智能控制台车式燃气热处理炉的研制和应用

摘 要：对台车式燃气热处理炉设计制造中的难点，如温度的控制及均匀性、燃气系统的设计、控制与节能等进行了分析，并提出了一系列的技术措施。通过试验和生产实践取得了成功。并获得较好的经济效益。

关键词：燃气热处理炉；PLC自动程序控制；时序脉冲控制器 ；稳流稳压控制

大重型装备制造业迅速发展，对新型特种钢材的需求量越来越大，根据钢的合金化成分设计原理并结合我国资源与冶金技术的实情， 优化大型铸钢件热处理工艺以提高材料性能和寿命，开发研制符合我国的能源政策，大型、节能、高效、智能控制台车式燃气热处理炉对机械制造业发展有着重要意义，智能控制台车式燃气热处理炉在设计和制造上采用了先进的PLC自动程序控制与组态软件计算机信息化和燃烧系统智能控制，以及多项节能减排措施，取得了良好效果。

1.研制重点及技术措施

智能控制台车式燃气热处理炉为全纤维炉型、炉门和炉后采用耐火棉毡柔性密封结构， 采用高速烧嘴、脉冲燃烧，炉内采用燃气稳流稳压控制技术，有效地做到了余热利用和炉温均匀化的统一，具有炉温均匀，自动化程度高、有害气体少等特点， 能完全满足铸钢件热处理件的多种工艺要求， 显著提高铸锻件热处理质量，是一种高效、节能、环保的新型热处理炉。

1.1炉体钢结构件的设计

炉体由型钢焊接成框架结构的立柱和横梁组成，采用普钢板为炉壳、炉顶为平炉顶。炉衬侧墙、炉顶、炉门均采用模块化纤维棉全纤维预制折叠块结构。

1.2智能自动化控制系统

控制系统由PC机、智能自动化仪表、PLC程序控制器等组成， PC机作为上位主控制站，实现加热炉所需控制参数的输入输出、状态监测、数据存储及所需数据输出和打印。S7-300PLC实现对过程变量（控温区温度、排烟温度、热风温度、天然气压力及流量、热风压力、炉膛压力及炉门、台车、风机等过程参数及烧嘴燃烧状态信息）均采集进入HMI，所有控制信息均由HMI管理。HMI具有完整的操作画面、显示各种工艺参数和设备状态的流程图画面；实时和历史趋势记录、越限报警及事件记录。同时，具有工艺曲线设置功能，还具有单炉能耗的瞬时流量、累计流量的计量功能。动态显示各种设备的运行状态。

1.2.1控制系统

（1）炉膛温度控制：采用高速烧嘴和PLC时序脉冲燃烧控制系统，由PLC与时序脉冲控制器构成的时序脉冲控制系统完成整个加热控制过程。系统中每个烧嘴的燃烧是独立的，改变烧嘴脉冲燃烧的频率来实现调节炉子供热负荷多少， 各个烧嘴相继交替分散进行工作。它既改变了以往传统中天然气与空气的连续调节为多点开关控制， 又改变了每一区域全部烧嘴集中开关对炉温波动的影响，故大大提高了炉温控制精度， 和炉内温度场的均匀性。

（2）炉压控制：因为脉冲燃烧，炉内气体的体积是不断变化的，气流搅拌很激烈，采用高精度微差压变送器（EJA）对炉压进行检测，信号送PLC系统控制，PLC系统输出信号控制烟道上的闸板开度，使炉压稳定在10～50Pa的微正压范围内。

（3）天然气总管压力控制：调压阀VGBF（霍科德）控制天然气总管阀后压力到设定值，提高天然气流量测量精度和天然气燃烧质量，保证炉温控制的稳定性。天然气总管压力有上限和下限两路控制信号，其信号对燃烧系统进行连锁报警，并封锁控制信号。

（4）热风温度控制：热风温度控制对空气预热器提供保护功能，排烟损失是工业炉热损失的主要方面，为降低单产能耗，应尽量采取措施回收烟气热量， 烟气温度控制：烟气排放温度超温时启动掺冷风系统并报警；

（5）自动联锁停炉控制：当天然气压力低、空气压力低、电器系统故障等停炉连锁条件任一项条件出现时，自动切断天燃气支管切断阀、空气流量调节阀关闭，对天燃气管进行吹扫，确保加热炉安全停炉。

1.2.2辅助控制系统及自动化仪表

继电控制内容包括加热炉的助燃风机和台车、炉门驱动电机等电气控制，所有变频器均采用PROFIBUS-DP网络控制方式。其控制由PLC控制系统完成。

1.3耐高温全纤维炉衬设计

除台车承载面外，所有炉衬均采用高耐火度陶瓷纤维结构，使炉衬结构具有炉体严密，体积小，重量轻，耐火和绝热性能好，蓄热损失小，升降温速度快，节约燃料等优点。这对周期性作业生产的炉型来说尤为重要。

1.4高效余热利用：后置式燃气流场缓冲稳流稳压装置

余热利用是当代节能减排燃气炉的重要概念和技术，炉温均匀历来是大型燃料炉的难题，两者的一统解决将成为本项目的核心关键技术。为此，设计了独特的后置式燃气流场缓冲稳流稳压装置。该装置有效地解决了炉气在集中进入排烟口之前得到过渡性缓冲，稳定了炉内燃气流场和炉压，使热风温度最高可达350°C，同时也稳定了燃烧过程。

2.设备特点

2.1性能特点

加热炉温度均匀度及炉温稳定性高；燃烧稳定，自控性可靠；炉压稳定，炉子密封性能优良。

2.2工艺特点

广泛地适用于35CrMo 、42CrMo、 40CrNiMoT等材料的多种热处理工艺。热处理质量高：因炉温均匀度高，工件加热均匀，热处理变形量小，氧化烧损程度低，热处理质量稳定。

2.3节能与环保特点

通过设置于炉内燃气流场稳流稳压的集中排烟缓冲技术，提高了余热利用效率。使用清洁能源，NOX、SOX 排放低。

3.生产应用

智能控制台车式燃气热处理炉分别应用于常州林洪特钢、河南中原特钢等单位。对合金钢 35CrMo 42CrMo 40CrNiMoT等 材料进行试验，均满足产品质量要求。

4.结论

智能控制台车式燃气热处理炉通过后置式燃气流场缓冲稳流稳压装置，有效地解决了高效余热利用和确保炉温均匀度之间的结构矛盾，通过炉内燃气流场的稳流稳压集中排烟缓冲技术，实现了同时提高余热利用效率和炉温均匀度的目标，全炉设计合理，结构紧凑，性能可靠。

推荐访问:台车 热处理 燃气 研制 智能控制