改善工业窑炉温度均匀性的设计方法

单 岭

（安徽东升机电有限责任公司，安徽 合肥230000）

0 前言

工业窑炉均匀性是该类设备的一项关键的评价指标，其优劣直接影响设备的适用范围以及所烧结产品的品质。当前，改善均匀性方面，主要采用如下方法进行改善：

（1）更改加热器功率分布。该方法主要基于标准炉膛下的设计经验，一旦结构变化将会很难适应。

（2）按炉膛截面划分多个子区域，由多个控制器单独控制。由于相邻温场耦合相互干扰，很容易造成控温不稳定。

因此本文提出了一种改善方法，可实现在线调整炉膛截面功率分布，达到改善均匀性的目的，且控制精度高稳定性好。

1 加热方式

炉膛截面示意图如图1。

将温区加热器按炉膛截面从左到右细分为多个子区域（本文以上、下加热器各三个区域为例），每个区域通过固态继电器单独驱动，固态控制端由相互独立的PLC输出信号分别给定。控制线路示意如图2。

图1 炉膛截面示意

图2 控制线路示意

2 控制软件设计

控制软件主要为温度控制器温控算法、以及控制信号输出处理。下图为控制部分功能框图（图3）：

图3 控制软件框图

上位工控计算机通过OPC通讯写入控制器温度设定值，控制器采集当前温度，进行PID计算得出输出功率百分比OUT，输出率经过分配环节，将输出率OUT乘以比例系数K1-K6后分配给PWM生成器，PWM生成器根据输入百分比生成PWM信号，由输出接口送至相应的固态继电器控制加热。其中K1-K6可通过上位软件进行修改，因此达到了通过修改K系数改变炉膛加热功率分布，进而达到改善均匀性的目的。

3 工程应用

该方法已经应用于多台烧结炉，效果显著。以带宽1m网带烧结炉为例，介绍该方法的应用。

该网带炉供有6个温区，每温区加热器细分为6各子区域。图4、图5、图6为不同K系数（见表1、表2、表3所列K值）情况下，炉膛截面左、中、右三点温度曲线。

图4 K系数为表1时炉膛曲线(恒温区最大温差12℃)

图5 K系数为表2时炉膛曲线(恒温区最大温差8℃)

图6 K系数为表3时炉膛曲线(恒温区最大温差3℃)

表1

表2

表3

实际结果来看，在K均为100时，即加热器功率均匀分布，炉膛恒温区最大温差12℃，通过逐步调整K系数，最终恒温区最大温差减小至3℃。

4 结论

从实际应用来看，本文介绍的方法能够有效改善温度均匀性，且操作简单，精度高。但依然存在不足和有待改进的空间。K系数调整需要了解操作人员比较了解炉膛温场特性，且需要多次曲线测试进行修正。今后考虑增加智能算法调节K系数值，将人的经验直接赋予控制器实现炉膛均匀性的自动调节。