箱式回火炉快冷装置智能控制改造

董国节，吴 金，池 成

（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州 213011）

0 引言

推杆回火炉用于回火或结合气体渗碳和光亮淬火炉预热。它们适用于温度加热至750 ℃。这种回火炉具有高温、中温、低温回火功能，这台设备最大的优点是，可以气氛保护回火，防止工件氧化，并配有快速降温功能，工艺执行效率较高。

1 改造前情况

正常升温保温阶段回火炉冷却装置在炉膛外部，执行快速降温工艺时，冷却装置通过升降气缸下降至炉膛内部，向冷却装置管路内通入冷却水将炉内温度带走，从而达到降温的效果。

一般应用到快冷工艺的温度都比较高（400～650）℃，降温时，冷却装置下降到炉膛内部，直到炉膛内部温度降到200 ℃左右，再上升返回炉膛外部，对于冷却装置来说长期处于高温下工作，冷却装置内水管易结垢、降温效果逐渐降低，导致事态的恶性循环，加速了冷却装置管道老化变形，引起内部管路变形、脱焊、开裂等，最终冷却装置漏水损坏，整形补焊或者报废。

在冷却装置损坏的同时，会导致两台循环系统的电机内部进水，必须要更换电机轴承，同时还需进行烘炉浪费能耗，对于工件产品质量的影响就是产品有锈斑，氧化严重，导致产品返工、返修。

设备厂家在设备的回水管路上安装一个指针式温度计观察温度，同时在回水管路上安装了1 套丹佛斯自控式膨胀阀，通过检测回水的温度来控制进水量的大小。但经过几年的使用，故障点频发于此，膨胀阀的传感器位置安装在一个长方形的器皿内，回水从下而上再会到集水箱，导致大量的沉淀物堆积在底部造成管路堵塞。

每次设备冷却装置故障，回水口会聚集大量蒸汽，现场非常危险，对于生产现场也是极大的破坏，由于全是水蒸气维修难度、危险系数都很大，有时必须停炉降温才可以维修，造成能耗浪费。再一方面由于备件价格贵、工艺要求高、制作周期长，导致设备长时间停机，影响生产计划。

2 改造实施过程

2.1 故障分析

对冷却装置损坏的原因进行分析：对损坏的冷却装置内的循环水管进行切割检查，发现内部水碱较多。导致管内的通流面积变小，降低了冷却性能，从而恶性循环。根据多次维修的经验，回水管路设计存在一定问题，经常造成回水堵塞，导致冷却水循环系统不能正常循环冷却，回水有蒸汽必须停炉降温对管路疏通，造成停机维修。

2.2 制定改造方案

针对以上两点问题进行改造，第一点对于水碱的问题，不能根除但可以控制水碱的滋生速度，在回水管路加装温度传感器（PT100），在PLC 硬件上加模拟量模块，修改PLC 程序，在触摸屏上组态监控与设置功能。在执行快冷工艺时，根据回水的温度来控制冷却装置应该处在合适的位置。

当在运行降温工艺时，水温低于35 ℃冷却装置下降至炉膛内部，当水温超过75 ℃时，冷却装置返回炉外自身完成冷却，当冷却装置温度降至35 ℃时再次下降到炉膛内部，就这样循环动作，直到工艺结束循环动作停止，这样可以改善冷却装置的工作环境，减少水碱的滋生，提高使用寿命。第二点回水管路存在设计缺陷，导致水中的残渣囤积在膨胀阀探头处造成回水流量不足，要进行改造，将原本的膨胀阀拆除，改为直通管路，在管路的侧面加装PT100 热电阻进行测温。

2.3 开始实施

第一步选择一台回火炉进行改造测试，看是否能达到降温工艺要求。

（1）对供水方式进行改造，在非降温阶段，向冷却装置内部通入少量的冷却水让冷却装置维持在较低的温度，开始执行降温工艺时，打开电磁阀，通入大流量的水进行快速冷却降温。

（2）回水管路改造，将原本的膨胀阀拆除，改为直通减少回水阻力，并添加PT100 热电阻作为回水温度检测。

（3）增加西门子PLC 模拟量模块，与原本的PLC 等组件建立联系。

（4）电磁阀和热电阻，电路的链接，模拟量模块电源、热电阻等控制信号线的铺设。

（5）对PLC 的硬件进行组态，对现有的PLC 程序进行修改，组态触摸屏控制与显示界面。

（6）对程序进行调试，升温热炉调试，调整温度区间最终要达到降温的工艺要求。

3 改造后成果

图1 改造总体示意图

总体示意如图1 所示，改造后对冷却装置回水温度的有效控制，由于不会出现蒸汽，车间现场生产现场得到了很好的控制，原本设备周边经常积水，并且蒸汽对设备的油漆造成了破坏，现在这些问题一并解决。原本设备出现故障后，回水管内排出的全是蒸汽，非常危险，由于蒸汽的压力及温度较高，维修难度危险系数极高，对现场的工作操作人员也是种较大的安全隐患，改造后杜绝的以上问题。

冷却装置由于堵塞或回水不足、温度高等问题，产品降温达不到工艺要求，还需要返工造成能源能耗的严重浪费，现在回水温度超过设定的上限温度，冷却装置就自动上升到炉膛外部，可得到快速冷却，有效地保护了冷却装置，冷却装置内管路变形量也得到控制，管壁上水碱的滋生得到减缓，从而提高了冷却装置的使用寿命。

每台冷却装置的稳定运行直接影响到2 台电机的使用状况，改造前冷却装置一旦漏水，电机轴承内部就会有水渗入，导致电机轴承损坏，需要更换轴承。现在冷却装置的稳定运行同时保证了电机的正常使用，降低了停机时间和维修费用。

4 结语

通过这次改造，参与的维修人员专业技能得到提高，掌握较为前端的专业知识，并得到成功应用。整个改造时间紧迫，每台设备改造都必须加班加点完成，磨练了维修人员坚定的意志，振奋了维修人员拼搏向上、努力创新的精神。