專利名稱：中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鍛造領域中坯料預熱過程的溫控裝置，具體講是一種中頻透
熱爐中移動坯料的溫控裝置，換句話說，是一種對中頻透熱爐中移動坯料的透熱過程進行 溫控的裝置。
背景技術：
中頻透熱爐以其熱效率高、加熱時間短，加熱后的工件表面氧化脫碳少、工件畸變 小、可控性好、易于實現機械化和自動化等特點，在鍛造領域得到廣泛的應用。由于鍛造的 坯料的溫度值及內外溫度是否均勻直接影響著鍛件的組織和力學性能，故用中頻透熱爐透 熱(即穿透加熱)的坯料要求透熱后的溫度達到設計要求值且坯料內外溫差最小(即溫度 均勻化)。 而坯料透熱后的溫度值以及坯料的內外溫度是否均勻是由坯料在爐體內的停留 時間、坯料的透熱功率密度、中頻透熱爐的透熱頻率三個參數決定的。在中頻透熱爐透熱 時，坯料在爐內停留時間過長，會造成其表面氧化層的增厚，甚至過燒，導致鍛造部位的強 韌性惡化，從而縮短鍛件使用壽命；坯料在爐內停留時間過短，則其溫度過低，無法順利鍛 壓，縮短鍛壓設備的使用壽命。坯料的透熱功率密度是指單位面積的坯料的透熱功率，它是 由中頻透熱爐的輸出功率決定的，坯料的透熱功率密度則決定坯料的熔化速度，如果透熱 功率密度過大會導致工件表面過熱甚至熔化；如果透熱功率密度過小會使得工件加熱時間 過長，最終導致生產效率低下。中頻透熱爐的透熱頻率則決定坯料的透熱深度，透熱頻率過 高，會使得加熱深度淺，最終導致坯料的內外溫差過大；而透熱頻率過低，雖然能減小內外 溫差，但會引起加熱線圈總的電流及銅損增大，最終導致電效率降低，能耗增大。而中頻透 熱爐中移動坯料的溫控，就是通過調節(jié)坯料在爐體內的停留時間、中頻透熱爐的輸出功率、 中頻透熱爐的透熱頻率三個參數，使得透熱后的坯料的溫度達到設計要求值且溫度均勻 化，進而保證坯料的組織和力學性能滿足鍛造要求。 但現有技術的溫控裝置很難對中頻透熱爐進行精確實時的溫控，其具體原因如 下 現有技術的溫控裝置包括非接觸式和接觸式。非接觸式溫控裝置通過測量坯料的 輻射能，根據熱輻射能與溫度之間的對應關系換算出溫度值，然而爐體加熱時，爐腔內產生 大量的煙霧和灰塵對測溫裝置接收輻射能的過程產生干擾，故非接觸式溫控裝置測溫效果 很差，溫度采集精度低，而且，更關鍵的是，受到爐腔內狹窄空間的限制，測溫裝置無法隨坯 料跟進，只能測出爐腔入口處和出口處的溫度值，故溫度的采集范圍小。接觸式溫控裝置如 保護管熱電偶式是指在熱電偶外設置一層陶瓷材料的保護套管，坯料與保護管接觸，通過 保護管將熱量傳遞給熱電偶進行測溫，但由于保護管存在時間上的滯后性，故溫度的采集 精度低，而且，由于爐腔內空間狹窄，爐壁與坯料之間縫隙很小，故很難將熱電偶設在爐腔 內部，只能在爐腔出口處設置一個熱電偶，故溫度的采集范圍小，同樣無法滿足溫控的精度 要求。[0006] 由于上述溫控裝置存在各種局限，故以上述裝置做設備基礎的中頻透熱爐中移動 坯料的溫控方法也只能是根據爐腔出口處坯料的溫度值依據經驗來調節(jié)坯料在爐體內的 停留時間、中頻透熱爐的輸出功率和透熱頻率這三個參數。但中頻透熱爐加熱是將坯料置 于交變磁場中，利用坯料內部產生的感應電流將坯料加熱，坯料溫度升高會使得坯料的導 電性能、導磁性能均發(fā)生變化，也就是說，爐內的電磁場和溫度場之間是相互影響、相互耦 合的。因此，在確定坯料透熱參數時，僅靠爐腔出口處坯料的溫度值以及經驗來判定，無法 保證坯料的透熱溫度值達到設計要求且溫度均勻化。即使經過反復多次的調試，得出的三 個參數也不理想。 所以，目前，人們一般采用的是留有相當大的加熱余量以彌補加熱參數不準確造 成的缺陷，但這樣勢必造成能源的浪費，而且，對于具有較高質量要求的鍛件，這種不精確 的溫控無法滿足鍛件的需要。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種能在坯料透熱的全過程中精確、連續(xù)
測量同一個坯料同一位置的溫度值的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置。 本實用新型的技術解決方案是，提供一種中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，它
包括溫控儀表、兩根由兩種不同成分的材質導體構成的熱電偶絲、兩根補償導線、中頻控制
柜、PLC控制面板、一根導軌和一塊移動板，兩根熱電偶絲的同一端通過兩根補償導線與溫
控儀表的觸點連接，兩根熱電偶絲的另一端相互熔接成測溫節(jié)點，所述的溫控儀表與中頻
控制柜電連接，所述的中頻控制柜與PLC控制面板電連接，所述的導軌固定在中頻透熱爐
的爐腔上部，所述的移動板滑配合于導軌內，所述的移動板的前端固定有一擋板，每根熱電
偶絲彎折成橫向部分和豎直向部分，所述的橫向部分固定在移動板上，所述的豎直向部分
向下延伸，所述的測溫節(jié)點位于兩根豎直向部分的下端，所述的測溫節(jié)點與移動板之間設
有能將測溫節(jié)點壓緊在坯料上表面的壓緊裝置。 本實用新型中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置與現有技術相比，具有以下顯著優(yōu) 點和有益效果 由于本實用新型中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置的熱電偶絲與移動板固定，而 移動板前端設有擋板，且所述的測溫節(jié)點與移動板之間設有能將測溫節(jié)點壓緊在坯料上表 面的壓緊裝置，故將被測坯料的前端與擋板抵緊且通過壓緊裝置將測溫節(jié)點壓緊在坯料上 表面后，隨著坯料在爐腔內移動透熱，移動的坯料會前推擋板，進而帶動移動板及熱電偶 絲，使得熱電偶絲豎直向部分下端的測溫節(jié)點也始終隨著坯料移動，且由于測溫節(jié)點被壓 緊裝置壓緊在坯料上表面，這樣，該溫控裝置能在坯料透熱的全過程中連續(xù)測量同一個坯 料的同一位置的溫度值，實現了對移動坯料的實時跟蹤測溫；又由于測溫節(jié)點與被測坯料 直接接觸，本實用新型的溫控裝置克服了非接觸式溫控裝置受爐腔內煙霧和粉塵干擾產生 的測溫誤差的缺點，測量精度高；同樣由于測溫節(jié)點與被測坯料直接接觸，本實用新型溫控 裝置克服了保護管式溫控裝置時間上存在滯后性的缺點，故測量精度高；還由于所述的測 溫節(jié)點與移動板之間設有能將測溫節(jié)點壓緊在坯料上表面的壓緊裝置，故本實用新型溫控 裝置能適用于不同尺寸的坯料。 作為改進，所述的測溫節(jié)點為半球狀，所述的測溫節(jié)點的下端面與坯料的上表面
4形狀吻合，這樣，增大了測溫節(jié)點與坯料的接觸面積，提高了測量的精確性；而且，所述的測 溫節(jié)點的下端面與坯料的上表面形狀吻合，使得測溫節(jié)點被壓緊裝置更牢固地壓緊在坯料 上表面，避免了測溫節(jié)點與坯料的相對移動，保證了對同一坯料的同一位置的測溫，提高了 測量的準確性和穩(wěn)定性。 作為再改進，所述的導軌、移動板、擋板、彈簧都為不導磁材料如不導磁不銹鋼構 成，這樣，避免了上述部件在中頻磁場的感應作用下發(fā)熱，提高了上述部件的使用壽命。 利用本實用新型的溫控裝置對中頻透熱爐中移動坯料的透熱過程進行溫控的方 法，其步驟如下 a、確定理想曲線，根據坯料的尺寸和材料，利用計算機仿真軟件模擬出最優(yōu)化的
坯料均勻透熱的溫度與時間曲線，即理想曲線，并將該理想曲線輸入溫控儀表； b、從該曲線上找出設計要求的坯料透熱后的溫度值所對應的時間，該時間就是坯
料在爐體內的停留時間的最佳值； c、將坯料在爐體內開始透熱的時刻作為起始時刻，通過權利要求1所述的測溫裝 置測出該時刻坯料的溫度值； d、溫控儀表將上一步驟中測出的溫度值與步驟a中的理想曲線上同一時刻的溫 度值進行比較，得到差值； e、溫控儀表將上一步驟中得到的差值反饋給中頻控制柜； f、中頻控制柜根據上一步驟中反饋的差值換算出合適的電壓值、電流值和頻率 值，并將上述電壓值、電流值和頻率值施加到中頻透熱爐的感應線圈兩端，使得中頻透熱爐 產生新的輸出功率值和透熱頻率值，此刻產生的新的輸出功率值和透熱頻率值，能使得坯 料的溫度值向理想曲線上此刻的溫度值逼近； g、用PLC控制面板記錄此刻中頻透熱爐的輸出功率和透熱頻率； h、在權利要求1所述的溫控裝置的上一次測溫過程結束后，經歷一個溫度值采集
時間間隔，再用權利要求1所述的溫控裝置測出該時刻坯料的溫度值； i、重復步驟d g; j、多次重復步驟h i，直至坯料透熱完成離開爐體； k、將PLC控制面板記錄的坯料透熱全過程中各個時刻的中頻透熱爐的輸出功率 和透熱頻率導入計算機，通過計算機數值擬合的方法得出中頻透熱爐的輸出功率和透熱頻 率的擬合值，上述兩個擬合值就是中頻透熱爐的輸出功率、中頻透熱爐的透熱頻率兩個參 數的最佳值。 相對于僅靠爐腔出口處坯料的溫度值以及經驗經過反復多次的調試得出的三個 參數的傳統方法，由于有了本實用新型溫控裝置，所以可采用以上的中頻透熱爐中移動坯 料的溫控方法，而該方法僅僅經過一次調節(jié)，就能準確的得到坯料在爐體內的停留時間、中 頻透熱爐的輸出功率和透熱頻率這三個參數，使得透熱后的坯料的溫度達到設計要求值且 溫度均勻化，進而保證坯料的組織和力學性能滿足鍛造要求，故更快速、更精確；相對于留 有相當大的加熱余量的傳統方法，以本實用新型溫控裝置為設備基礎的溫控方法能耗浪費 小、控制精度高、透熱坯料更符合鍛造要求。
圖1是本實用新型中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置的局部正視剖視結構示意 圖。
圖2是圖1的局部放大結構示意圖。 圖3是本實用新型中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置的側視結構示意圖。 圖4是圖2的局部放大結構示意圖。 圖5是以本實用新型溫控裝置為設備基礎的中頻透熱爐中移動坯料的溫控方法 中的最優(yōu)化的坯料均勻透熱的溫度與時間曲線及坯料實際透熱的溫度與時間的曲線。 圖6是以本實用新型溫控裝置為設備基礎的中頻透熱爐中移動坯料的溫控方法 中對中頻透熱爐的透熱頻率進行擬合時的示意圖。 圖7是以本實用新型溫控裝置為設備基礎的中頻透熱爐中移動坯料的溫控方法 中對中頻透熱爐的輸出功率進行擬合時的示意圖。 圖中所示1、溫控儀表，2、熱電偶絲，3、補償導線，4、測溫節(jié)點，5、導軌，6、移動板， 7、擋板，8、陶瓷墊片1，9、陶瓷墊片n，10、壓簧，ll、坯料，12、爐腔。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。 如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實用新型中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，它包 括溫控儀表1、兩根由兩種不同成分的材質導體構成的熱電偶絲2、兩根補償導線3、中頻控 制柜(圖中未標示)、PLC控制面板(圖中未標示)、一根導軌5和一塊移動板6。兩根熱電 偶絲2的同一端通過兩根補償導線3與溫控儀表1的觸點連接，即一根熱電偶絲2的一端 通過一根補償導線3與溫控儀表1的一個觸點連接，另一根熱電偶絲2的同一端通過另一 根補償導線3與溫控儀表1的另一個觸點連接。兩根熱電偶絲2的另一端相互熔接成測溫 節(jié)點4。所述的溫控儀表1與中頻控制柜電連接，所述的中頻控制柜與PLC控制面板電連 接。所述的溫控儀表1為市售的智能型溫控儀表，其型號為XMTA-808，該型號的溫控儀表1 內設有集成放大器，能顯示數據和比較數據；所述的中頻控制柜為市售，其型號為GW-J，該 型號的中頻控制柜內含有模擬電路，能夠根據收到的信息發(fā)出指令來調控某些參數；所述 的PLC控制面板為市售，其型號為西門子S7-200。 所述的導軌5固定在中頻透熱爐的爐腔12上部，所述的移動板6滑配合于導軌5 內，所述的移動板6的前端固定有一擋板7。每根熱電偶絲2彎折成橫向部分和豎直向部分。 所述的橫向部分固定在移動板6上，即所述的移動板6為中空結構，所述的兩根熱電偶絲2 外包裹有一層耐高溫絕緣絕熱的玻璃絲布，每根熱電偶絲2的橫向部分位于移動板6的中 空部且橫向部分的玻璃絲布與移動板6之間填充有耐火泥。所述的豎直向部分向下延伸。 所述的測溫節(jié)點4位于兩根豎直向部分的下端，所述的測溫節(jié)點4為半球狀，所述的測溫節(jié) 點4的下端面與坯料11的上表面形狀吻合(圖中未畫出)。所述的測溫節(jié)點4與移動板6 之間設有能將測溫節(jié)點4壓緊在坯料11上表面的壓緊裝置，即所述的測溫節(jié)點4的上部固 定有陶瓷墊圈I 8，所述的熱電偶絲2的豎直向部分的上部設有與移動板6固定的陶瓷墊圈 119，所述的陶瓷墊圈I 8與陶瓷墊圈119之間設有壓簧10，所述的熱電偶絲2的豎直向部 分從上往下依次貫穿陶瓷墊圈II 9、壓簧10和陶瓷墊圈I 8。所述的導軌5、移動板6、擋
6板7、壓簧10都為不導磁材料如不導磁不銹鋼構成。 如圖5、圖6、圖7所示，利用本實用新型的溫控裝置對中頻透熱爐中移動坯料的透 熱過程進行溫控的方法，其步驟如下 a、確定理想曲線，根據坯料11的尺寸和材料，利用計算機仿真軟件如Ansys仿真 軟件模擬出最優(yōu)化的坯料11均勻透熱的溫度與時間曲線，即理想曲線，并將該理想曲線輸 入溫控儀表1 ;如果在坯料的透熱過程中坯料溫度值隨時間的變化與該曲線吻合，則透熱 后的坯料滿足溫度均勻化； b、從該曲線上找出設計要求的坯料11透熱后的溫度值所對應的時間，該時間就 是坯料11在爐體內的停留時間的最佳值； c、將坯料11在爐體內開始透熱的時刻作為起始時刻，通過權利要求1所述的測溫 裝置測出該時刻坯料11的溫度值； d、溫控儀表1將上一步驟中測出的溫度值與步驟a中的理想曲線上同一時刻的溫 度值進行比較，得到差值； e、溫控儀表1將上一步驟中得到的差值反饋給中頻控制柜； f、中頻控制柜根據上一步驟中反饋的差值換算出合適的電壓值、電流值和頻率 值，并將上述電壓值、電流值和頻率值施加到中頻透熱爐的感應線圈兩端，使得中頻透熱爐 產生新的輸出功率值和透熱頻率值，此刻產生的新的輸出功率值和透熱頻率值，能使得坯 料11的溫度值向理想曲線上此刻的溫度值逼近； g、用PLC控制面板記錄此刻中頻透熱爐的輸出功率和透熱頻率； h、在權利要求1所述的溫控裝置的上一次測溫過程結束后，經歷一個溫度值采集
時間間隔，再用權利要求1所述的溫控裝置測出該時刻坯料11的溫度值，所述的溫度采集
時間間隔是指前后兩次采集溫度的過程所間隔的時間，它是由人們根據需要在溫控儀表1
上設定的，如0. Ols ; i、重復步驟d g; j、多次重復步驟h i，直至坯料11透熱完成離開爐體； k、將PLC控制面板記錄的坯料11透熱全過程中各個時刻的中頻透熱爐的輸出功 率和透熱頻率導入計算機，通過計算機數值擬合的方法如線性擬合法得出中頻透熱爐的輸 出功率和透熱頻率的擬合值，上述兩個擬合值就是中頻透熱爐的輸出功率、爐體的透熱頻 率兩個參數的最佳值。
權利要求一種中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，它包括溫控儀表(1)、兩根由兩種不同成分的材質導體構成的熱電偶絲(2)、兩根補償導線(3)、中頻控制柜和PLC控制面板，兩根熱電偶絲(2)的同一端通過兩根補償導線(3)與溫控儀表(1)的觸點連接，兩根熱電偶絲(2)的另一端相互熔接成測溫節(jié)點(4)，所述的溫控儀表(1)與中頻控制柜電連接，所述的中頻控制柜與PLC控制面板電連接，其特征在于它還包括一根導軌(5)和一塊移動板(6)，所述的導軌(5)固定在中頻透熱爐的爐腔(12)上部，所述的移動板(6)滑配合于導軌(5)內，所述的移動板(6)的前端固定有一擋板(7)，每根熱電偶絲(2)彎折成橫向部分和豎直向部分，所述的橫向部分固定在移動板(6)上，所述的豎直向部分向下延伸，所述的測溫節(jié)點(4)位于兩根豎直向部分的下端，所述的測溫節(jié)點(4)與移動板(6)之間設有能將測溫節(jié)點(4)壓緊在坯料(11)上表面的壓緊裝置。
2. 根據權利要求1所述的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，其特征在于所述的壓 緊裝置是指，所述的測溫節(jié)點(4)的上部固定有陶瓷墊圈I(8)，所述的熱電偶絲(2)的豎直 向部分的上部設有與移動板(6)固定的陶瓷墊圈11(9)，所述的陶瓷墊圈1(8)與陶瓷墊圈 11(9)之間設有壓簧(IO)，所述的熱電偶絲(2)的豎直向部分從上往下依次貫穿陶瓷墊圈 I工(9)、壓簧(10)和陶瓷墊圈1(8)。
3. 根據權利要求1所述的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，其特征在于所述的測 溫節(jié)點(4)為半球狀，所述的測溫節(jié)點(4)的下端面與坯料(11)的上表面形狀吻合。
4. 根據權利要求1所述的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，其特征在于所述的橫 向部分固定在移動板(6)上是指，所述的移動板(6)為中空結構，所述的兩根熱電偶絲(2) 外包裹有一層耐高溫絕緣絕熱的玻璃絲布，每根熱電偶絲(2)的橫向部分位于移動板(6) 的中空部且橫向部分的玻璃絲布與移動板(6)之間填充有耐火泥。
5. 根據權利要求1 4中任何一項所述的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，其特征 在于所述的導軌(5)、移動板(6)、擋板(7)、壓簧(10)都為不導磁材料構成。
6. 根據權利要求5所述的中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，其特征在于所述的不 導磁材料為不導磁不銹鋼。
專利摘要本實用新型公開了一種中頻透熱爐中移動坯料的溫控裝置，它包括溫控儀表、兩根熱電偶絲(2)、一根導軌和一塊移動板(6)，兩根熱電偶絲(2)的同一端與溫控儀表的觸點連接，另一端相互熔接成測溫節(jié)點(4)，導軌固定在爐腔(12)上部，移動板(6)滑配合于導軌內，移動板(6)的前端固定有一擋板(7)，每根熱電偶絲(2)彎折成橫向部分和豎直向部分，橫向部分固定在移動板(6)上，豎直向部分向下延伸，測溫節(jié)點(4)位于兩根豎直向部分的下端，測溫節(jié)點(4)與移動板(6)之間設有壓緊裝置。該溫控裝置能在坯料透熱的全過程中精確、連續(xù)測量同一個坯料同一位置的溫度值。
文檔編號G05D23/22GK201482890SQ200920192560
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權日2009年8月26日
發(fā)明者劉 文, 劉立君, 吳紅兵, 張學昌, 張旭, 李繼強, 賈志欣 申請人:浙江大學寧波理工學院