全自动控制时效炉的设计与应用

作者：信息来源:模具 2008-5-13

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Automatic-control system全自动时效炉要求：炉温随铸件退火工艺曲线，自动控制，动态记录，模拟显示。炉内有效装载容积不少于25 m3，单炉时效铸件30 t。炉型设计为平顶式台车炉，这样可以提高有效装载容积。时效炉的炉门设计为侧拉式炉门。...

Design and Application of Automatic-ageing Furnace

WANG Guo-qing¹，WANG Zhi-an¹,YANG Sheng-quan¹，YANG Qi-you²
¹(The Seventh Design and Research Institute, Xi'an 710054, China)
²(Qinchuan Machinetool Group Limited Company, Baoji 721009, China)

Abstract： This article has briefly introduce the constructure and automatic control system of the first set automatic-controled ageing furnace in foundry field of this country. It is proved that the temperature in the furnace is even and the furnace can save a lot of fuel and improve the quality of product.
Key words: Automatic-ageing furnace;High-velocity temperature adjusting burners;Automatic-control system

　　全自动时效炉要求：炉温随铸件退火工艺曲线，自动控制，动态记录，模拟显示；炉内最高使用温度1 000 ℃，炉内温度分布均匀，测温点布置合理，能准确地反映炉温分布状况，测温点之温差小于25 ℃；实现工控机自动化控制，全自动烧成；炉内有效装载容积不少于25 m³，单炉时效铸件30 t。确定燃料为液化气。炉型设计为平顶式台车炉，样可以提高有效装载容积。选用燃气高速烧嘴和分布式自动控制系统，以保证炉温均匀。时效炉的炉门设计为侧拉式炉门。
1　炉体结构特点
　　传统的拱型结构炉体，有效装载容积小、蓄热损失大、热利用率低、施工难度大、成本高、已不能满足新型炉体要求。此次设计，在消化引进的基础上，设计了悬挂式轻质平顶和锚挂式轻质薄壁墙，如图1所示。由于高强轻质砖具有良好的抗热震性和隔热性能，因此，减少了窑体蓄热损失，便于升温，提高炉子的热利用率和装载空间。

Design and Application of Automatic-ageing Furnace

　　全自动时效炉要求：炉温随铸件退火工艺曲线，自动控制，动态记录，模拟显示；炉内最高使用温度1 000 ℃，炉内温度分布均匀，测温点布置合理，能准确地反映炉温分布状况，测温点之温差小于25 ℃；实现工控机自动化控制，全自动烧成；炉内有效装载容积不少于25 m³，单炉时效铸件30 t。确定燃料为液化气。炉型设计为平顶式台车炉，这样可以提高有效装载容积。选用燃气高速烧嘴和分布式自动控制系统，以保证炉温均匀。时效炉的炉门设计为侧拉式炉门。
1　炉体结构特点
　　传统的拱型结构炉体，有效装载容积小、蓄热损失大、热利用率低、施工难度大、成本高、已不能满足新型炉体要求。此次设计，在消化引进的基础上，设计了悬挂式轻质平顶和锚挂式轻质薄壁墙，如图1所示。由于高强轻质砖具有良好的抗热震性和隔热性能，因此，减少了窑体蓄热损失，便于升温，提高炉子的热利用率和装载空间。

图2　工控机组成分布式控制系统框图
Fig.2　The frame of control system of industry control computers

　　由于采用液化气作为时效炉的加热源，故其安全运行至关重要的，设计时就考虑了燃烧状态的监视与控制，即通过火焰监测实际的火焰情况至控制系统，经逻辑分析输出燃烧正常或异常。若有异常情况，系统自动关断燃气发出熄火报警声光信号，以确保系统运行安全可靠。
　　由486工业控制计算机与智能仪表组成的分布式控制系统来完成时效炉的温度曲线、窑压的全过程控制，主要功能有：
　　(1) 时效曲线的编制与修改。
　　(2) 时效温度的实时跟踪曲线。
　　(3) 各区温度实时显示及广告窗口。
　　(4) 时效炉运行过程动态窗口。
　　(5) 各点(区)温度实时控制。
　　(6) 各点(区)空气、燃气阀门运动状态。
　　(7) 自动——手动切换。
　　(8) 过程数据管理。
　　(9) 过程数据及曲线打印。
2.2　系统软件
　　本系统的软件是在Windows环境下编制完成的多任务实时控制软件。软件的功能框图，见图3。

图3　多任务实时控制软件框图
Fig.3　Multi-task and time control
software structure

　　各模块之间的程序完全独立，数据库共享，具有丰富的机对话功能。从采样通讯、滤波方式、控制算法、控制数、控制周期、显示周期、装置地址等均可在工控机上作修改，操作方便、直观、适宜工人操作。
2.3　时效炉的温度控制
　　由于时效炉的时效过程要保证炉内温度均匀稳定的分布，因而根据炉膛的大小，将该炉分成6个控制点(区)，2个监测点的控制系统。由于温度与燃料的多少及风量的大小有关，并且对象有很大的时间常数，采用了专家PID加比例控制方式。使系统的稳定性、收敛性(温度偏差)比常规PID调节方式有更进一步改善。
3　液化气系统
　　使用气体燃料便于实现自动化。在没有气源的厂家、新建煤气站投资过大，不易实现，天然气也无法引进，瓶罐组汇流排液化气系统是易于实现安全、经济的好办法。根据家消防有关规定，设计的瓶罐组系统，如图4所示。另外，根据炉子的用气量，设计了利用烟道余热把水加热的喷淋装置，水温可保持在50～60℃，使液化气得到充分气化。

图4　瓶罐组汇流排液化气系统
Fig.4　The group gas tank system

4　使用情况
　　该炉于1998年6月建成投产。实际运行4炉次，各项技术指标均达设计要求，使用效果良好。
　　(1) 每炉实际装载铸件30 t，消耗液化气650 kg，单位热耗q=996.5J/kg，优于国家推荐数据：1 254～1 675 J/kg。
　　(2) 从点火到停炉，实现了全自动控制，炉温均匀。6个控制温度点最大温差＜5 ℃，料垛温度监测点最大温差＜20 ℃。铸件时效品质符合工艺要求，达到国家标准。实际烧成记录曲线，见图5。