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      箱式工業爐數字化改造研究與設計

      2019-11-15

      箱式工業爐在工業生產中比較常見,用途比較廣泛,主要用于有色金屬的淬火、正火及退火等熱處理工作,效率高、易控制和結構簡單等特點,根據需處理產品的材質不同選用不同型號與用途的工業爐。箱式工業爐的原理是根據實際爐溫與設定溫度的偏差,能夠實現自動接通或斷開供給爐子的熱源能量,從而實現連續改變熱源能量的大小,使爐溫穩定在設定的溫度偏差值范圍內,以滿足熱處理工藝的需要。我單位所采用箱式工業爐產于20世紀70年代,長、寬、高分別為9m、3m、4m,屬于大規格箱式工業爐,主要用于有色金屬銅及銅合金管棒材的熱處理作業,年處理量達3 000t。原控制方式設計為手動控制,由于設計缺陷,熱處理控溫效果不好。在對產品進行熱處理時,爐內溫度無法根據需求進行調節,熱處理效果達不到預期,該原因導致很多產品因物理性能達不到要求而報廢,且爐子能耗居高不下,使產品熱處理的生產成本大量增加,不符合現代綠色環保制造的要求。經研究論證后決定采用現代控制技術對該箱式爐進行數字化改造。

      箱式工業爐

      1. 原理與構成

      箱式工業爐主要由爐體和電控系統組成。爐體主要由爐殼、爐襯、爐門、活動式爐底臺車和環保型新材料加熱器組成。其中,爐襯采用具有保溫效果好的環保、熱慣性小的新型耐火磚砌制;加熱器設計為新型高傳導型電阻絲;爐底臺車采用繞線并進式控制系統進行控制,有效避免了鏈式傳動結構造成的供電線路經常損壞、接觸不好的問題。

      對于數字化設計與改造后的工業爐,其電控系統設計為手動與自動控制兩種方式。手動控制采用按鈕與溫度控制儀表組合的方式;自動控制方式采用觸摸屏與可編程控制器等數字化裝置相結合的方式,兩種控制方式可以互換。為了解決工業爐內部熱處理溫度不均勻的問題,數字化改造后的工業爐內部設計增加3臺熱交換特種耐熱風機,均勻分布在爐體上部。在熱處理工作過程中,需要溫度均勻化處理時,先由數字化儀器根據實際檢測的爐內溫度進行運算、比較后,輸出程序控制其接通與斷開,負責工業爐內部溫度的調節,保證爐膛內各區溫度均勻分布,從而滿足熱處理要求。為了提高熱交換特種耐熱風機的使用壽命和工作效率,三組熱交換風機均采用水冷式電動機進行驅動。手動控制方式設計為微電路控制固態繼電器,由固態繼電器控制各區主接觸器進而實現加熱功能。自動控制方式設計為觸摸屏與可編程控制器控制方式,由觸摸屏收集并發出控制指令,啟動可編程控制器內部所編制專用程序,控制繼電器-接觸器系統實現箱式工業爐的熱處理功能。

      爐內熱處理區分為6個區,即1區為爐門區、2區為爐后區、3區為爐頂區、4區為爐左側區、5區為爐右側區、6區為爐底區,每個區的溫度由6組K型熱電偶進行檢測,每個區的加熱器均接為星形,每個加熱區主接觸器下端均安裝一個熱繼電器,在加熱器發生短路故障時可以有效切斷加熱系統。

      2. 手動工作方式

      在此種工作方式下,將工作方式切換開關SB14旋轉至手動方式,接觸器KM7合,通過按鈕SB1、SB2啟停1區加熱系統;按鈕SB3、SB4啟停2區加熱系統;按鈕SB5、SB6啟停3區加熱系統;按鈕SB7、SB8啟停4區加熱系統;按鈕SB9、SB10啟停5區加熱系統;按鈕SB11、SB12啟停6區加熱系統;每個區熱處理工作都是通過溫控表設定熱處理溫度后,由溫控表輸出一個直流控制信號給固態繼電器(SSR),使其導通,從而接通主接觸器實現各區加熱工作。各區熱處理實際溫度由各區熱電偶進行檢測,檢測到的實際溫度值反饋給溫控表后,由溫控表對實際溫度與設定溫度進行比較,輸出控制信號給所控制區的固態繼電器,由繼電器完成該區接觸器的通斷控制,從而完成熱處理工作。

      3.自動工作方式

      在此種工作方式下,將工作方式切換開關SB14旋轉至自動方式,接觸器KM16接通,通過與可編程控制器(PLC)相連接的觸摸屏上編制的按鈕進行熱處理操作。各區溫度值由溫控表進行設定后,各區熱電偶完成實際溫度檢測后,數值傳給溫控表,由溫控表完成溫度比較,當溫度達到設定溫度后輸出一個數字信號給可編程控制器,由可編程控制器完成信號收集,當6個區的熱處理溫度到達設定值不一致時,由可編程控制器里面的程序完成比較后,輸出熱交換風機控制信號,啟動熱交換風機使各區溫度保持一致,從而實現熱處理材料物理性能一致性。保溫時間由程序完成,熱處理工作完成后由可編程控制器發出斷電控制信號,將加熱器斷開后,開始報警。自

      4. 結語

      箱式工業爐數字化設計與改造工作完成后,實現了手動與自動兩種控制方式的互換。產品熱處理溫度不均勻的問題得到了解決,實現了熱處理智能化控制,使產品的廢品率和熱處理成本得到大幅降低,熱處理工作更加方便、可靠。經過試運行證明,達到了生產使用要求,滿足了自動化控制要求,真正實現了重慶工業爐的運轉,使生產效率和班產大幅提高,節省了大量的能源。

       

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