微细拉丝机在线连续退火系统及其工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种微细拉丝机在线连续退火系统及其工作方法，本退火系统包括：退火箱体、直流电源、电源控制单元，该退火箱体内设有带有碳刷的正、负极轮；其中所述电源控制单元适于控制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进行退火加热；本发明的微细拉丝机在线连续退火系统及其工作方法可实现不同金属丝材料及同种金属丝不同线速情况下的退火，退火电源直接功率控制方法保证了对施加退火功率的实时、精确控制，保证到达正极轮处的金属丝温度为指定的退火温度，实现均匀稳定退火。
【专利说明】
微细拉竺机在线连续退火系统及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明设及拉丝机技术领域，特别设及一种微细拉丝机在线连续退火装置和电源 控制方法。
【背景技术】
[0002] 经过拉拔处理的金属丝，材料内部晶格变化，产生加工硬化，不能直接应用。退火 可W消除拉拔产生的内应力及缺陷，可W消除冷拔硬化现象，使金属丝延伸率均匀等。退火 后的金属丝在生产生活中有着广泛的应用。
[0003] 退火工艺具有悠久的历史，而连续退火的研究开始于20世纪30年代。相对于传统 罩式退火而言，连续退火具有退火效率高，退火效果均匀等优点。目前，常用的连续退火方 法和工艺有:热管式退火炉、接触式大电流退火炉和感应式退火炉=种。其中，根据接触式 大电流退火炉传输电流介质的不同又分为水银传输电流式退火炉和碳刷传输电流式退火 炉。
[0004] 研究发现，现有碳刷传输直流电流式退火方法相对其他连续退火方法具有成本 低，退火均匀的优点，但也存在退火电源实时性差，自动化程度低，退火效果差等缺点。另 夕h由于高速微细线拉丝机在启动、停车和变速过程需要很长的过渡时间，如不对电源输出 功率进行实时精确控制，在拉丝机变速过程将产生大量废丝甚至发生断丝现象。
[0005] 精确的理论计算得知对于确定的材料和成品线径，加热段金属丝的加热功率与退 火溫度和出线速度成线性关系，因此本发明采用直接功率控制方法进行退火电源控制。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种微细拉丝机在线连续退火系统及其工作方法，W根据不 同金属丝材料、不同拉丝速度情况下的实现退火加热。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种退火系统，包括:退火箱体，直流电源、 电源控制单元，W及该退火箱体内设有带有碳刷的正、负极轮;其中所述电源控制单元适于 控制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进行退火加热。
[000引进一步，所述退火箱体位于拉丝机与收线轮之间；当金属丝进入退火箱体后，依次 经过负极轮、正极轮后从出线口抽出，再经过线轮至收线轮;所述退火箱体的底部设有气体 入口，低溫惰性气体从该气体入口进入后冷却正极轮，即对经过正极轮的金属丝快速冷却。
[0009]进一步，所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器;所述电源控制单元适于根 据补偿调整直流电源的输出功率;所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率 的斩波电路、用于产生斩波用PWM信号的处理器模块，W及用于对退火加热的工作电流及加 热段金属丝的工作电压进行分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中所述处理器模 块适于计算与金属丝退火对应的应补偿功率Pl2及当前实际功率P3,且根据应补偿功率Pl2及 当前实际功率P3调整输出的PWM信号，W调整斩波电路控制直流电源的输出功率。
[0010]进一步，所述应补偿功率Pi2为理论功率Pi与理论补偿功率P2之和，其中
[0011] 理论功率Pi的计算公式为：
式中d、c、丫、t〇、t分别为加热 段金属丝的直径、比热、密度、初始溫度和退火溫度，W及V为拉丝速度;理论补偿功率P2包 括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮接触电阻的消耗功率、加热 段金属丝的散热功率；即P2 = 12 (Ri+R2 ) +Ps，式中：I为工作电流瓜为碳刷与正、负电极轮接 触电阻，R2为金属丝与电极轮接触电阻，W及Ps为加热段金属丝散热功率；W及所述当前实 际功率P3 = U*I，式中，U为工作电压。
[0012] 又一方面，本发明还提供了一种退火系统的工作方法，即通过电源控制单元控制 金属丝退火加热的功率。
[0013] 进一步，所述退火系统包括:退火箱体，该退火箱体内设有直流电源、电源控制单 元，W及带有碳刷的正、负极轮;其中所述电源控制单元适于控制直流电源对正、负极轮间 的金属丝段进行退火加热。
[0014] 进一步，所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器;所述电源控制单元适于根 据补偿调整直流电源的输出功率;所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率 的斩波电路、用于产生斩波用PWM信号的处理器模块，W及用于对退火加热的工作电流及加 热段金属丝的工作电压进行分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中所述处理器模 块适于计算与金属丝退火对应的应补偿功率Pl2及当前实际功率P3,且根据应补偿功率Pl2及 当前实际功率P3调整输出的PWM信号，W调整斩波电路控制直流电源的输出功率。
[001引进一步，所述应补偿功率Pl2为理论功率Pi与理论补偿功率P込和，其中
[0016] 理论功率Pi的计算公式为
式中d、C、丫、to、t分别为加热 段金属丝的直径、比热、密度、初始溫度和退火溫度，W及V为拉丝速度;理论补偿功率P2包 括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮接触电阻的消耗功率、加热 段金属丝的散热功率；即P2 = 12 (Ri+R2 ) +PS，式中：I为工作电流瓜为碳刷与正、负电极轮接 触电阻，R2为金属丝与电极轮接触电阻，W及Ps为加热段金属丝散热功率；W及 [0017] 所述当前实际功率P3 = U*I，式中，U为工作电压。
[0018] 本发明的有益效果是，本发明的微细拉丝机在线连续退火系统及其工作方法可实 现不同金属丝材料及同种金属丝不同线速情况下的退火，退火电源直接功率控制方法保证 了对施加退火功率的实时、精确控制，保证到达正极轮处的金属丝溫度为指定的退火溫度， 实现均匀稳定退火。
【附图说明】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020] 图1是本发明的退火系统的结构示图；
[0021] 图2是本发明的退火系统的原理示图一；
[0022] 图3是本发明的退火系统的原理示图二；
[0023] 图4是本发明的退火系统的工作方法流程图。
[0024] 图中：退火箱体1，金属丝进口 101、气体入口 102、出线口 103、转速传感器21、22，负 极轮3,负极碳刷31、金属丝4,正极轮5,正极碳刷51，过线轮6、收线轮7。
【具体实施方式】
[0025]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。运些附图均为简化的示意图，仅W 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[00%] 实施例1
[0027] 如图1至图3所示，本实施例1提供了一种退火系统，包括:退火箱体1，直流电源、电 源控制单元，W及该退火箱体内设有带有碳刷的正、负极轮;其中所述电源控制单元适于控 制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进行退火加热。
[0028] 所述退火箱体位于拉丝机与收线轮之间，具体的，退火箱体安装在拉丝机最后一 道拉丝模和收线轮之间；当金属丝进入退火箱体后，依次经过负极轮3、正极轮5后从出线口 103抽出，再经过线轮6至收线轮7;所述退火箱体的底部设有气体入口，低溫惰性气体从该 气体入口 102进入后冷却正极轮，即对经过正极轮的金属丝快速冷却。
[00巧]所述金属丝直径在0.02mm和0.1mm之间，且拉丝机的拉丝线速度在lOm/s和40m/s 之间。
[0030] 所述退火箱体与正极轮、过线轮、收线轮W及出线口绝缘。
[0031] 所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器;所述电源控制单元适于根据补偿 调整直流电源的输出功率;所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率的斩波 电路(所述斩波电路适于将直流电源经降压、滤波后的电能加载在正负电极轮之间加热段 金属丝上）、用于产生斩波用PWM信号的处理器模块，W及用于对退火加热的工作电流及加 热段金属丝的工作电压进行分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中，所述处理器模 块通过转速传感器获得拉丝速度，W及所述处理器模块适于计算与金属丝退火对应的应补 偿功率Pi2及当前实际功率P3,且根据应补偿功率Pl2及当前实际功率P3调整输出的PWM信号， W调整斩波电路控制直流电源的输出功率。
[0032] 所述斩波电路通过PWM信号控制M0S管的通断，进而控制施加在加热段金属丝上的 功率。所述处理器模块通过转速传感器获得金属丝的拉丝速度可W通过任意一种现有技术 实现。
[0033] 所述处理器模块内包括波形发生器，A/D转换器，脉冲捕捉模块，存储器、运算器； 所述A/D转换器与电流、电压采样电路相连，将电流、电压采样电路所得模拟量转换为数字 量，供运算器计算得流经退火段金属丝的电流及加载在退火段金属丝上的电压。优选的，所 述转速传感器例如但不限于采用接近开关，所述脉冲捕捉模块与接近开关相连，经运算器 计算，可实现对拉丝速度的检测。
[0034] 所述处理器模块还与触摸屏相连，W及通过RS232实现与微控制单元串口的通讯。 所述处理器模块还连接开关量输入输出电路，所述开关量输入输出电路为光电隔离接口电 路，具有控制是否退火，故障报警等功能。
[0035] 所述应补偿功率Pl2为理论功率Pi与理论补偿功率P2之和，其中
[0036] 理论功率Pi的计算公式为：
式中d、C、丫、t〇、t分别为加热 段金属丝的直径、比热、密度、初始溫度和退火溫度，W及V为拉丝速度；
[0037] 理论补偿功率P2包括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮 接触电阻的消耗功率、加热段金属丝的散热功率;即
[003引 P2 = I2(Ri+R2)+Ps，式中：1为工作电流瓜为碳刷与正、负电极轮接触电阻，R2为金 属丝与电极轮接触电阻，W及Ps为加热段金属丝散热功率；W及
[0039] 所述当前实际功率P3 = U*I，式中，U为工作电压。
[0040] 实施例2
[0041] 如图4所示，在实施例1基础上，本实施例2提供了一种退火系统的工作方法。
[0042] 本退火系统的工作方法包括:通过电源控制单元控制金属丝退火加热的功率。
[0043] 所述退火系统包括:退火箱体、直流电源、电源控制单元，该退火箱体内设有带有 碳刷的正、负极轮;其中所述电源控制单元适于控制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进 行退火加热。
[0044] 所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器;所述电源控制单元适于根据补偿 调整直流电源的输出功率;所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率的斩波 电路、用于产生斩波用PWM信号的处理器模块，W及用于对退火加热的工作电流及加热段金 属丝的工作电压进行分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中所述处理器模块适于 计算与金属丝退火对应的应补偿功率Pl2及当前实际功率P3,且根据应补偿功率Pl2及当前实 际功率P3调整输出的PWM信号，W调整斩波电路控制直流电源的输出功率。
[0045] 具体的，调整PWM信号的占空比，W改变M0S管的通断时间，进而改变输出功率。
[0046] 所述应补偿功率Pl2为理论功率Pi与理论补偿功率P2之和，其中
[0047] 理论功率Pi的计算公式为：
式中d、C、丫、t〇、t分别为加热 段金属丝的直径、比热、密度、初始溫度和退火溫度，W及V为拉丝速度。
[004引理论补偿功率P2包括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮 接触电阻的消耗功率、加热段金属丝的散热功率;即
[0049] P2 = 12(Ri+R2) +Ps，式中：I为工作电流，Ri为碳刷与正、负电极轮接触电阻，R2为金 属丝与电极轮接触电阻，W及Ps为加热段金属丝散热功率;其中，相应接触电阻均可W通过 测量获得，散热功率在退火材料、散热条件等确定的情况下为定值。
[(K)加]所述当前实际功率P3 = U*I，式中，U为工作电压。
[0051] 正如图4所示，设定参数例如:材料参数(加热段金属丝的直径、比热、密度、初始溫 度），退火溫度，接触电阻和散热功率均可W预先设定。
[0052] W上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可W在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更W及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1. 一种退火系统，其特征在于，包括:退火箱体、直流电源、电源控制单元，以及退火箱 体内设有带有碳刷的正、负极轮;其中 所述电源控制单元适于控制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进行退火加热。2. 根据权利要求1所述的退火系统，其特征在于， 所述退火箱体位于拉丝机与收线轮之间； 当金属丝进入退火箱体后，依次经过负极轮、正极轮后从出线口抽出，再经过线轮至收 线轮； 所述退火箱体的底部设有气体入口，低温惰性气体从该气体入口进入后冷却正极轮， 即 对经过正极轮的金属丝快速冷却。3. 根据权利要求2所述的退火系统，其特征在于， 所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器； 所述电源控制单元适于根据补偿调整直流电源的输出功率； 所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率的斩波电路、用于产生斩波用 PWM信号的处理器模块，以及用于对退火加热的工作电流及加热段金属丝的工作电压进行 分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中 所述处理器模块适于计算与金属丝退火对应的应补偿功率P12及当前实际功率P3,且根 据应补偿功率P12及当前实际功率P3调整输出的PWM信号，以调整斩波电路控制直流电源的 输出功率。4. 根据权利要求3所述的退火系统，其特征在于，所述应补偿功率P12为理论功率Pi与理 论补偿功率P 2之和，其中 理论功率?:的计算公式为： 式中d、C、y、t〇、t分别为加热段金属 丝的直径、比热、密度、初始温度和退火温度，以及v为拉丝速度； 理论补偿功率内包括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮接触 电阻的消耗功率、加热段金属丝的散热功率;即 PFiYRi+Rd+Ps，式中：1为工作电流，Ri为碳刷与正、负电极轮接触电阻，R2为金属丝与 电极轮接触电阻，以及Ps为加热段金属丝散热功率；以及所述当前实际功率P3 = U*I，式中，U 为工作电压。5. -种退火系统的工作方法，其特征在于， 通过电源控制单元控制金属丝退火加热的功率。6. 根据权利要求5所述的退火系统的工作方法，其特征在于， 所述退火系统包括:退火箱体，该退火箱体内设有直流电源、电源控制单元，以及带有 碳刷的正、负极轮;其中 所述电源控制单元适于控制直流电源对正、负极轮间的金属丝段进行退火加热。7. 根据权利要求6所述的退火系统的工作方法，其特征在于， 所述负极轮和/或过线轮处安装有转速传感器； 所述电源控制单元适于根据补偿调整直流电源的输出功率； 所述电源控制单元包括：用于调整直流电源的输出功率的斩波电路、用于产生斩波用 PWM信号的处理器模块，以及用于对退火加热的工作电流及加热段金属丝的工作电压进行 分别采集的电流采样电路、电压采样电路;其中 所述处理器模块适于计算与金属丝退火对应的应补偿功率P12及当前实际功率P3,且根 据应补偿功率P12及当前实际功率P3调整输出的PWM信号，以调整斩波电路控制直流电源的 输出功率。8.根据权利要求7所述的退火系统的工作方法，其特征在于， 所述应补偿功率Pl2为理论功率Pi与理论补偿功率P2之和，其中理论功率朽的计算公式为： 式中d、C、y、t〇、t分别为加热段金属 ， 丝的直径、比热、密度、初始温度和退火温度，以及v为拉丝速度； 理论补偿功率内包括:碳刷与正、负电极轮接触电阻的消耗功率、金属丝与电极轮接触 电阻的消耗功率、加热段金属丝的散热功率;即 PFiYRi+Rd+Ps，式中：1为工作电流，Ri为碳刷与正、负电极轮接触电阻，R2为金属丝与 电极轮接触电阻，以及Ps为加热段金属丝散热功率；以及所述当前实际功率P3 = U*I，式中，U 为工作电压。
【文档编号】C21D9/62GK106048159SQ201610634373
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月4日 公开号201610634373.3, CN 106048159 A, CN 106048159A, CN 201610634373, CN-A-106048159, CN106048159 A, CN106048159A, CN201610634373, CN201610634373.3
【发明人】王乐义, 卞新高, 吴渊凯, 叶奇, 吴文玲
【申请人】河海大学常州校区