CN117025924A - 热处理炉的安全控制系统和热处理炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热处理炉的安全控制系统和热处理炉。该热处理炉的安全控制系统用于热处理炉，热处理炉包括处理炉主体，热处理炉的安全控制系统包括氧含量监测件、气氛模块、氮气模块和控制模块；氧含量监测件用于监测处理炉主体内部的氧气含量；气氛模块用于输出或切断输出还原性气体至处理炉主体内部；氮气模块用于输出或切断输出氮气至处理炉主体内部；控制模块用于实时获取氧气含量，实时获取处理炉主体的工作状态；基于氧气含量和工作状态控制气氛模块和氮气模块，以使氮气输出或切断输出至处理炉主体内部。通过采用上述方案，解决了如何有效控制热处理炉在热处理时炉内的氧气含量以实现安全生产的问题。

Description

热处理炉的安全控制系统和热处理炉

技术领域

本发明涉及钢管热处理的技术领域，尤其涉及一种热处理炉的安全控制系统和热处理炉。

背景技术

零脱碳且表面光亮的碳钢合金钢管主要应用于汽车、航空领域，如用于制作汽车转向轴，这类产品对脱碳层厚度和光亮度的要求非常严格。钢管用作汽车转向轴时，会因为驾驶过程中的成千上万次扭转动作造成金属疲劳，脱碳会导致产品金属疲劳寿命变短，表面脱碳的钢管用作汽车转向轴极易发生故障造成重大事故，是不允许的。

现有技术中，要达到钢管表面光亮，通常是在正火工序后进行酸洗，以去除钢管表面的氧化层，但酸洗工艺对环境污染严重，废水治理与排放是一大难题。

关于“脱碳”，主要是指不锈钢管在热处理过程中，钢管表面的碳原子获得足够的能量从钢管表面逃逸到热处理炉的炉膛中去了，导致材料的含碳量被动的降低。造成的结果就是硬度低，硬度不均匀。脱碳是C与氧化性气氛发生反应，使表面出现脱碳的现象。脱碳是一个扩散过程，一方面炉气中的氧向钢内扩散，另一方面钢中的碳向外扩散。扩散结果使钢件表层变成含碳量低的脱碳层。

可以看出，要控制好“脱碳”，关键在于控制好炉膛内的“氧化性气氛”。此外，当热处理炉内部的氧气含量过高时，热处理炉也容易炸炉，故如何有效控制热处理炉在热处理时炉内的氧气含量以实现安全生产是钢管生产中的关键问题。

发明内容

本发明提供了一种热处理炉的安全控制系统和热处理炉，以解决如何有效控制热处理炉在热处理时炉内的氧气含量以实现安全生产的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种热处理炉的安全控制系统，用于热处理炉，所述热处理炉包括处理炉主体，所述热处理炉的安全控制系统包括氧含量监测件、气氛模块、氮气模块和控制模块；

所述氧含量监测件用于监测所述处理炉主体内部的氧气含量；

所述气氛模块用于输出或切断输出还原性气体至所述处理炉主体内部；

所述氮气模块用于输出或切断输出氮气至所述处理炉主体内部；所述还原性气体和所述氮气组成所述处理炉主体内部的发生气氛；

所述控制模块的输入端与所述氧含量监测件电连接，所述控制模块的输出端分别与所述气氛模块和所述氮气模块电连接，所述控制模块用于实时获取所述氧气含量，实时获取所述处理炉主体的工作状态，基于所述氧气含量和所述工作状态控制所述气氛模块和所述氮气模块，以使所述还原性气体输出或切断输出至所述处理炉主体内部，并使所述氮气输出或切断输出至所述处理炉主体内部。

在本发明的可选实施例中，所述氮气模块包括工艺氮气子模块，所述工艺氮气子模块用于输出或切断输出工艺氮气至所述处理炉主体内部；

所述控制模块具体用于：在所述处理炉主体的所述工作状态为开炉时，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值，若所述氧气含量高于所述预设含氧阈值，控制所述工艺氮气子模块输出所述工艺氮气至所述处理炉主体内部，且在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值时控制所述气氛模块将所述还原性气体输出至所述处理炉主体内部。

在本发明的可选实施例中，所述氮气模块包括安全氮气子模块，所述安全氮气子模块用于输出或切断输出安全氮气至所述处理炉主体内部；

所述控制模块具体用于：在所述处理炉主体的所述工作状态为生产时，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值，若所述氧气含量高于所述预设含氧阈值，控制所述气氛模块切断所述还原性气体输出至所述处理炉主体内部，并控制所述安全氮气子模块输出所述安全氮气至所述处理炉主体内部，直至所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值，且在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值时控制所述气氛模块将所述还原性气体输出至所述处理炉主体内部以使所述处理炉主体继续生产。

在本发明的可选实施例中，所述热处理炉的安全控制系统还包括可燃气体监测件，所述可燃气体监测件用于监测所述处理炉主体内部的可燃气体含量，所述氮气模块包括安全氮气子模块，所述安全氮气子模块用于输出或切断输出安全氮气至所述处理炉主体内部；

所述控制模块具体用于：在所述处理炉主体的所述工作状态为停炉时，控制所述气氛模块切断所述还原性气体输出至所述处理炉主体内部，控制所述安全氮气子模块输出所述安全氮气至所述处理炉主体内部，并获取可燃气体含量，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值以及所述可燃气体含量是否小于预设可燃气体含量阈值，在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值且所述可燃气体含量小于或等于所述预设可燃气体含量阈值时控制所述处理炉主体启动降温。

在本发明的可选实施例中，所述还原性气体包括氢气、一氧化碳和烃类可燃气体的一种或多种。

在本发明的可选实施例中，所述处理炉主体包括快冷段，所述热处理炉的安全控制系统还包括风机，所述风机设置在所述快冷段内；

所述控制模块与所述风机电连接，所述控制模块还用于在所述处理炉主体的所述工作状态为开炉或停炉时控制所述风机以第一转速运行，所述工作状态为生产时控制所述风机以第二转速运行，其中，所述第一转速低于所述第二转速。

在本发明的可选实施例中，所述处理炉主体包括炉口和用于启闭所述炉口的炉门，所述热处理炉的安全控制系统还包括炉门高度调节装置，所述炉门高度调节装置用于调节所述炉门的开启高度；

所述控制模块与所述炉门高度调节装置电连接，所述控制模块还用于在所述处理炉主体的所述工作状态为开炉或停炉时，控制所述炉门高度调节装置关闭所述炉门；

和/或，所述控制模块还用于在所述处理炉主体的所述工作状态为生产且所述氧气含量高于预设含氧阈值时控制所述高度调节装置关闭所述炉门。

在本发明的可选实施例中，所述热处理炉的安全控制系统还包括开度标尺，所述开度标尺用于指示所述炉门的开启高度；

所述控制模块还用于：获取物料尺寸，并基于所述物料尺寸控制所述炉门高度调节装置调整所述炉门的开启高度。

在本发明的可选实施例中，所述热处理炉的安全控制系统还包括火帘装置和自动引火烧嘴装置，所述自动引火烧嘴装置用于点燃所述火帘装置，以使所述火帘装置在所述炉口处形成火焰隔离带；

和/或，所述热处理炉的安全控制系统还包括排烟罩和排烟风机，所述排烟罩设置在所述炉口上方，所述排烟风机用于使所述排烟罩产生负压；所述排烟罩具有进气口和排烟口，所述进气口朝向所述炉口，所述排烟口连通有排气歧管。

根据本发明的另一方面，提供了一种热处理炉，该热处理炉包括处理炉主体和本发明任一实施例所述的热处理炉的安全控制系统。

本发明实施例的技术方案，通过设置氧含量监测件监测处理炉主体内部的氧气含量，然后通过控制模块实时获取氧气含量，实时获取处理炉主体的工作状态；基于氧气含量和工作状态控制气氛模块和氮气模块，以使还原性气体输出或切断输出至处理炉主体内部，并使氮气输出或切断输出至处理炉主体内部，从而能够有效的对处理炉主体内部的发生气氛和氧气含量进行控制，降低氧气造成的脱碳和表面氧化，也防止氧气过高造成炸炉，解决了如何有效控制热处理炉在热处理时炉内的氧气含量以实现安全生产的问题，同时能得到表面光亮且无新增脱碳层的钢管产品，无需进行酸洗，对环境友好。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种热处理炉的安全控制系统所应用的热处理炉的部分结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种热处理炉的安全控制系统的电路框图；

图3为本发明实施例一提供的另一种热处理炉的安全控制系统的电路框图；

图4为本发明实施例一提供的另一种热处理炉的安全控制系统所应用的热处理炉的快冷段的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的另一种热处理炉的安全控制系统所应用的热处理炉的部分结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的另一种热处理炉的安全控制系统所应用的热处理炉的部分结构示意图。

其中：1、处理炉主体；11、快冷段；12、炉口；13、炉门；14、换气段；2、氧含量监测件；3、气氛模块；4、氮气模块；41、工艺氮气子模块；42、安全氮气子模块；5、控制模块；6、排烟罩；61、进气口；62、排烟口；7、风机；8、炉门高度调节装置；9、火帘装置；10、自动引火烧嘴装置；20、可燃气体监测件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请中，术语“连接”、“结合”、“耦合”、“安装”可以是直接连接、结合、耦合或安装，也可以是间接连接、结合、耦合或安装。其中，进行举例示范，直接连接指的是两个零件或组件之间不需设置中间件而连接在一起，间接连接指的是两个零件或组件分别与至少一个中间件连接，这两个零件或组件通过中间件实现连接。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括电连接或耦合。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种热处理炉的安全控制系统所应用的热处理炉的部分结构示意图，图2为本发明实施例一提供的一种热处理炉的安全控制系统的电路框图，如图1和图2所示，该热处理炉的安全控制系统用于热处理炉，在本实施例中，热处理炉用于对钢管进行热处理，如正火、退火，热处理炉包括处理炉主体1，热处理炉的安全控制系统包括氧含量监测件2、气氛模块3、氮气模块4和控制模块5。其中，处理炉主体1是指热处理炉的主体部分。优选的，按钢管的运动方向，热处理炉包括上料段、处理炉主体1和出料段，如图1和图4所示，处理炉主体1包括换气段14、加热段、快冷段11、缓冷段等四个区域，以实现对钢管进行热处理。

氧含量监测件2用于监测处理炉主体1内部的氧气含量，一个或多个氧含量监测件2设置于处理炉主体1内部，重点监测位置为靠近进料口和出料口的炉腔。其中，氧气含量是指处理炉主体1内部气体中氧气的占比，氧含量监测件2是指能够监测到氧气含量的部件，氧含量监测件2可设置在处理炉主体1内部，从而便可监测出处理炉主体1内部的氧气含量。优选的，氧含量监测件2包括Lambda探头检测仪。其中，Lambda探头检测仪为能够测量混合气体的含氧成分比例的测氧探头，从而能够准确的监测出处理炉主体1内部的氧气含量。此外，氧含量监测件2也可包括氧传感器、氧含量检测仪中的一种，在此不做具体限定。

气氛模块3用于输出或切断输出还原性气体至处理炉主体1内部。其中，气氛模块3是指存储有还原性气体，并能够输出或切断输出还原性气体的模块。氮气模块4用于输出或切断输出氮气至处理炉主体1内部。其中，氮气模块4是指存储有氮气，并能够输出或切断输出氮气的模块。当氮气输出至处理炉主体1内部时能够将氧气排出炉外，降低炉内氧气含量，也能够将可燃的还原性气体排出炉外，解除安全隐患。还原性气体和氮气组成处理炉主体1内部的发生气氛，发生气氛是指钢管在处理炉主体1内部进行热处理时，能够避免钢管氧化脱碳和发黑、使其光亮的气氛。进一步的，还原性气体可以是一氧化碳、烃类可燃气体和氢气的一种或多种。

优选的，气氛模块3包括第一储气组件、第一输送管道和第一控制阀，第一储气组件用于存储还原性气体，第一输送管道将第一储气组件和处理炉主体1连接，多种气体由多个第一储气组件分别存储，输送、汇集到第一输送管道，第一控制阀用于控制第一输送管道的导通和关闭，从而第一控制阀打开以使第一输送管道导通时，能够将还原性气体输出至处理炉主体1内部，第一控制阀关闭以使第一输送管道关闭时，会切断输出还原性气体至处理炉主体1内部，从而只需控制第一控制阀的状态，便可控制输出或切断输出还原性气体至处理炉主体1内部。具体的，第一控制阀为电磁阀。

控制模块5的输入端与氧含量监测件2电连接，控制模块5的输出端分别与气氛模块3和氮气模块4电连接，控制模块5用于实时获取氧气含量，实时获取处理炉主体1的工作状态，基于氧气含量和工作状态控制气氛模块3和氮气模块4，以使还原性气体输出或切断输出至处理炉主体1内部，并使氮气输出或切断输出至处理炉主体1内部。

其中，控制模块5是指能够进行编程，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令的模块，优选的，控制模块5可为MCU、PLC、DSP芯片、FPGA中的一种。处理炉主体1的工作状态包括开炉、生产、停炉等。热处理炉对钢管进行热处理时，通常需要对钢管进行加热，所以在生产过程中热处理炉内部的温度需要到达指定的温度，开炉是指使处理炉主体1内部的温度上升至指定温度的过程；生产是指待热处理的钢管进入处理炉主体1内部进行热处理的过程，停炉是指此次生产已完毕，需要使处理炉主体1内部的温度降温至室温的过程，本实施例中，热处理指的是正火或者退火。由于控制模块5能够根据氧气含量和工作状态控制气氛模块3和氮气模块4，所以能够有效的对处理炉主体1内部的发生气氛和氧气含量进行控制，降低氧气造成的脱碳，也防止氧气过高造成炸炉。

上述方案，通过设置氧含量监测件2监测处理炉主体1内部的氧气含量，然后通过控制模块5实时获取氧气含量，实时获取处理炉主体1的工作状态；基于氧气含量和工作状态控制气氛模块3和氮气模块4，以使还原性气体输出或切断输出至处理炉主体1内部，并使氮气输出或切断输出至处理炉主体1内部，从而能够有效的对处理炉主体1内部的发生气氛和氧气含量进行控制，降低氧气造成的脱碳，也防止氧气过高造成炸炉，解决了如何有效控制热处理炉在热处理时炉内的氧气含量以实现安全生产的问题。

在本发明的可选实施例中，如图1和图3所示，氮气模块4包括工艺氮气子模块41，工艺氮气子模块41用于输出或切断输出工艺氮气至处理炉主体1内部，工艺氮气作为发生气氛的组成成分之一，区别于还原性气体而单独被控制；控制模块5具体用于：在处理炉主体1的工作状态为开炉时，确定氧气含量是否高于预设含氧阈值，若氧气含量高于预设含氧阈值，控制工艺氮气子模块41输出工艺氮气至处理炉主体1内部，且当氧气含量小于或等于预设含氧阈值时，控制气氛模块3将还原性气体输出至处理炉主体1内部，此时，可根据发生气氛各组分的比例关系，调整工艺氮气的流量。

其中，工艺氮气子模块41是指存储有工艺氮气，并能够输出或切断输出工艺氮气的模块。工艺氮气的主要成分为氮气，用于维持生产工艺所需的处理炉内的惰性氛围。优选的，工艺氮气子模块41包括第二储气组件、第二输送管道和第二控制阀，第二储气组件用于存储工艺氮气，第二输送管道将第二储气组件和处理炉主体1连接，第二控制阀用于控制第二输送管道的导通和关闭，从而第二控制阀打开以使第二输送管道导通时，能够将工艺氮气输出至处理炉主体1内部，第二控制阀关闭以使第二输送管道关闭时，会切断输出工艺氮气至处理炉主体1内部，从而只需控制第二控制阀的状态，便可控制输出或切断输出工艺氮气至处理炉主体1内部。具体的，第二控制阀为电磁阀。

预设含氧阈值是指符合安全标准的处理炉主体1内氧气含量的上限值，在处理炉主体1的工作状态为开炉时，若氧气含量高于预设含氧阈值，说明此时氧气含量过高，若此时通入还原性气体，则存在炸炉的安全隐患，此时控制工艺氮气子模块41输出工艺氮气至处理炉主体1内部，工艺氮气的输入能够降低处理炉主体1内的氧气含量，营造惰性氛围。此外，通过在氧气含量小于或等于预设含氧阈值时，才允许气氛模块3将还原性气体输出至处理炉主体1内部，可防止还原性气体在氧气含量过高时导致爆炸的情况出现。

预设含氧阈值的取值根据还原性气体的组成与比例来确定，须符合安全标准的要求，优选的，预设含氧阈值为0.5％-1.5％中的任一值。进一步的，预设含氧阈值为0.8％-1.2％中的任一值，具体的，预设含氧阈值为0.9％、0.95％、1％、1.05％中的任一值。

在本发明的可选实施例中，氮气模块4包括安全氮气子模块42，安全氮气子模块42用于输出或切断输出安全氮气至处理炉主体1内部；控制模块5具体用于：在处理炉主体1的工作状态为生产时，确定氧气含量是否高于预设含氧阈值，若氧气含量高于预设含氧阈值，控制气氛模块3切断还原性气体输出至处理炉主体1内部，并控制安全氮气子模块42输出安全氮气至处理炉主体1内部，直至氧气含量小于或等于预设含氧阈值时切断输出，且在氧气含量小于或等于预设含氧阈值时，控制气氛模块3将还原性气体输出至处理炉主体1内部以使热处理炉继续生产。

其中，安全氮气子模块42是指存储有安全氮气，并能够输出或切断输出安全氮气的模块。安全氮气和工艺氮气均为氮气，但用途不同。安全氮气用于紧急情况下提供大量氮气以维护热处理炉的惰性氛围，保证热处理炉安全运行。优选的，安全氮气子模块42包括第三储气组件、第三输送管道和第三控制阀，第三储气组件用于存储安全氮气，第三输送管道将第三储气组件和处理炉主体1连接，第三控制阀用于控制第三输送管道的导通和关闭，从而第三控制阀打开以使第三输送管道导通时，能够将安全氮气输出至处理炉主体1内部，第三控制阀关闭以使第三输送管道关闭时，会切断输出安全氮气至处理炉主体1内部，从而只需控制第三控制阀的状态，便可控制输出或切断输出安全氮气至处理炉主体1内部。具体的，第三控制阀为电磁阀。本实施例中，第三控制阀包括常开电磁阀、常闭电磁阀、手动阀三种；设备异常触发安全连锁控制，通过常闭电磁阀通入安全氮气；如遇停电故障，通过常开电磁阀通入安全氮气；特殊情况人工通过手动阀通入安全氮气；使炉内可燃性还原性气体从排烟口排出，避免突然停炉后炉内充满可燃气体，存在炸炉隐患。

在处理炉主体1的工作状态为生产时，若氧气含量高于预设含氧阈值，说明此时氧气含量过高，存在炸炉的安全隐患，此时控制气氛模块3切断还原性气体输出至处理炉主体1内部，能够防止处理炉主体1在存在安全风险的情况下生产，通过控制安全氮气子模块42输出安全氮气至处理炉主体1内部，安全氮气的输入能够降低氧气含量，故能够在防止氧气含量过高引起炸炉，由于安全氮气输入时还原性气体切断输出，所以能够使得氧气含量快速下降至小于或等于预设含氧阈值，尽快解决生产中的安全隐患。通过在氧气含量小于或等于预设含氧阈值时，才允许气氛模块3将还原性气体输出至处理炉主体1内部以使处理炉主体1继续生产，能够防止处理炉主体1在存在安全风险的情况下生产，也能够防止氧气含量过高造成的生产出的钢管表面质量较差的情况出现。

在本发明的可选实施例中，如图1和图3所示，热处理炉的安全控制系统还包括可燃气体监测件20，可燃气体监测件20用于监测处理炉主体1内部的可燃气体含量，氮气模块4包括安全氮气子模块42，安全氮气子模块42用于输出或切断输出安全氮气至处理炉主体1内部；控制模块5具体用于：在处理炉主体1的工作状态为停炉时，关闭加热装置，控制气氛模块3切断还原性气体输出至处理炉主体1内部，控制安全氮气子模块42输出安全氮气至处理炉主体1内部，并获取可燃气体含量，确定氧气含量是否高于预设含氧阈值以及所述可燃气体含量是否小于预设可燃气体含量阈值，在氧气含量小于或等于预设含氧阈值且所述可燃气体含量小于或等于预设可燃气体含量阈值时控制处理炉主体1启动降温。其中，停炉时获取可燃气体含量通常是获取缓冷段的可燃气体含量，特别是获取缓冷段最接近出料口位置的可燃气体含量，缓冷段炉体较长，当出料口的可燃气体含量降低到预设可燃气体含量阈值以下时，基本可以保证炉内其他位置的可燃气体含量也符合要求。

此外，停炉包括正常停炉和紧急停炉。正常停炉时，停止新批次的钢管进料，待当前批次的钢管完成热处理并出炉后，关闭炉门；紧急停炉时，设置于炉门的传感器确认炉门处没有钢管占位，即可关闭炉门。关闭炉门可以减少氧气进入处理炉主体1内部，防止安全事故发生。

其中，安全氮气子模块42是指存储有安全氮气，并能够输出或切断输出安全氮气的模块。可燃气体含量是指处理炉主体1内部的可燃气体的占比，可燃气体监测件20是指能够监测到可燃气体含量的部件，优选的，可燃气体监测件20可为气体分析仪。预设可燃气体含量阈值是指可避免安全风险的可燃气体含量的上限值。此外，发生气氛的还原性气体中通常包括可燃性气体，在处理炉主体1的工作状态为停炉时，处理炉主体1需要降温至室温，先控制气氛模块3切断还原性气体输出至处理炉主体1内部，切断可燃性气体的来源，此时，需控制工艺氮气子模块41持续输出工艺氮气；然后控制安全氮气子模块42输出安全氮气至处理炉主体1内部，能够降低处理炉主体1内部的氧气含量和可燃气体含量，在氧气含量小于或等于预设含氧阈值、且可燃气体含量小于或等于预设可燃气体含量阈值时，才可控制处理炉主体1启动降温，并切断安全氮气的输出，能够防止温度变化引起爆炸条件变化造成炸炉，所以提高了生产的安全性；在处理炉主体1将至室温后，才能切断工艺氮气的输出。

在本发明的可选实施例中，还原性气体包括一氧化碳、氢气和烃类可燃气体，能够避免钢管氧化发黑。烃类可燃气体如烷烃、烯烃和炔烃能够与处理炉主体1内部的氧气在高温下发生“不完全”反应，消耗氧气，避免炸炉。

还原性气体适用于各种低碳钢、中碳钢和低合金碳钢、中碳合金钢类钢管产品的连续正火和退火热处理生产，作为保护气氛，处理后的钢管光亮且色泽均匀，无新增脱碳层。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，处理炉主体1包括快冷段11，热处理炉的安全控制系统还包括风机7，风机7设置在快冷段11内；控制模块5与风机7电连接，控制模块5还用于在处理炉主体1的工作状态为开炉或停炉时控制风机7以第一转速运行，工作状态为生产时控制风机7以第二转速运行，其中，第一转速低于第二转速。

其中，在钢管热处理的过程中，通常需要对钢管进行加热后再快速降温，快冷段11是指处理炉主体1中用于对加热后的钢管进行降温冷却的区域。

风机7是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。由于快冷段11可能存在一些直角气流死角造成对流不良，同时发生气氛可能包括分子量重量不同的气体，风机7启动时能够搅动处理炉主体1内部的气体，在非生产状态下以低速运行，开炉时能够使处理炉主体1内部的氧气尽快排出，也能够在发生气氛通入后、使发生气氛更充分的分布在处理炉主体1内部，防止发生气氛分层，停炉时通过风机7搅动处理炉主体1内部的气体，能够让氮气更充分的将处理炉主体1内部的可燃气体赶出，有效防止可燃气体造成炸炉，提高了生产的安全性。

在本发明的可选实施例中，如图1和图3所示，处理炉主体1包括炉口12和用于启闭炉口12的炉门13，炉门13包括前炉门和后炉门，前炉门设置于换气段14的炉口上，位于上料段与换气段14之间，后炉门设置于缓冷段的炉口上，位于缓冷段与出料段之间，热处理炉的安全控制系统还包括炉门高度调节装置8，炉门高度调节装置8用于调节炉门13的开启高度；控制模块5与炉门高度调节装置8电连接，控制模块5还用于在处理炉主体1的工作状态为开炉或停炉时，控制炉门高度调节装置8关闭炉门13。

其中，炉门高度调节装置8是指能够使炉门13运动以调节炉门13的开启高度的装置，炉门13的开启高度不同时，露出的炉口12大小也不同，由于热处理的钢管需要从炉口12进入处理炉主体1内部，所以钢管尺寸不同时，需要预留的炉口12大小也不同，所以可根据钢管的尺寸调节炉门13的开启高度，以使炉口12大小不同。优选的，炉门高度调节装置8包括电机和传动机构，电机转动时通过传动机构带动炉门13升降，实现调节炉门13的开启高度。具体的，传动机构可包括齿轮和齿条等，传动机构也可包括丝杆和螺母等，传动机构也可包括皮带等，在此不对传动机构的具体结构做具体限定，只需实现能够将电机输出的旋转扭矩转换为直线推力即可。可选的，炉门高度调节装置8也可包括电推杆、气缸或油缸等动力部件，只要能够实现驱动炉门13运动以调节炉门13的开启高度即可，在此不对炉门高度调节装置8的具体结构做具体限定。

控制模块5通过在处理炉主体1的工作状态为开炉或停炉时，控制炉门高度调节装置8关闭炉门13，能够有效提高处理炉主体1内部的发生气氛的置换速度和建立速度，降低吹扫氮气和建立发生气氛时气体的用量，节约开炉和停炉的时间。

在本发明的可选实施例中，控制模块5还用于在处理炉主体1的工作状态为生产且氧气含量高于预设含氧阈值时控制高度调节装置8关闭炉门13。由于在处理炉主体1的工作状态为生产且所述氧气含量高于预设含氧阈值时，控制模块5会控制安全氮气子模块开启氮气吹扫，此时关闭炉门13有助于安全氮气快速降低氧气含量。

此外，在处理炉主体1的工作状态为生产时，若出现氧气含量超标的情况，控制模块5控制安全氮气子模块开启氮气吹扫的同时，控制模块5还用于监测热处理炉的换气段14的进料状态和缓冷段的出料状态，当换气段14进料完成，停止进料，关闭前炉门，当缓冷段出料完成，停止出料，关闭后炉门。直至氧气含量低于预设含氧阈值后，恢复进料和出料。

在本发明的可选实施例中，热处理炉的安全控制系统还包括开度标尺，开度标尺用于指示炉门13的开启高度；控制模块5还用于：获取物料尺寸，并基于物料尺寸控制炉门高度调节装置8调整炉门13的开启高度。

其中，开度标尺是指用于指示炉门13的开启高度的标尺，炉门13的开启高度能够反映露出的炉口12大小。物料尺寸是指进行热处理的物料的具体尺寸，在本实施例中，物料具体的为钢管，物料尺寸即为钢管直径。

通过基于物料尺寸控制炉门高度调节装置8调整炉门13的开启高度，能够使炉门13的开启高度较为匹配物料尺寸，防止炉门13的开启高度过大，节省还原性气体的气体消耗并调节压力平衡。

优选的，在一个具体的实施例中，物料尺寸包括钢管直径，控制模块5具体用于控制炉门高度调节装置8调整炉门13的开启高度，直至炉门13的开启高度与钢管直径的差值小于预设差值。

在本发明的可选实施例中，物料具有不同的进料模式，进料模式是指需要进行热处理的物料进入处理炉主体1内部的模式，具体的，进料模式包括连续进料和步进进料，连续进料时，炉门13根据物料尺寸以一定开启高度常开，物料按预设的工艺速度进入处理炉主体1内部进行热处理。步进进料时，当处理炉主体1内部满足进料条件时炉门13开启，物料进入处理炉主体1内部到达指定位置后，关闭炉门13对物料进行热处理。

在本发明的可选实施例中，如图5和图6所示，热处理炉的安全控制系统还包括火帘装置9和自动引火烧嘴装置10，自动引火烧嘴装置10用于点燃火帘装置9，以使火帘装置9在炉口12处形成火焰隔离带。

其中，自动引火烧嘴装置10是指能够发生火花放电产生电火花，点燃可燃气体的装置，优选的，自动引火烧嘴装置10包括点火器，点火器(英文名称：igniter)，指能在一瞬间提供足够的能量点燃煤粉、油(气)燃料并能稳定火焰的装置。自动引火烧嘴装置10也可为其他能够点燃可燃气体的装置，在此不做具体限定。

火帘装置9是指能够被点燃以产生火焰隔离带的装置，具体的，可将火帘装置9设置在处理炉主体1的炉口12的下方，从而火帘装置9形成的火焰隔离带能够位于炉口12处。优选的，火帘装置9包括中空的装置本体，装置本体具有进气口61和出气孔，出气孔的数量为多个，可燃气体从进气口61进入装置本体内部，然后由出气孔排出，自动引火烧嘴装置10将从出气孔排出的可燃气体点燃，便可形成火焰隔离带。进一步的，可燃气体可为天然气。

由于自动引火烧嘴装置10能够点燃火帘装置9，以使火帘装置9在炉口12处形成火焰，所以处理炉主体1内部的可燃气体到了炉口12处会被燃烧，同时炉外的氧气在火焰隔离带的隔离作用下不会从炉口12进入处理炉内部，可以起到隔离炉内外气体的作用。

在本发明的可选实施例中，如图5所示，热处理炉的安全控制系统还包括排烟罩6和排烟风机，排烟罩6设置在炉口12上方，排烟风机用于使排烟罩6产生负压；排烟罩6具有进气口61和排烟口62，进气口61朝向炉口12，排烟口62连通有排气歧管。

其中，排烟风机是一种可以将气体迅速排走的机械，该机器特点是耐高温性能良好、效率高。通过排烟风机使排烟罩6产生负压，从炉口12溢出的发生气氛能够通过进气口61进入排烟罩6，在排烟罩6内被收集，然后由排气歧管排出，同时也可以排出水蒸气等。

优选的，排烟口62的数量为多个，该热处理炉的安全控制系统还包括排气主管道，排烟口62通过排气歧管与排气主管道连接，排烟风机可设置于排气主管道，从而从炉口12溢出的处理炉主体1内部的发生气氛在炉口12燃烧后，以及从进入处理炉主体1内部的钢管内溢出的发生气氛，由于本身密度比空气轻，温度明显高于室温，自身有向上扩散的趋势，辅以排烟风机产生的负压，在排烟罩6内被收集，通过排气歧管汇总到排气主管道中，进而排出室外。进一步的，排气歧管中设置长明火，将未完全燃烧的溢出的发生气氛燃烧后排放，防止发生气氛逸散。进一步的，排气歧管上设置了蝶阀，蝶阀用于控制排气歧管的导通和断开，故可以根据需要开启蝶阀，实现排出发生气氛。

实施例二

本发明实施例二提供了一种热处理炉，如图1所示，该热处理炉包括处理炉主体1和本发明任一实施例的热处理炉的安全控制系统。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，处理炉主体1包括快冷段11。

在本发明的可选实施例中，如图1所示，处理炉主体1包括炉口12和用于启闭炉口12的炉门13。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热处理炉的安全控制系统，用于热处理炉，所述热处理炉包括处理炉主体(1)，其特征在于，所述热处理炉的安全控制系统包括氧含量监测件(2)、气氛模块(3)、氮气模块(4)和控制模块(5)；

所述氧含量监测件(2)用于监测所述处理炉主体(1)内部的氧气含量；

所述气氛模块(3)用于输出或切断输出还原性气体至所述处理炉主体(1)内部；所述氮气模块(4)用于输出或切断输出氮气至所述处理炉主体(1)内部；所述还原性气体和所述氮气组成所述处理炉主体(1)内部的发生气氛；

所述控制模块(5)的输入端与所述氧含量监测件(2)电连接，所述控制模块(5)的输出端分别与所述气氛模块(3)和所述氮气模块(4)电连接，所述控制模块(5)用于实时获取所述氧气含量，实时获取所述处理炉主体(1)的工作状态，基于所述氧气含量和所述工作状态控制所述气氛模块(3)和所述氮气模块(4)，以使所述还原性气体输出或切断输出至所述处理炉主体(1)内部，并使所述氮气输出或切断输出至所述处理炉主体(1)内部。

2.根据权利要求1所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述氮气模块(4)包括工艺氮气子模块(41)，所述工艺氮气子模块(41)用于输出或切断输出工艺氮气至所述处理炉主体(1)内部；

所述控制模块(5)具体用于：在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为开炉时，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值，若所述氧气含量高于所述预设含氧阈值，控制所述工艺氮气子模块(41)输出所述工艺氮气至所述处理炉主体(1)内部，且在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值时控制所述气氛模块(3)将所述还原性气体输出至所述处理炉主体(1)内部。

3.根据权利要求1所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述氮气模块(4)包括安全氮气子模块(42)，所述安全氮气子模块(42)用于输出或切断输出安全氮气至所述处理炉主体(1)内部；

所述控制模块(5)具体用于：在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为生产时，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值，若所述氧气含量高于所述预设含氧阈值，控制所述气氛模块(3)切断所述还原性气体输出至所述处理炉主体(1)内部，并控制所述安全氮气子模块(42)输出所述安全氮气至所述处理炉主体(1)内部，直至所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值，且在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值时控制所述气氛模块(3)将所述还原性气体输出至所述处理炉主体(1)内部以使所述处理炉主体(1)继续生产。

4.根据权利要求1所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述热处理炉的安全控制系统还包括可燃气体监测件(20)，所述可燃气体监测件(20)用于监测所述处理炉主体(1)内部的可燃气体含量，所述氮气模块(4)包括安全氮气子模块(42)，所述安全氮气子模块(42)用于输出或切断输出安全氮气至所述处理炉主体(1)内部；

所述控制模块(5)具体用于：在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为停炉时，控制所述气氛模块(3)切断所述还原性气体输出至所述处理炉主体(1)内部，控制所述安全氮气子模块(42)输出所述安全氮气至所述处理炉主体(1)内部，并获取可燃气体含量，确定所述氧气含量是否高于预设含氧阈值以及所述可燃气体含量是否小于预设可燃气体含量阈值，在所述氧气含量小于或等于所述预设含氧阈值且所述可燃气体含量小于或等于所述预设可燃气体含量阈值时，控制所述处理炉主体(1)启动降温。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述还原性气体包括氢气、一氧化碳和烃类可燃气体的一种或多种。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述处理炉主体(1)包括快冷段(11)，所述热处理炉的安全控制系统还包括风机(7)，所述风机(7)设置在所述快冷段(11)内；

所述控制模块(5)与所述风机(7)电连接，所述控制模块(5)还用于在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为开炉或停炉时控制所述风机(7)以第一转速运行，所述工作状态为生产时控制所述风机(7)以第二转速运行，其中，所述第一转速低于所述第二转速。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述处理炉主体(1)包括炉口(12)和用于启闭所述炉口(12)的炉门(13)，所述热处理炉的安全控制系统还包括炉门高度调节装置(8)，所述炉门高度调节装置(8)用于调节所述炉门(13)的开启高度；

所述控制模块(5)与所述炉门高度调节装置(8)电连接，所述控制模块(5)还用于在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为开炉或停炉时，控制所述炉门高度调节装置(8)关闭所述炉门(13)；

和/或，所述控制模块(5)还用于在所述处理炉主体(1)的所述工作状态为生产且所述氧气含量高于预设含氧阈值时控制所述高度调节装置(8)关闭所述炉门(13)。

8.根据权利要求7所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述热处理炉的安全控制系统还包括开度标尺，所述开度标尺用于指示所述炉门(13)的开启高度；

所述控制模块(5)还用于：获取物料尺寸，并基于所述物料尺寸控制所述炉门高度调节装置(8)调整所述炉门(13)的开启高度。

9.根据权利要求7所述的热处理炉的安全控制系统，其特征在于，所述热处理炉的安全控制系统还包括火帘装置(9)和自动引火烧嘴装置(10)，所述自动引火烧嘴装置(10)用于点燃所述火帘装置(9)，以使所述火帘装置(9)在所述炉口(12)处形成火焰隔离带；

和/或，所述热处理炉的安全控制系统还包括排烟罩(6)和排烟风机，所述排烟罩(6)设置在所述炉口(12)上方，所述排烟风机用于使所述排烟罩(6)产生负压；所述排烟罩(6)具有进气口(61)和排烟口(62)，所述进气口(61)朝向所述炉口(12)，所述排烟口(62)连通有排气歧管。

10.一种热处理炉，其特征在于，包括处理炉主体(1)和权利要求1-9中任一项所述的热处理炉的安全控制系统。