工业燃气热处理炉的可变容控制及供电模式探讨

陈 瑜

（杭州华顺炉业有限公司，杭州310000）

我国工业生产力水平的不断发展，使得我国工业产品在国际大型项目上的应用率大幅上升。大型化产品需要大型化的设备进行辅助生产，工业燃气热处理炉正是生产基础机械中必不可少的一种设备。生产企业为了满足某些特殊的大型产品的生产需要而投入的热处理炉，如果单纯为大型产品配备利用率过低，用于常规产品热处理时又显得空间过大、过于浪费能耗，可变容积的热处理炉刚好可以解决这个问题，一个热处理炉满足多种规格的需要。如何在现代化工业生产中实现便捷、自动的可变容显得尤为关键。

1 可变容燃气热处理炉原始实现方式

要提高大型燃气热处理炉的利用率，就需要不分产品规格，只要能进入炉体有效加热区范围内的产品都进行处理。对于小型产品来说，这样处理空间利用率低，大部分热量用于产品外的空间加热，导致吨耗能率提高，成本增加，不利于产品竞争。因此，采用中间加设隔断墙的处理模式。隔断墙由钢骨架、耐热纤维棉、支架三部分组成，在炉车上适当位置放置隔断墙，将炉体分割成小空间，以减少空间热量的浪费，提高能耗。这种做法的优点：造价相对较低，不存在额外的电气控制，现有的大型炉子需要增加变容功能时无需更改太多就能实现。缺点：（1）隔断墙重量大，每次对炉体进行分隔时需用行车或者汽吊等帮助实现隔断墙的运送和安置。（2）需要在炉车上事先选好需要分隔的位置进行开槽，以解决隔断墙跟炉车台面之间的热量密封问题，导致尺寸相对比较固定，机动性不大。（3）隔断墙安装后与两侧墙体和墙顶三边存在缝隙，需要靠人工方式进行塞填耐火纤维棉，以确保加热区内的密封性，使热量得到最大的利用。人工塞填耐火纤维棉既耗时、耗力，又不能确保工作质量，而且耐火纤维由于材料性状原因，长期接触对人体有一定的危害[1]。

2 采用新方式实现可变容控制

为了解决隔断墙使用中的不利因素，迫切需要更为合理的方式实现加热炉的可变容要求。目前，较为常用的有两种方式，一种是后炉墙跟随炉车行走的模式，另一种是炉车炉体分段拼合的模式。本文主要对后炉墙随炉车行走这种方式进行详细说明。

后炉墙跟随炉车行走的方式，是在安装制作时就将后炉墙与热处理炉的炉车结合在一起，作为一个整体，墙随车行。炉车开到所需位置后，将后炉墙上密封块通过电气元件控制机械结构伸出，与炉墙侧面产生压紧的力，从而实现加热区内的有效密封状态；通过停车位置不同形成不同容积的炉体，以此实现热处理炉的变容功能。在这种模式下，电气控制与常规热处理炉的不同之处主要体现在后炉墙移动后与炉墙之间的密封结构的控制部分，采用小型可编程控制器与电动推杆的组合以实现有效、安全、操作简单的密封要求。

3 可变容控制热处理炉供电模式

所有电气控制得以实现，首先要解决供电问题。供电模式可以用长电缆直接供电，也可以通过升降压利用炉车轨道供电。本文主要采用自动式卷缆盘模式给炉车进行供电，并将电供至后炉墙的密封装置。

利用轨道供电模式有一些客观的制约条件：对工作环境有一定的要求，考虑到雨天不适合在室外作业，而实际生产中往往存在炉车轨道需要铺设到厂房以外的区域；也不适合在粉尘较多的环境下使用，粉尘过多会影响导电性，实际应用中例如铸造类的生产企业工况相对恶劣，粉尘无法避免。50t以上载重量需要铺设三轨，轨道铺设需要绝缘。

自动式卷缆盘的好处有以下几点：工厂相对作业人员较多，直拖的电缆容易造成人员不必要的意外事件，收放自如的电缆盘可以避免电缆随地拖放，保障工人的安全作业区域；减少电缆因为随地拖拉造成的磨损耗率，降低了产品的生产成本，据有效数据对比，使用卷缆盘收放的卷缆有效使用寿命可以延长3～6倍；确保工厂车间的美观、整洁度不受影响；安装环境要求不高，电缆本身有绝缘性。

综上，采用自动式卷缆盘方式供电，再通过卷缆电刷分电路从炉车下部至后炉墙控制系统，后炉墙的控制主要是针对后炉墙的密封系统。由于后炉墙是车体的一部分，为了顺利带墙进出炉体，后炉墙与炉体三边都留有足够的空隙，为了提高加热区域的热量利用率和温度均匀性，密闭的炉体显得格外重要，所以，需要有效密封系统将后炉墙和炉体的缝隙进行密封。与隔断墙人工填塞模式不同，这里采用了一键式的自动密封系统，只需要按一个“压紧”按钮，就能实现有效密封，降低人工劳动量。

由于需要变容的热处理炉尺寸一般都较大，相对后炉墙的宽高尺寸大，如果直接用整条的密封块压紧密封，跨度太大，机械结构的承受性能降低，密封效果也不佳，特别是角落部分容易留有缝隙。因此，将后炉墙的密封块分成几个部分，后炉墙上部的两个角落各设一块密封块，剩下三条直边各设一个密封块。每个密封块配有一个电动推杆，通过电动推杆的伸缩性实现密封块的压紧和放松。电动推杆体积小、安装简单，也不需要过多的后续维护。

在各个密封块的动作控制中，需要理清机械结构的动作顺序，以免互相冲突。单纯控制密封块动作的控制逻辑相对简单，可以利用小型继电器之类的电气元件实现，或者用可编程可控制器完成动作逻辑，也可以将这些动作集成到热处理炉总的可编程控制器中，不过考虑到线路成本，还是建议在后炉墙处单独做动作控制。

逻辑顺序取决于机械制作时，各密封块之间的切口方向。本文中后炉墙密封块在设计中采用先压紧两个角部的密封块，再压紧三条直边的模式。因此，在压紧逻辑控制时，先完成两个角部密封块的电动推杆压紧动作，再完成三条直边的电动推杆压紧动作；而在放松动作时，则需要相反操作，先实现三条直边对应推杆的放松动作，再完成两个角的放松动作。需要注意的是，由于是同时作用几个电动推杆，事先需要调试好各组电动推杆的正反作用方向，使它们保持方向一致，最终的动作才能一致[2]。

如何保证压紧和放松到合适的位置电动推杆就停止工作，靠人为的判断显然会存在过量或不及的情况，这样的结果要么就是密封不够到位，热量外泄，又或者电动推杆工作过量，损害了推杆的使用。这里需要借用限位开关的作用。有些电动推杆是自带正反限位的，不过使用中调节相对麻烦，而且损坏后不易维修，因此本文涉及炉体采用了外加的限位开关。每个电动推杆的行程两端装有限位，分别指示该密封块的压紧到位和放松到位，在调试过程中确认好合适的推杆行程位置。由于每个推杆都有两个动作的限位，所以在日常维护中，某个推杆发生故障都能从限位的指示中得出判断。同时，也是利用限位之间的逻辑关系，来实现整个后炉墙密封系统的一键式压紧或放松。在按了压紧按钮后，两个角的电动推杆做出压紧动作，如果两个角相应推杆上的压紧限位全部到位，则认为角已经到位，三条直边的电动推杆自动做出压紧动作直到每个推杆分别到位。按下放松按钮则是相反的动作，在直边三个放松限位到位后自动继续两个角的放松动作，直至分别到位。另外，需要把后炉墙各推杆的放松到位信号加入炉车运动的动作逻辑中，如果不能确保后炉墙所有的密封块完全缩回去就开动炉车，很容易拉扯后炉墙上的纤维，所以，我们可以利用两个角对应推杆的放松到位限位信号得出后炉墙密封全部放松到位的判断。整个后炉墙的电气动作控制逻辑相对简单，更多的要求需要结合各热处理炉使用方的要求进行调整。

3 结语

本文所提出的后炉墙随车行走的变容方式在笔者工作中已经得到多次运用，并接受了实际生产和环境的考验，比人工方式更为有效地实现燃气热处理炉的变容要求。当然科技不断进步，在工业4.0的背景下，我们要将工业设备的智能化程度做到更高，更为高效、节能、便捷的方式需要进一步探索和实现。