鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置和方法
【專利摘要】本發明揭示了一種鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置和方法，包括氮氣供應源以及氮氣供應源與鋁材退火爐連接的氮氣管路，另有一氧氣分析儀及一PLC控制器，鋁材退火爐的氣體采樣口通過采樣管路與氧氣分析儀的輸入口相連，氧氣分析儀的輸出口通過導線與PLC控制器的輸入口相連，PLC控制器的輸出口通過導線與氮氣管路上面的控制氮氣閥門連接，PLC控制器通過通訊線與氮氣管路上面的氮氣流量計連接。本發明可以有效地控制鋁材退火爐內的氧氣含量，避免鋁材暴露于氧氣中被氧化，保證了退火工藝及鋁材的高品質，同時可以避免氮氣充入過多、造成浪費的情況，降低成本；另外，該方案易于實施，整個控制過程實時、有效、快速。
【專利說明】鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氮氣供給及控制的裝置和方法，具體涉及一種應用于鋁材退火爐的氮氣供給及控制的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]鋁材退火爐是鋁合金熱處理中最廣泛采用的設備，而要保證鋁材的高品質退火，則對退火爐內的氣氛有較高的要求，因為在加熱狀態下鋁材易被氧化，從而在表面形成氧化鋁薄膜，另外鋁材上的軋制油在未從鋁材上揮發前被氧化也會在鋁材上留下黃斑，這就影響了鋁材的性能和品質。若要保證鋁材在整個退火過程中不被氧化，就需要在退火爐內充入氮氣，氮是一種中性氣體，在非活化狀態下可用作加熱過程中的保護氣體，防止鋁材的氧化。但是，如果持續不斷充入氮氣也需要耗費一定的成本，所以，在保證鋁材不被氧化的前提下盡可能地減少氮氣的供應量，顯得很有意義。
[0003]要達到上述技術效果，必須對現有鋁材退火爐的氮氣供給系統進行改進。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置和方法，旨在控制鋁材在退火過程中退火爐內的氮氣氣氛含量，防止鋁材氧化，同時節省氮氣用量，降低成本。
[0005]本發明的技術解決方案是 :一種鋁材退火爐氮氣供給及控制裝置，包括氮氣供應源以及氮氣供應源與鋁材退火爐連接的氮氣管路，所述氮氣管路上面設有氮氣流量計及氮氣控制閥門，所述鋁材退火爐設有氣體采樣口，另有一氧氣分析儀及一 PLC控制器，所述鋁材退火爐的氣體采樣口通過采樣管路與氧氣分析儀的輸入口相連，氧氣分析儀的輸出口通過導線與所述PLC控制器的輸入口相連，PLC控制器的輸出口通過導線與所述氮氣管路上面的氮氣控制閥門連接，PLC控制器通過通訊線與所述氮氣流量計連接。
[0006]進一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其中:所述氮氣控制閥門為電磁閥。
[0007]更進一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其中:所述鋁材退火爐內分有若干控制區；所述鋁材退火爐每個控制區的爐頂及側墻都設有氮氣管路入口，該入口通過氮氣管路與氮氣供應源相連，所述連接退火爐側墻的氮氣管路管徑較粗，連接爐頂的氮氣管路管徑較細。
[0008]再進一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制裝置，其中:所述鋁材退火爐氣體采樣口設在鋁材退火爐底部側墻；優選地，氣體采樣口與氧氣分析儀之間的采樣管路中設有
一米樣泵。
[0009]本發明還提供一種鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，由氮氣供應源通過氮氣管路向鋁材退火爐內供給氮氣，其特征在于:所述氮氣管路設有氮氣控制閥門，鋁材退火爐上另設一氣體采樣口，所采氣樣被送至氧氣分析儀以分析氣樣中的氧氣含量，氧氣分析儀根據分析結果向PLC控制器輸出不同的電信號，PLC控制器判斷電信號的大小，控制設置在氮氣管路上的氮氣控制閥門開啟和關閉，當氧氣含量高于設定值時，開啟氮氣控制閥門，向鋁材退火爐內補充氮氣，當氧氣含量低于設定值時，則關閉氮氣控制閥門，停止向鋁材退火爐內補充氮氣。
[0010]進一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其中:所述氣樣被送至氧氣分析儀的方法是，設置一采樣泵，采樣泵通過采樣口抽取退火爐內的氣體并輸送給氧氣分析儀。
[0011]再一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其中:所述退火爐內氧氣含量設定值為0.2%。
[0012]更進一步地，上述鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其中:所述氧氣分析儀輸出的電信號為4~20mA,當氧氣含量為(T0.2%時，對應的氧氣分析儀輸出4~4.128mA電信號。
[0013]本發明突出的實質性特點和顯著的技術進步主要體現在:
(1)本發明所提供的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置和方法，針對當前鋁材退火爐難以控制爐內氮氣濃度的情況，通過在線取樣并分析氣樣中的氧氣含量，分析結果與氮氣供給管路上的控制閥門聯鎖，可以有效控制向鋁材退火爐爐膛內的氮氣供給量，從而將爐膛內的氧氣含量控制在0.2%以下，避免了鋁材暴露于氧氣中被氧化的可能，同時，也避免了鋁材上的軋制油在未從鋁材上揮發前即被氧化，進而在鋁材上留下黃斑的可能，保證了退火工藝及招材的聞品質；
(2)另一方面，采用本發明技術方案，向退火爐內補充氮氣不再是像從前那樣盲目進行，而是變得“可控”，既有很明確的控制指標，又有很有效的控制手段，能夠避免退火爐爐膛內氮氣充入過多、造成浪費的情況。該方案對于大型退火爐來說，能夠大大節省氮氣用量，“降本增效”效應非常明顯。
[0014](3)此外，本發明所采取的技術方案當中，鋁材退火爐爐膛內氣氛的在線采集與分析、信號的轉換與輸出、電磁閥的控制、氮氣的計量等，均是自動完成，整個過程為一閉環控制，控制過程實時、有效、快速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置結構示意圖。
[0016]圖中，各附圖標記的含義為:1 一鋁材退火爐，2—氮氣控制閥門，3 — PLC控制器，4一采樣管路，41 一采樣泵，42—氣體采樣口，5—氧含量分析儀，6—氮氣供應源，7—氮氣管路，71—連接爐頂的氮氣管路，72—連接退火爐側墻的氮氣管路，8-氮氣流量計。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳述，以使本發明技術方案更易于理解和掌握。
[0018]如圖1所示，對于用于鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置來說，氮氣供應源6通過氮氣管路7與鋁材退火爐I連接，所述氮氣管路7上面設有氮氣流量計8及氮氣控制閥門2，所述鋁材退火爐I設有氣體采樣口 42，另有一氧氣分析儀5及一 PLC控制器3，所述氣體采樣口 42通過采樣管路4與氧氣分析儀5的輸入口相連，氧氣分析儀5的輸出口通過導線與所述PLC控制器3的輸入口相連，PLC控制器3的輸出口通過導線與所述氮氣管路7上面的氮氣控制閥門2連接，PLC控制器3通過通訊線與所述氮氣流量計8連接。
[0019]為了能夠有效地控制氮氣充入量，鋁材退火爐I的側墻及頂部均設有氮氣輸入口，每個輸入口通過氮氣管路7與氮氣供應源6相連，其中連接爐頂的氮氣管路71管徑較細，為小流量氮氣供應；連接退火爐側墻的氮氣管路72管徑較粗，為大流量氮氣供應。為了方便PLC控制器3控制，所述氮氣控制閥門2優選為電磁閥。氣體采樣口 42設置在鋁材退火爐I底部側墻，氣體采樣口 42與氧氣分析儀5之間的采樣管路4中設有一采樣泵41。為了保證氧含量分析儀5對鋁材退火爐I內的氧氣含量做出較快的反應，氧含量分析儀5應與鋁材退火爐I靠近。
[0020]本發明方案實施流程如下:(1)由氮氣供應源通過氮氣管路向鋁材退火爐內供給氮氣；(2)所采氣樣被送至氧氣分析儀以分析氣樣中的氧氣含量；(3)氧氣分析儀根據分析結果向PLC控制器輸出不同的電信號；(4)PLC控制器判斷電信號的大小，控制設置在氮氣管路上的氮氣控制閥門開啟和關閉。當氧氣含量高于設定值時，開啟氮氣控制閥門，向鋁材退火爐內補充氮氣，當氧氣含量低于設定值時，則關閉氮氣控制閥門，停止向鋁材退火爐內補充氮氣。
[0021]本發明具體實施過程如下:如圖1所示，氮氣供應源6通過氮氣管路7向鋁材退火爐I內充入氮氣，采樣泵41通過采樣口 42抽取鋁材退火爐I內的氣體并輸送給氧氣分析儀5，氧氣分析儀5對鋁材退火爐I內的氣體進行分析，根據氧氣含量的不同，以r20mA的電信號的形式輸送給PLC控制器3，PLC控制器3輸入口接收到氧氣分析儀5發出的電信號，根據電信號大小的不同，控制設置在氮氣管路7上的氮氣控制閥門2開啟和關閉。根據實際情況，選擇開啟或關閉接爐頂的氮氣管路71或者連接退火爐側墻的氮氣管路72上的氮氣控制閥門2，若需要大流量氮氣供應則開啟連接退火爐側墻的氮氣管路72的氮氣控制閥門2，若需要小流量氮氣供應則開啟連接爐頂的氮氣管路71的氮氣控制閥門2。一般情況下，當爐內氧含量在(T0.2%之間時，氧氣分析儀5輸出4~4.128mA電信號。PLC控制器3接收到電信號，做出判斷，關閉氮氣控制閥門2，暫時中斷氮氣供應；或者只關閉連接于退火爐側墻氮氣管路72的閥門2，保持連接于退火爐爐頂的氮氣管路71的閥門2處于開啟狀態，維持一個小流量的氮氣供應。當氧含量高于0.2%，例如達到0.3%時，氧氣分析儀5輸出
4.192mA電信號，PLC控制器3接收電信號做出判斷，開啟氮氣控制閥門2，充入氮氣。氮氣流量計8用于統計氮氣供應源6提供的氮氣總量，通過氮氣流量計8可以發現，使用本發明之后，氮氣供應量大大減少。
[0022]通過以上描述可以看出，本發明所述鋁材退火爐氮氣供給及控制裝置和方法實施以后，可以有效地控制鋁材退火爐爐膛內的氮氣含量，從而將爐膛內的氧氣含量控制在
0.2%以下，避免了鋁材暴露于氧氣中被氧化的可能，同時避免了鋁材上的軋制油在未從鋁材上揮發之前即被氧化，進而在鋁材上留下黃斑的可能，保證了退火工藝及鋁材的高品質；并且可以避免退火爐爐膛內氮氣充入過多、造成浪費的情況，節省氮氣，降低成本；另外，本發明采用的技術方案當中，爐膛內氣氛的在線采集與分析、信號的轉換與輸出、電磁閥的控制，氮氣消耗的計量等，均是自動完成，整個過程為一閉環控制，控制過程實時、有效、快速。
[0023]當然，以上只是本發明的典型實例，除此之外，本發明還可以有其它多種【具體實施方式】，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，包括氮氣供應源以及氮氣供應源與鋁材退火爐連接的氮氣管路，所述氮氣管路上面設有氮氣流量計及氮氣控制閥門，其特征在于:所述鋁材退火爐設有氣體采樣口，另有一氧氣分析儀及一 PLC控制器，所述鋁材退火爐的氣體采樣口通過采樣管路與氧氣分析儀的輸入口相連，氧氣分析儀的輸出口通過導線與所述PLC控制器的輸入口相連，PLC控制器的輸出口通過導線與所述氮氣管路上面的氮氣控制閥門連接，PLC控制器通過通訊線與所述氮氣流量計連接。
2.根據權利要求1所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其特征在于:所述氮氣控制閥門為電磁閥。
3.根據權利要求1所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其特征在于:所述鋁材退火爐內分成多個控制區，每個控制區的爐頂及側墻都設有氮氣管路入口，該入口通過氮氣管路與氮氣供應源相連。
4.根據權利要求3所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其特征在于:所述連接退火爐側墻的氮氣管路管徑較粗，所述連接爐頂的氮氣管路管徑較細。
5.根據權利要求1所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其特征在于:所述鋁材退火爐氣體采樣口設在鋁材退火爐底部側墻。
6.根據權利要求1或5所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的裝置，其特征在于:所述氣體采樣口與氧氣分析儀之間的采樣管路中設有一采樣泵。
7.鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，由氮氣供應源通過氮氣管路向鋁材退火爐內供給氮氣，其特征在于:所述氮氣管路設有氮氣控制閥門，鋁材退火爐上另設一氣體采樣口，所采氣樣被送至氧氣分析儀以分析氣樣中的氧氣含量，氧氣分析儀根據分析結果向PLC控制器輸出不同的電信號，PLC控制器判斷電信號的大小，控制設置在氮氣管路上的氮氣控制閥門開啟和關閉，當氧氣含量高于設定值時，氮氣控制閥門開啟，向鋁材退火爐內補充氮氣，當氧氣含量低于設定值時，則關閉氮氣控制閥門，停止向鋁材退火爐內補充氮氣。
8.根據權利要求7所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其特征在于:所述氣樣被送至氧氣分析儀的方法是，設置一采樣泵，采樣泵通過采樣口抽取退火爐內的氣體并輸送給氧氣分析儀。
9.根據權利要求7所述的 鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其特征在于:所述退火爐內氧氣含量設定值為0.2%。
10.根據權利要求7所述的鋁材退火爐氮氣供給及控制的方法，其特征在于:所述氧氣分析儀輸出的電信號為4~20mA,當氧氣含量為(T0.2%時，對應的氧氣分析儀輸出4~4.128mA電信號。
【文檔編號】F27D7/06GK103526139SQ201310438340
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】宋琳豐, 吳小燕, 錢晨, 歐莎 申請人:蘇州新長光熱能科技有限公司