無(wú)縫鋼管熱處理過(guò)程中的無(wú)線爐溫跟蹤儀動(dòng)態(tài)溫度測(cè)試

郭　銳　李　虹　楊　浩

(1.太原科技大學(xué)，山西030024；2.山西迪思凱瑞科技有限公司，山西030006)

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無(wú)縫鋼管熱處理過(guò)程中的無(wú)線爐溫跟蹤儀動(dòng)態(tài)溫度測(cè)試

郭銳1李虹1楊浩2

(1.太原科技大學(xué)，山西030024；2.山西迪思凱瑞科技有限公司，山西030006)

無(wú)縫鋼管是具有中空截面，可用于輸送流體(如石油、天然氣、煤氣、水)并承受一定壓力的管道，還可以應(yīng)用于某些特殊的場(chǎng)合(如液壓管件)。而要保證無(wú)縫鋼管的良好品質(zhì)，除了需要精確控制鋼管的鍛造、機(jī)械加工外，還必須有嚴(yán)格的熱處理工藝。

目前行業(yè)內(nèi)鋼管退火、回火的熱處理溫度曲線僅靠熱處理隧道爐來(lái)保證，其溫度傳感器安裝于爐壁，測(cè)量的是爐內(nèi)氣氛溫度，并不是鋼管的溫度。部分高端客戶期望依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 9452—2012或美國(guó)航標(biāo)AMS 2750E對(duì)爐溫均勻性進(jìn)行校準(zhǔn)，并全程跟蹤工件溫度。但限于實(shí)際技術(shù)，多數(shù)采用拖偶方式測(cè)量。而拖偶方式在幾十米長(zhǎng)的隧道爐中，極易彎折損壞，導(dǎo)致測(cè)試半途而廢。同時(shí)，過(guò)長(zhǎng)的熱電偶存在冷端補(bǔ)償困難，而電偶中部高溫，也會(huì)對(duì)熱端(測(cè)溫端)造成擾動(dòng)(這種擾動(dòng)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算)。

1應(yīng)用案例背景

某德國(guó)客戶委托江蘇某鋼管生產(chǎn)商定制一批無(wú)縫鋼管，要求：1)全程溫度跟蹤；2)必須無(wú)線實(shí)時(shí)發(fā)送溫度數(shù)據(jù)；3)測(cè)量鋼管內(nèi)壁溫度；4)測(cè)量點(diǎn)覆蓋上、下、左、右、前、中、后；4)不得堵塞鋼管端部(內(nèi)部空氣保持原有通暢)；5)測(cè)量?jī)x器具備精度說(shuō)明和資質(zhì)；6)儀器和熱電偶進(jìn)行精度校準(zhǔn)和補(bǔ)償；7)整體測(cè)溫方案科學(xué)且合乎工藝要求。

顯然，熱處理爐自身的溫度記錄僅是爐內(nèi)氣氛溫度，不滿足客戶要求；拖偶方式也無(wú)法滿足要求。

我們最終和山西迪思凱瑞科技有限公司合作，應(yīng)用他們的無(wú)線爐溫跟蹤儀，制定了測(cè)溫方案。

2設(shè)備簡(jiǎn)介

山西迪思凱瑞科技有限公司的WTT系列多通道無(wú)線溫度跟蹤儀，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)爐無(wú)線溫度跟蹤。儀器內(nèi)置的可充電電池，可設(shè)置每隔0.05 s～10 min記錄一次各通道溫度數(shù)據(jù)，并無(wú)線實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。儀器放入特制隔熱箱內(nèi)(可承受1 300℃)，將測(cè)溫?zé)犭娕脊潭ㄔ跍y(cè)溫架或工件上(內(nèi)部)，隨同工件一起進(jìn)入爐膛內(nèi)。設(shè)備將自動(dòng)實(shí)時(shí)記錄回流焊、恒溫箱、干燥爐、隧道爐、轉(zhuǎn)底爐、真空爐等設(shè)備爐膛內(nèi)的溫度曲線。外部計(jì)算機(jī)經(jīng)無(wú)線接收適配器接收溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示爐膛(工件)溫度。記錄儀內(nèi)置Flash芯片，具備掉電記憶功能。

溫度跟蹤數(shù)據(jù)分析平臺(tái)軟件可進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析，計(jì)算各測(cè)試點(diǎn)溫差、各區(qū)段升(降)溫速率，并打印結(jié)果。數(shù)據(jù)文件可導(dǎo)出為Excel或TXT文件，便于客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。記錄儀可采用K、N、S等型號(hào)熱電偶，測(cè)溫范圍為-50～1 300℃。

儀器具備12個(gè)測(cè)試(記錄)通道，甚至可以兩臺(tái)同時(shí)使用(增加至24通道)，完全滿足GB/T 9452—2012或美國(guó)航標(biāo)AMS 2750E的工業(yè)測(cè)溫要求。

3無(wú)線溫度跟蹤方案

3.1　方案綜述

如圖1所示，無(wú)線爐溫跟蹤儀在隔熱箱(1 000℃下，承受2 h)的保護(hù)下隨同工件一起進(jìn)入爐膛內(nèi)部。熱電偶的熱端(測(cè)溫端)，利用卡環(huán)固定于鋼管內(nèi)壁。熱電偶的長(zhǎng)度隨測(cè)溫點(diǎn)的遠(yuǎn)近而定制,最長(zhǎng)熱電偶略長(zhǎng)于鋼管長(zhǎng)度的一半，而非幾十米，有效避免了拖偶方式的弊端。

圖1　溫度跟蹤示意圖Figure 1　Illustration of temperature track

圖2　測(cè)溫點(diǎn)示意圖Figure 2　Schematic sketch of temperature testing points

圖3　整體溫度曲線Figure 3　Integral temperature curve

3.2　測(cè)溫布置點(diǎn)

根據(jù)國(guó)標(biāo)和美國(guó)航標(biāo)的要求，鋼管前部的4個(gè)點(diǎn)依次測(cè)量“左、上、下、右”，前中部3點(diǎn)依次測(cè)量“左、下、右”，鋼管中部的一個(gè)點(diǎn)，測(cè)量“上”。因鋼管前后具有對(duì)稱性，所以后部沒(méi)有布置測(cè)溫點(diǎn)。熱電偶最長(zhǎng)約5 200 mm，其中有1 200 mm是熱電偶引入隔熱箱的長(zhǎng)度。圖2為測(cè)溫點(diǎn)示意圖。

熱電偶采用直徑1.5 mm的柔性鎧裝耐高溫?zé)犭娕?，便于安裝。

3.3　熱電偶固定與隔熱箱放置

利用卡環(huán)在鋼管內(nèi)壁固定熱電偶，鋼管端口不堵塞，鋼管內(nèi)部空氣保持流通狀態(tài)(不改變內(nèi)壁受熱情況)。

圖4　加熱階段溫度曲線Figure 4　Temperature curve of heating stage

圖5　850℃實(shí)時(shí)圖Figure 5　850℃ actual time drawing

圖6　降溫階段溫度曲線圖Figure 6　Temperature decrease stage curve

考慮到隔熱箱不能直接放到傳送鋼滾上，特放置一長(zhǎng)條形鋼板，將隔熱箱置于其上。隔熱箱、輔助鋼板、測(cè)溫?zé)犭娕?、被測(cè)鋼管同時(shí)移動(dòng)，它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)較小。

爐型為德國(guó)生產(chǎn)的燃?xì)馐剿淼冷摴芡嘶馉t，退火設(shè)定溫度850℃ 。

4結(jié)果與分析

溫度曲線及各階段的分析如下：

(1)在整體溫度曲線(如圖3)中，各測(cè)試點(diǎn)之間的溫度比較均勻。

(2)加熱階段溫度曲線見(jiàn)圖4。溫度加熱(上升)階段，位于中間鋼管的中部的測(cè)點(diǎn)相對(duì)其它測(cè)試點(diǎn)，溫度會(huì)提前上升。所以在開始階段，該測(cè)點(diǎn)高于其它測(cè)點(diǎn)約100℃；接近恒溫區(qū)后，各測(cè)點(diǎn)之間的溫度差縮小到10℃；到達(dá)恒溫區(qū)時(shí)，進(jìn)一步縮小到2℃。

(3)850℃恒溫保持階段(見(jiàn)圖5)，各測(cè)試點(diǎn)之間平均溫差的絕對(duì)值約10℃，各測(cè)試點(diǎn)溫度和之間的相對(duì)設(shè)定溫度，溫差為-2～+8℃，且比較穩(wěn)定。

(4)降溫冷卻階段(見(jiàn)圖6)，各測(cè)試點(diǎn)之間平均溫差絕對(duì)值27℃，各測(cè)試點(diǎn)溫度和之間的相對(duì)溫差依然比較穩(wěn)定。

5結(jié)論

本文依據(jù)GB/T 9452—2012和AMS 2750E，借助山西迪思凱瑞科技有限公司的無(wú)線爐溫跟蹤儀成功解決了無(wú)縫鋼管在熱處理爐內(nèi)的溫度跟蹤要求。整個(gè)測(cè)溫過(guò)程和數(shù)據(jù)，得到了德國(guó)客戶的認(rèn)可，并且為隨后的工藝分析和改進(jìn)提供了數(shù)據(jù)支持。

編輯傅冬梅

摘要：介紹了一種無(wú)線爐溫跟蹤儀，配合專業(yè)定制卡套，能夠隨同工件一起進(jìn)入爐膛真實(shí)測(cè)量無(wú)縫鋼管內(nèi)壁溫度，并實(shí)時(shí)無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)縫鋼管；熱處理；無(wú)線溫度跟蹤儀

Temperature Dynamic Testing of Wireless Furnace Temperature Tracker in the Process of Seamless Pipe Heat Treatment

Guo Rui, Li Hong, Yang Hao

Abstract：A new type of wireless furnace temperature tracker combined with professionally established cutting sleeve has been introduced, accurate temperature of seamless pipe inner wall could be tested as the work pieces were being put into the furnace chamber accompanied with the wireless temperature tracker and meanwhile data were sent in actual time.

Key words：seamless pipe; heat treatment; wireless temperature tracker

收稿日期：2014—07—16

中圖分類號(hào)：TG15

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B