火炉炉盖，利用机架上盖18上的起吊孔，以此从上向下取出本发明装置，取走装置上的正电极夹紧片4，来抽出处理好的铜管6，并装包。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于铜管退火的装置，其包括机架组件、正电极组件、负电极组件、传感器和铜管，其特征在于，

所述机架组件，其包括圆盘齿轮、电机齿轮、机架、电机和机架上盖，所述圆盘齿轮的内表面和所述机架上端的外表面连接，所述电机齿轮的内表面通过键和所述电机的输出轴连接，所述圆盘齿轮和所述电机齿轮啮合，所述电机的外壳固定在机架上，所述铜管环绕在机架的外表面，所述机架上盖通过第三固定螺钉和所述机架的上端面固定连接；所述正电极组件，其包括正电极夹紧片、绝缘片和绝缘圈，所述正电极夹紧片的第一端穿过绝缘圈和所述铜管的通氮气端的第一侧面接触，所述铜管的通氮气端的第二侧面通过绝缘片和所述机架接触；

所述负电极组件，其包括第一固定螺钉、第二固定螺钉、负电极夹紧片、绝缘悬空架、压辊和负电极辊，所述绝缘悬空架的第一端的外形为工字型结构，所述工字型结构的第一端设有螺纹孔，所述工字型结构的第二端设有第一圆形通孔，所述绝缘悬空架的第二端的外形为倒U型结构，所述倒U型结构的两侧面分别设有对称的直槽型通孔和第三圆形通孔，所述工字型结构和所述倒U型结构的连接中心处设有第二圆形通孔，所述工字型结构第一端的螺纹孔分别通过第一固定螺钉和第二固定螺钉与所述圆盘齿轮的端面固定连接，所述压辊位于所述直槽型通孔的内部，所述负电极辊位于所述第三圆形通孔内，所述负电极夹紧片的一端穿过第二圆形通孔和所述压辊接触；以及

所述传感器，其包括第二温度传感器、第一温度传感器、第三温度传感器、位移传感器和位移挡板，所述第一温度传感器位于工字型结构中靠近位移挡板的第一圆形通孔内，所述第二温度传感器位于工字型结构中远离位移挡板的第一圆形通孔内，所述第三传感器位于退火炉内部，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述第三温度传感器分别与传感器系统连接，所述位移传感器位于电机的一侧，和所述机架型槽连接，所述位移挡板位于绝缘悬空架的一侧，和所述圆盘齿轮固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于铜管退火的装置，其特征在于，所述机架上盖、所述圆盘齿轮和所述机架的中心在同一直线上。

3.根据权利要求1所述的用于铜管退火的装置，其特征在于，所述第一温度传感器距离所述位移挡板的距离小于所述第二温度传感器距离所述位移挡板的距离。

4.根据权利要求1或者2所述的用于铜管退火的装置，其特征在于，所述机架上盖的凸圆环的直径小于所述机架的内径，所述机架上盖下端的直径和所述圆盘齿轮的最大直径相等，所述圆盘齿轮的内径和所述机架的外径相等。

5.根据权利要求1所述的用于铜管退火的装置，其特征在于，还包括电源、计算机系统和脉冲电路，所述铜管和所述负电极辊构成脉冲电流回路。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的用于铜管退火的装置的控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、装配并安装铜管，根据铜管尺寸规格，在计算机系统中设置退火时间t与待热处理铜管的长度参数；

S2、根据待热处理铜管的长度，将所述绝缘悬空架和所述圆盘齿轮转动到相应的位置，并且对整个装置施加脉冲电流，开始对待热处理的铜管进行退火，同时，计算机系统开始计时；

S3、第一温度传感器和第二温度传感器将测量的紧挨绝缘悬空架铜管的温度TA、TB传入到计算机系统，第三温度传感器将测量的退火炉内的环境温度TC传入计算机系统；

S4、计算机系统根据测量到的温度TA和TB的值，判断TA与TB的大小关系，并根据TA与TB的比较结果控制电机的运转状态；

S41、当TB大于TA时，计算机系统断开电机电路，电机停止转动；

S42、当TB等于TA时，计算机系统控制电机使绝缘悬空架向靠近第一温度传感器的方向移动，减少待热处理铜管的实际加热长度；

S42、当TB小于TA时，计算机系统控制电机使绝缘悬空架向远离第一温度传感器的方向移动，增加待热处理铜管的实际加热长度；

S5、计算机系统根据测量到的温度TA和TC的值，判断TA与TC的大小关系，并根据TA与TC的比较结果控制脉冲电流回路的通断；

S51、当TA小于TC时，计算机系统保持脉冲电流回路闭合，对正电极夹紧片到负电极辊之间的铜管持续施加脉冲电流；

S52、当TA大于TC时，计算机系统断开脉冲电流回路；

S6、计算机系统检测位移挡板是否贴近位移传感器，若未贴近，进行下一步；若贴近，电机停止运行；以及

S7、计算机系统判断是否达到预定退火时间t，若未达到预定退火时间t，返回步骤S3；若达到预定退火时间t，停止运行，卸下装置，取出铜管。

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