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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無縫鋼管熱處理過程中的無線爐溫跟蹤儀動態(tài)溫度測試

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)用于某些特殊的場合(如液壓管件)。而要保證無縫鋼管的良好品質(zhì)，除了需要精確控制鋼管的鍛造、機械加工外，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保證，其溫度傳感器安裝于爐壁，測量的是爐內(nèi)氣氛溫度，并不是鋼管的溫度。部分高端客戶期望依據(jù)國標(biāo)GB/T 9452—2012或美國航標(biāo)AMS 2750E對爐溫均勻性進行校準(zhǔn)，并全程跟蹤工件溫度。但限于實際技術(shù)，多數(shù)采用拖偶方式測量。而拖偶方式在幾十米長的隧道爐中，極易彎折損壞，導(dǎo)致測試半途而廢。同時，過長的熱電偶存在冷端補償困難，而電偶中部高溫，也會對熱端(測溫端)造成擾動(這種擾動無法準(zhǔn)確測量和計算)。

1應(yīng)用案例背景

某德國客戶委托江蘇某鋼管生產(chǎn)商定制一批無縫鋼管，要求：1)全程溫度跟蹤；2)必須無線實時發(fā)送溫度數(shù)據(jù)；3)測量鋼管內(nèi)壁溫度；4)測量點覆蓋上、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)測量儀器具備精度說明和資質(zhì)；6)儀器和熱電偶進行精度校準(zhǔn)和補償；7)整體測溫方案科學(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)用他們的無線爐溫跟蹤儀，制定了測溫方案。

2設(shè)備簡介

山西迪思凱瑞科技有限公司的WTT系列多通道無線溫度跟蹤儀，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了工業(yè)爐無線溫度跟蹤。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)，并無線實時發(fā)送數(shù)據(jù)。儀器放入特制隔熱箱內(nèi)(可承受1 300℃)，將測溫?zé)犭娕脊潭ㄔ跍y溫架或工件上(內(nèi)部)，隨同工件一起進入爐膛內(nèi)。設(shè)備將自動實時記錄回流焊、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。外部計算機經(jīng)無線接收適配器接收溫度數(shù)據(jù)，實時顯示爐膛(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)分析平臺軟件可進行智能數(shù)據(jù)分析，計算各測試點溫差、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，便于客戶進行數(shù)據(jù)分析。記錄儀可采用K、N、S等型號熱電偶，測溫范圍為-50～1 300℃。

儀器具備12個測試(記錄)通道，甚至可以兩臺同時使用(增加至24通道)，完全滿足GB/T 9452—2012或美國航標(biāo)AMS 2750E的工業(yè)測溫要求。

3無線溫度跟蹤方案

3.1　方案綜述

如圖1所示，無線爐溫跟蹤儀在隔熱箱(1 000℃下，承受2 h)的保護下隨同工件一起進入爐膛內(nèi)部。熱電偶的熱端(測溫端)，利用卡環(huán)固定于鋼管內(nèi)壁。熱電偶的長度隨測溫點的遠(yuǎn)近而定制,最長熱電偶略長于鋼管長度的一半，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　測溫點示意圖Figure 2　Schematic sketch of temperature testing points

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

3.2　測溫布置點

根據(jù)國標(biāo)和美國航標(biāo)的要求，鋼管前部的4個點依次測量“左、上、下、右”，前中部3點依次測量“左、下、右”，鋼管中部的一個點，測量“上”。因鋼管前后具有對稱性，所以后部沒有布置測溫點。熱電偶最長約5 200 mm，其中有1 200 mm是熱電偶引入隔熱箱的長度。圖2為測溫點示意圖。

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℃實時圖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，特放置一長條形鋼板，將隔熱箱置于其上。隔熱箱、輔助鋼板、測溫?zé)犭娕?、被測鋼管同時移動，它們之間的相對運動較小。

爐型為德國生產(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，各測試點之間的溫度比較均勻。

(2)加熱階段溫度曲線見圖4。溫度加熱(上升)階段，位于中間鋼管的中部的測點相對其它測試點，溫度會提前上升。所以在開始階段，該測點高于其它測點約100℃；接近恒溫區(qū)后，各測點之間的溫度差縮小到10℃；到達恒溫區(qū)時，進一步縮小到2℃。

(3)850℃恒溫保持階段(見圖5)，各測試點之間平均溫差的絕對值約10℃，各測試點溫度和之間的相對設(shè)定溫度，溫差為-2～+8℃，且比較穩(wěn)定。

(4)降溫冷卻階段(見圖6)，各測試點之間平均溫差絕對值27℃，各測試點溫度和之間的相對溫差依然比較穩(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線爐溫跟蹤儀成功解決了無縫鋼管在熱處理爐內(nèi)的溫度跟蹤要求。整個測溫過程和數(shù)據(jù)，得到了德國客戶的認(rèn)可，并且為隨后的工藝分析和改進提供了數(shù)據(jù)支持。

編輯傅冬梅

摘要：介紹了一種無線爐溫跟蹤儀，配合專業(yè)定制卡套，能夠隨同工件一起進入爐膛真實測量無縫鋼管內(nèi)壁溫度，并實時無線發(fā)送數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：無縫鋼管；熱處理；無線溫度跟蹤儀

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：TG15

文獻標(biāo)志碼：B