电加热式辊道炉加热装置与自动化改造

苏文生，宋晓峰，王世刚

（中国电子科技集团第四十八研究所，湖南长沙410083）

随着材料性能的提升，烧结行业的工艺技术要求越来越严格，烧成设备内部温度均匀性已成为衡量烧结设备性能好坏的一项关键指标。在众多烧结设备中，电加热式辊道炉具有热效率高、升温快、温度均匀稳定等特点，并可根据不同的要求实现产品的均匀加热、快速烧成、模块化，有利于烧成的自动化；同时电加热式辊道炉采用轻质保温材料，能耗少有利于工业节能[1]。相比其他烧结设备，电加热式辊道炉优势明显。在我国环保要求日益提高的前提下，电加热式辊道炉应用越来越广泛。

电热式辊道炉通常按一定的长度分为若干节制造，节与节之间通过法兰连接，在客户现场再进行拼装，炉腔内沿炉体长度方向在辊棒上、下布置横向放置加热棒的方式进行加热，底部和侧壁上设有进气孔[2]。电热式辊道炉多节组合结构使得节与节连接部位附近因结构限制无法布置加热元件，引起此处温度偏低；且由于辊道炉正常工作时辊道上物料的阻挡，底部进入炉体内的气流大部分从侧壁和物料的间距通过流到炉内上部空间，造成靠近炉腔壁面的气流流速大，炉腔中间区域流速小的现象，同时由于壁面散热的原因，使得炉腔内整体温度分布呈现中间温度高，周边温度低；此外由于炉腔内温度主要通过调控加热棒温度来调节，每根加热棒所控制的区域大，不能对某一小范围区域进行精细调控，且相邻加热棒所控制的温度范围之间相互影响，这就造成对单根加热棒调整时会对其他区域造成较大的温度波动，使实现温度调控比较困难。

针对现有电热式辊道炉温度不均的问题，提出一种结构简单、能够提高炉腔内部整体温度均匀性的新型加热装置，该装置配置有温度自适应调控系统，实时对局部空间进行温度补偿，实现对局部空间温度的自主调控，使电热式辊道炉结构达到日益严苛的烧结工艺要求。

1 新型加热装置

新型加热装置主要由主加热装置和辅助加热装置组成。主加热装置采用加热棒作为加热元件，作为辊道炉的主要加热元件；辅助加热装置采用电热丝作为加热元件，位于上、下加热元件之间的炉腔内侧壁上，作为为辅助加热元件，主要用来调控局部区域温度，达到提高炉内温度均匀性的目的。新型加热装置原理示意图如图1所示，安装示意图如图2所示。

图1 新型加热装置原理示意图

图2 新型加热装置安装示意图

如图1、图2 所示，主加热装置由上下两层加热棒组成，分别布置在炉腔内部辊道的上方和下方，在炉体长度方向上每层加热棒在结构允许范围内均匀布置，加热棒数量由加热所需功率及单根加热棒加热功率计算得出。加热棒两端延伸至炉体外用于连接电源，加热棒和炉壁的间隙采用隔热棉密封，最外端覆盖密封端管，其结构示意图如图3所示。上层加热棒与传动辊棒间垂直距离应大于烧结物料堆积高度，保证物料正常输送。

图3 电热丝安装示意图

辅助加热装置由左右两侧加热丝、支撑件及温度控制系统组成，单侧加热丝由若干行和若干列加热丝组合而成，加热丝均匀布置或呈在高度方向上靠近辊道位置、在长度方向上靠近炉体连接处加密布置，每根加热丝两端经炉壁伸到炉体外面连接电源，各个加热丝之间采用并联的方式连接，在炉体宽度方向加热丝伸入炉腔内的长度不能超过物料通过边界，以免和烧结物料干涉，在侧壁上加热丝布置应避开侧进气口，以免阻挡进气。加热丝安装结构设计为两部分，一部分从炉腔内壁伸到炉体外部与外接电源相连，和炉壁的间隙采用隔热棉密封，最外端覆盖密封端管；另一部分为炉内发热段，两部分采用快插结构连接，一方面提高了安装效率和维修方便性，另一方面由于加热丝外接电源部分安装位置温度较低，其材质可选用相对便宜的材料，有利于降低制造成本。

2 温度自适应调控系统

尽管主加热装置和辅助加热装置能减少消除电加热式辊道炉内局部低温空间的出现，但是电加热式辊道炉炉内温度调控能力仍不高，炉内局部空间无法自主进行温度补偿。针对该问题，提出温度自适应调控系统，将辅助加热元件分成多组，对每组加热元件进行单独控制，实现对局部空间温度的调控，并根据所处位置的温度与设定温度的偏差实现自主调控。

温度自适应调控系统由传感器、控制器和执行器构成。传感器包括位于每节炉体中间区域的温度传感器（中心温度传感器）和电热丝上的温度传感器（侧壁温度传感器）组成，每根电热丝上各有一个温度传感器，从而实现对单根电热丝的独立控制，提高了局部温度控制的精度；控制器通过接受到的温度数据，确定炉体内部中间位置和近壁位置的温度差以及与设定温度的温度差，并根据温差的大小通过特殊的自适应式PID算法，调节器输出控制信号到调功器器，调功器调节加热棒及加热丝两端的加热功率，使炉内温度维持在设定温度并保证炉内温度均匀性，其流程图如图4所示。

图4 温度自适应调控单元的原理示意图

3 结 论

在对电加热式辊道炉改造过程中将加热装置改造为主加热装置和辅助加热装置两种装置的组合，并增加了温度自适应调控系统。它不仅消除了原电加热式辊道炉温度分布不均不稳定问题，并且实现了局部温度自主调控，增加了设备自动化程度，优化了生产工艺条件，提升产品质量和成品率。