一种钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统的制作方法

本发明涉及钢管感应加热温度自动控制技术领域，尤其涉及一种钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统。

背景技术：

中频热扩工艺是生产大口径无缝钢管普遍采用的一种方式。中频热扩的工艺原理是将原料成品管置于中频感应线圈中进行加热，依靠液压缸活塞的运动推动成品管，使其逐步通过锥形的内置芯棒从而实现扩径。中频感应加热的温度是保证热扩钢管质量的重要参数。加热温度过低，则金属的变形抗力较大，扩径变形困难，所需的液压油缸推制力增大，芯棒及与之连接的连杆容易变形或受损；加热温度过高，则能耗增加，并且芯棒前端的金属容易起皱。合适的加热温度通常根据成品管的材质、材料的相变温度、材料产生热裂纹的敏感温度区间、壁厚和扩径率等因素来设定。因此，在热扩过程中保持工艺所要求的恒定温度区间至关重要。

在现有技术中，通常使用红外测温仪测量钢管变形区间的加热温度，当加热温度波动超出所要求的工艺温度区间时，由操作人员或控制系统对加热功率进行调整。但是，由于红外测温仪采用的是非接触式测温方法，精确度低，抗电磁干扰能力差，当红外测温仪距离钢管较近时，受中频加热线圈的磁场影响较大，测量精度降低，当红外测温仪距离钢管较远时也会产生较大的测量误差，并且当有异物遮挡住红外测温仪的探头时，操作人员或系统会产生误判，致使加热功率急剧增大，使钢管或芯棒发生过烧事故。以上问题亟待解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过一种钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统，该系统包括光纤测温仪和工控机；所述光纤测温仪的黑体腔陶瓷管与受加热线圈加热的钢管的变形区接触，黑体腔陶瓷管感知温度变化并发射辐射光波，经传输光纤传回光纤测温仪，由光纤测温仪计算出感知的温度数值；所述工控机的一端连接光纤测温仪，另一端连接中频加热装置，用于设定中频热扩加热温度，并判断光纤测温仪感知的温度数值是否在所述中频热扩加热温度的公差范围内，若超出所述公差范围，则发出控制指令给中频加热装置，调整中频加热装置的输出功率，使光纤测温仪感知的温度数值达到所述中频热扩加热温度的公差范围。

特别地，所述光纤测温仪的黑体腔陶瓷管沿钢管的纵向和周向固定，沿钢管的径向可移动，黑体腔陶瓷管的前端与成品管变形区的外表面保持接触，当成品管变形区的直径增大时，黑体腔陶瓷管相应地沿径向移动。

特别地，所述工控机还用于根据输入的成品管材质、外径、壁厚、成品管的外径参数，自动调入推荐的中频热扩加热温度，操作人员可选择采用该中频热扩加热温度或根据实际情况对推荐的中频热扩加热温度进行调整。

特别地，所述工控机还用于判断光纤测温仪感知的温度数值是否达到设定的报警温度区间，若是则发出报警，提醒操作人员对生产现场进行检查并对相关参数进行手动调整。

特别地，所述工控机进一步用于但不限于将光纤测温仪感知的温度数值、中频加热装置的电压、电流和输出功率在内的参数以数值、曲线、原始数据的形式进行存储。

特别地，所述工控机还与外围设备连接，用于传输、显示、存储、打印相关参数数据。

特别地，所述报警温度区间设定为但不限于大于中频热扩加热温度+5℃及小于设定的中频热扩加热温度-5℃。

特别地，所述中频热扩加热温度的公差范围设定为但不限于±5℃。

本发明提出的钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统采用接触式的光纤测温仪测量钢管变形区的感应加热温度；工控机根据温度的变化自动调整中频加热装置的加热功率，使加热温度稳定在中频热扩工艺要求的温度范围之内；设置温度报警区间，当测量温度达到设定的报警温度区间时，系统发出报警，提醒操作人员对生产现场进行检查并对相关参数进行手动调整，防止发生芯棒或连杆受损，或者芯棒或钢管过烧的事故。本发明显著地提高了感应加热温度的测量精度，测量准确度可达0.5％；测温精度不受中频热扩现场强电磁干扰环境的影响，适用于各种恶劣的工况条件；黑体腔陶瓷管发射的辐射光波可经传输光纤进行远距离传输，使中控室远离生产条件恶劣的生产现场；光纤测温仪的测量温度范围宽，可在600℃-1600℃的范围内进行精确测量，完全涵盖了各种材质的钢管所需的中频热扩温度范围；本发明不仅成本低，适宜推广，而且、可通过输入输出等外围设备与工控机进行数据交换，灵活方便地对中频热扩机组的感应加热温度进行自动控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统应用示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的钢管中频热扩感应加热温度自动控制系统应用示意图。

本实施例中钢管105中频热扩感应加热温度自动控制系统具体包括光纤测温仪101和工控机102。所述光纤测温仪101的黑体腔陶瓷管103与受加热线圈104加热的钢管105的变形区接触，黑体腔陶瓷管103感知温度变化并发射辐射光波，经传输光纤传回光纤测温仪101，由光纤测温仪101计算出感知的温度数值。所述工控机102的一端连接光纤测温仪101，另一端连接中频加热装置106，用于设定中频热扩加热温度，并判断光纤测温仪101感知的温度数值是否在所述中频热扩加热温度的公差范围内，若超出所述公差范围，则发出控制指令给中频加热装置106，调整中频加热装置106的输出功率，使光纤测温仪101感知的温度数值达到所述中频热扩加热温度的公差范围。

具体的，在本实施例中所述光纤测温仪101的黑体腔陶瓷管103沿钢管105的纵向和周向固定，沿钢管105的径向可移动，黑体腔陶瓷管103的前端与成品管变形区的外表面保持接触，当成品管变形区的直径增大时，黑体腔陶瓷管103相应地沿径向移动。

具体的，在本实施例中工控机102根据输入的成品管材质、外径、壁厚、成品管的外径等参数，可以自动调入推荐的中频热扩加热温度，操作人员可选择采用该中频热扩加热温度，也可以根据实际情况对推荐的中频热扩加热温度进行修改确认。

具体的，在本实施例中所述工控机102可以将光纤测温仪101感知的温度数值、中频加热装置106的电压、电流和输出功率等参数以数值、曲线、原始数据的形式进行存储。同时，工控机102还可以连接外围设备107，对相关数据进行传输、显示、存储、打印。

具体的，在本实施例中工控机102可以设定一报警温度区间，工控机102实时判断光纤测温仪101感知的温度数值是否达到设定的报警温度区间，若是则发出报警，提醒操作人员对生产现场进行检查并对相关参数进行手动调整。

下面举例扼要说明本实施例提出的钢管105中频热扩感应加热温度自动控制系统的工作过程：

在本实施例中钢管105的材质为4130x，成品管的外径508mm、公称壁厚20.7mm，成品钢管105的外径565mm、公称壁厚19.7mm，确定中频加热温度为800℃，加热温度公差为±5℃。

(1)通过输入设备向工控机102内输入成品管的材质、外径、壁厚和成品管的外径等参数，工控机102自动调入推荐的中频热扩加热温度，操作人员可确认系统推荐的加热温度，也可以根据实际情况对推荐的加热温度进行修改并确认。

(2)工控机102默认的温度报警区间是大于设定的中频热扩加热温度+5℃及小于设定的中频热扩加热温度-5℃，也可以通过输入设备对温度报警区间进行修改。

(3)启动中频加热装置106的电源对成品管进行加热。加热过程中显示屏上显示光纤测温仪101测量的加热温度。当到达工控机102设定的温度区间时，启动液压油缸，推动成品管前移进行扩径操作。

(4)光纤测温仪101的黑体腔陶瓷管103沿钢管105的纵向和周向固定，但是沿钢管105的径向可以移动，黑体腔陶瓷管103的前端与成品管变形区的外表面保持接触，当成品管变形区的直径增大时，黑体腔陶瓷管103相应地沿径向移动。

(5)当电压、电流或其他外界因素造成实际的测量温度与设定温度存在偏差时，工控机102内的温度-电信号转换器将温度变化的信号转换成电信号，经过工控机102的控制中心计算分析后发出指令，对中频加热装置106的输出功率进行调节，可使钢管105变形区的温度稳定在±5℃的公差范围内。

(6)当测量温度达到设定的报警温度区间时，系统发出报警，提醒操作人员对生产现场进行检查并对相关参数进行手动调整。

本发明的技术方案采用接触式的光纤测温仪101测量钢管105变形区的感应加热温度；工控机102根据温度的变化自动调整中频加热装置106的加热功率，使加热温度稳定在中频热扩工艺要求的温度范围之内；设置温度报警区间，当测量温度达到设定的报警温度区间时，系统发出报警，提醒操作人员对生产现场进行检查并对相关参数进行手动调整，防止发生芯棒或连杆受损，或者芯棒或钢管105过烧的事故。本发明显著地提高了感应加热温度的测量精度，测量准确度可达0.5％；测温精度不受中频热扩现场强电磁干扰环境的影响，适用于各种恶劣的工况条件；黑体腔陶瓷管103发射的辐射光波可经传输光纤进行远距离传输，使中控室远离生产条件恶劣的生产现场；光纤测温仪101的测量温度范围宽，可在600℃-1600℃的范围内进行精确测量，完全涵盖了各种材质的钢管105所需的中频热扩温度范围；本发明不仅成本低，适宜推广，而且、可通过输入输出等外围设备107与工控机102进行数据交换，灵活方便地对中频热扩机组的感应加热温度进行自动控制。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。