電加熱式輥道爐加熱裝置與自動化改造

蘇文生，宋曉峰，王世剛

（中國電子科技集團(tuán)第四十八研究所，湖南長沙410083）

隨著材料性能的提升，燒結(jié)行業(yè)的工藝技術(shù)要求越來越嚴(yán)格，燒成設(shè)備內(nèi)部溫度均勻性已成為衡量燒結(jié)設(shè)備性能好壞的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。在眾多燒結(jié)設(shè)備中，電加熱式輥道爐具有熱效率高、升溫快、溫度均勻穩(wěn)定等特點(diǎn)，并可根據(jù)不同的要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的均勻加熱、快速燒成、模塊化，有利于燒成的自動化；同時(shí)電加熱式輥道爐采用輕質(zhì)保溫材料，能耗少有利于工業(yè)節(jié)能[1]。相比其他燒結(jié)設(shè)備，電加熱式輥道爐優(yōu)勢明顯。在我國環(huán)保要求日益提高的前提下，電加熱式輥道爐應(yīng)用越來越廣泛。

電熱式輥道爐通常按一定的長度分為若干節(jié)制造，節(jié)與節(jié)之間通過法蘭連接，在客戶現(xiàn)場再進(jìn)行拼裝，爐腔內(nèi)沿爐體長度方向在輥棒上、下布置橫向放置加熱棒的方式進(jìn)行加熱，底部和側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)氣孔[2]。電熱式輥道爐多節(jié)組合結(jié)構(gòu)使得節(jié)與節(jié)連接部位附近因結(jié)構(gòu)限制無法布置加熱元件，引起此處溫度偏低；且由于輥道爐正常工作時(shí)輥道上物料的阻擋，底部進(jìn)入爐體內(nèi)的氣流大部分從側(cè)壁和物料的間距通過流到爐內(nèi)上部空間，造成靠近爐腔壁面的氣流流速大，爐腔中間區(qū)域流速小的現(xiàn)象，同時(shí)由于壁面散熱的原因，使得爐腔內(nèi)整體溫度分布呈現(xiàn)中間溫度高，周邊溫度低；此外由于爐腔內(nèi)溫度主要通過調(diào)控加熱棒溫度來調(diào)節(jié)，每根加熱棒所控制的區(qū)域大，不能對某一小范圍區(qū)域進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，且相鄰加熱棒所控制的溫度范圍之間相互影響，這就造成對單根加熱棒調(diào)整時(shí)會對其他區(qū)域造成較大的溫度波動，使實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控比較困難。

針對現(xiàn)有電熱式輥道爐溫度不均的問題，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠提高爐腔內(nèi)部整體溫度均勻性的新型加熱裝置，該裝置配置有溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對局部空間進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對局部空間溫度的自主調(diào)控，使電熱式輥道爐結(jié)構(gòu)達(dá)到日益嚴(yán)苛的燒結(jié)工藝要求。

1 新型加熱裝置

新型加熱裝置主要由主加熱裝置和輔助加熱裝置組成。主加熱裝置采用加熱棒作為加熱元件，作為輥道爐的主要加熱元件；輔助加熱裝置采用電熱絲作為加熱元件，位于上、下加熱元件之間的爐腔內(nèi)側(cè)壁上，作為為輔助加熱元件，主要用來調(diào)控局部區(qū)域溫度，達(dá)到提高爐內(nèi)溫度均勻性的目的。新型加熱裝置原理示意圖如圖1所示，安裝示意圖如圖2所示。

圖1 新型加熱裝置原理示意圖

圖2 新型加熱裝置安裝示意圖

如圖1、圖2 所示，主加熱裝置由上下兩層加熱棒組成，分別布置在爐腔內(nèi)部輥道的上方和下方，在爐體長度方向上每層加熱棒在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)均勻布置，加熱棒數(shù)量由加熱所需功率及單根加熱棒加熱功率計(jì)算得出。加熱棒兩端延伸至爐體外用于連接電源，加熱棒和爐壁的間隙采用隔熱棉密封，最外端覆蓋密封端管，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。上層加熱棒與傳動輥棒間垂直距離應(yīng)大于燒結(jié)物料堆積高度，保證物料正常輸送。

圖3 電熱絲安裝示意圖

輔助加熱裝置由左右兩側(cè)加熱絲、支撐件及溫度控制系統(tǒng)組成，單側(cè)加熱絲由若干行和若干列加熱絲組合而成，加熱絲均勻布置或呈在高度方向上靠近輥道位置、在長度方向上靠近爐體連接處加密布置，每根加熱絲兩端經(jīng)爐壁伸到爐體外面連接電源，各個加熱絲之間采用并聯(lián)的方式連接，在爐體寬度方向加熱絲伸入爐腔內(nèi)的長度不能超過物料通過邊界，以免和燒結(jié)物料干涉，在側(cè)壁上加熱絲布置應(yīng)避開側(cè)進(jìn)氣口，以免阻擋進(jìn)氣。加熱絲安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩部分，一部分從爐腔內(nèi)壁伸到爐體外部與外接電源相連，和爐壁的間隙采用隔熱棉密封，最外端覆蓋密封端管；另一部分為爐內(nèi)發(fā)熱段，兩部分采用快插結(jié)構(gòu)連接，一方面提高了安裝效率和維修方便性，另一方面由于加熱絲外接電源部分安裝位置溫度較低，其材質(zhì)可選用相對便宜的材料，有利于降低制造成本。

2 溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)

盡管主加熱裝置和輔助加熱裝置能減少消除電加熱式輥道爐內(nèi)局部低溫空間的出現(xiàn)，但是電加熱式輥道爐爐內(nèi)溫度調(diào)控能力仍不高，爐內(nèi)局部空間無法自主進(jìn)行溫度補(bǔ)償。針對該問題，提出溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，將輔助加熱元件分成多組，對每組加熱元件進(jìn)行單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)對局部空間溫度的調(diào)控，并根據(jù)所處位置的溫度與設(shè)定溫度的偏差實(shí)現(xiàn)自主調(diào)控。

溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成。傳感器包括位于每節(jié)爐體中間區(qū)域的溫度傳感器（中心溫度傳感器）和電熱絲上的溫度傳感器（側(cè)壁溫度傳感器）組成，每根電熱絲上各有一個溫度傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對單根電熱絲的獨(dú)立控制，提高了局部溫度控制的精度；控制器通過接受到的溫度數(shù)據(jù)，確定爐體內(nèi)部中間位置和近壁位置的溫度差以及與設(shè)定溫度的溫度差，并根據(jù)溫差的大小通過特殊的自適應(yīng)式PID算法，調(diào)節(jié)器輸出控制信號到調(diào)功器器，調(diào)功器調(diào)節(jié)加熱棒及加熱絲兩端的加熱功率，使?fàn)t內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度并保證爐內(nèi)溫度均勻性，其流程圖如圖4所示。

圖4 溫度自適應(yīng)調(diào)控單元的原理示意圖

3 結(jié) 論

在對電加熱式輥道爐改造過程中將加熱裝置改造為主加熱裝置和輔助加熱裝置兩種裝置的組合，并增加了溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)。它不僅消除了原電加熱式輥道爐溫度分布不均不穩(wěn)定問題，并且實(shí)現(xiàn)了局部溫度自主調(diào)控，增加了設(shè)備自動化程度，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝條件，提升產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。