蓄热式台车加热炉控制系统的几点改进

刘海龙

摘   要：本文详细分析了蓄热式台车加热炉实际使用中炉压、工件氧化烧损、低温点火、炉温均匀性、台车驱动等存在的问题，并对上述问题提出了解决方案。

关键词：蓄热式  控制系统  炉窑自动化

中图分类号：TG307                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）03（a）-0092-02

台车式加热炉是一种间断式变温炉，炉膛不分区段，广泛应用于冶金、机械行业，适用于重量较大且难于在连续式加热炉内输送的钢料加热。蓄热式燃烧技术应用在台车加热炉上，降低了加热炉的排烟温度，提高了能源利用率，取得了较好的经济性，节能效果明显。但我公司在实际使用中却发现了几点问题，对加热炉的正常使用造成一定影响，因此急需解决这几项问题，保证设备正常运行。

1  目前存在问题

1.1 炉压波动大且炉压偏高

炉压是台车加热炉燃烧控制系统中的一个重要工艺参数，炉压的高低不仅影响到炉内的气氛，而且还影响到炉窑设备的使用寿命。炉压过高会造成炉门跑火冒火，溢出的高温炉气直接烘烤炉门钢板、炉门立柱和其他电气设备，直接影响炉门护板及电气元件的使用寿命。炉压过低会造成吸冷风，影响炉内气氛，使得工件的氧化烧损率上升，还会使炉温降低，造成能耗过高。

蓄热式台车加热炉由于炉型结构、排烟系统、燃烧系统与常规加热炉不同，导致其炉压波动较常规加热炉更为明显。蓄热式台车加热炉为减少阀门故障率，多采用集中换向形式，这样更加剧了炉压的波动。

1.2 工件的氧化烧损日益严重

台车式加热炉炉温一般运行在1200℃～1240℃的高温状态下，在此高温状态下，炉内钢件十分容易氧化。实验数据表明，设钢件在800℃的氧化烧损量为1，则1000℃氧化烧损量为其4倍，1200℃约为10倍，1300℃时增加到20倍。所以台车加热炉工件氧化烧损问题越发吸引工业加热生产者的关注。

1.3 低温点火不稳定和炉温均匀性差

作为间断性周期炉，炉温经常由室温升到最高炉温。在低温状态下，蓄热式烧嘴无法实现自燃，通常采用点火烧嘴将其引燃。由于换向作用，点火烧嘴经常在蓄热式烧嘴引烟过程中熄灭。蓄热式烧嘴通常采用弥散式燃烧，由于燃气炉低温主要靠对流传热、高温主要靠热辐射进行传热，故蓄热式台车炉在低温状态下的爐温均匀性较差。

1.4 台车驱动密封问题

台车在启动时速度较快，易造成工件跌落，会砸坏台车砌砖座沙封等部件。同时因其速度较快，在返回炉膛内时台车在碰到电气限位后，因台车装载量一般在70t以上，造成惯性较大，仍然会向前运行，对炉体后墙及机械限位造成一定冲击，同时碰撞机械限位时可能会将台车反弹一小段距离。造成定位精度差影响炉体的密封性。

1.5 换向阀故障问题

原有的蓄热式台车加热炉采用分散换向的形式，这种形式虽然有利于炉压的稳定，但由于阀门数量增多，带来了故障点多，维修频繁的问题。由于换向阀多采用气动控制，阀体与阀板之间的振动较大造成阀门故障。

2  问题解决方案

2.1 解决炉压波动大且炉压偏高

对排烟系统、燃控系统进行了改造。在原有引烟的排烟系统上，加上了炉后的辅助排烟功能。引烟蓄热回路采用引烟温度控制排烟量。这样有效防止烧嘴蓄热体过烧和管道过热导致的阀门卡死现象。辅助排烟采用炉压控制排烟量。炉压控制回路采用PID调节，炉压从台车面取压后，经压力PID调节器调节，调节辅助排烟的烟道闸板的开度，进而调整炉压。针对炉压波动，传统PID调节器无法正常工作的问题，我们在炉压取样回路采用炉压阻尼器，对炉压的波动进行平滑，使炉压调节效果有了明显改善。在燃控系统方面，我们采用了连续式温度调节方式。这样，烧嘴的供热量是连续变化的过程，炉膛内部的气氛大部分时间也是一个连续过程变化的过程，有利于炉压的稳定调整。

2.2 解决工件的氧化烧损日益严重

工件氧化烧损必须具备两个条件：（1）较高的炉温;（2）炉膛气氛中有多余的氧气。工件要在较高的温度下才能满足工艺生产的要求，因此不能采用降低炉温的方法来降低氧化烧损。只能通过降低炉内气氛来降低氧化烧损。

针对此问题，我们进行两方面改进来改善炉内气氛：一是控制好空燃比例，在保证燃料完全燃烧的前提下，最大限度的降低空气过剩系数。在控制系统中在空燃气主管上分别安装流量测量装置，根据炉温状况分别计算出所需的空气量、燃气量并分别进行随动控制。空气量在计算过程中，在空气过剩系数方面，要考虑在1.05～1.2之间。这样既保证燃料的充分燃烧，又防止了炉内过氧气氛。二是保证炉压在微正压状态，防止炉压过低，炉外空气进入炉内。通过对排烟系统、燃控系统进行改造，对炉压进行实时的PID控制，炉压控制精度明显改善，能够始终保持在微正压。

2.3 解决低温点火不稳定和炉温均匀性差

在原有蓄热式烧嘴的基础上，添加若干支常规烧嘴。在低温状态时，常规烧嘴点燃，蓄热式烧嘴停止工作，系统会在某一设定的温度下自动切换到蓄热式烧嘴工作状态，这样，极大地改善了蓄热式台车炉低温状态下的炉温均匀性。也解决了蓄热式烧嘴点火不稳定的问题。

2.4 解决台车驱动密封问题

在台车驱动系统中做改进，增加了变频器。台车在启动过程中，变频器起到软起动的作用，使台车启动平稳、可靠。解决了因台车启动过快易造成工件跌落的问题。另外在台车返回炉膛内时，在快进到位的地方设置减速限位，通过变频器调整，让台车能够提前减速，这样减少了台车惯性，降低了台车对炉体密封及炉后限位的冲击，同时提高了台车的定位精度。改造后炉门与台车、炉体的密封性能较改造前有了明显改善。

2.5 解决换向阀故障问题

由分散换向改为集中换向形式，通过对炉压的改进，解决了集中控制对炉压的影响。改造后由原来的八个三通换向阀改为两个四通换向阀，这样有效减少了故障点。另外在换向阀驱动方面采用液压驱动，驱动效果较气动方式平稳，有效减少了振动，也降低了阀门的故障率。在控制方面，换向阀两个状态均设置限位，当换向阀不到位时即有故障指示，提示操作人员及时处理。

3  结语

经过上述几点问题的分析解决，解决了蓄热式加热炉在使用过程中存在的几点问题，使得蓄热式燃烧技术在台车式加热炉上的应用性提高。蓄热式台车加热炉在经济和环保上的优势十分明显，具备广泛的推广价值。

参考文献

[1] 胡永贵，毕仕辉，李欢，等.蓄热式台车加热炉技术改进攻略[J].金属材料与冶金工程，2019，47（1）：60-64.

[2] 刘峰，李向楠，谢安国，等.蓄热式台车加热炉氧化烧损原因分析与改进措施[J].工业炉，2011，33（1）：53-54，57.

[3] 刘金英，张艳峰.加热炉氧化烧损严重的原因[J].金属世界，2010（3）：55-57，76.