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箱式工业炉数字化改造研究与设计

2019-11-15

箱式工业炉在工业生产中比较常见,用途比较广泛,主要用于有色金属的淬火、正火及退火等热处理工作,效率高、易控制和结构简单等特点,根据需处理产品的材质不同选用不同型号与用途的工业炉。箱式工业炉的原理是根据实际炉温与设定温度的偏差,能够实现自动接通或断开供给炉子的热源能量,从而实现连续改变热源能量的大小,使炉温稳定在设定的温度偏差值范围内,以满足热处理工艺的需要。我单位所采用箱式工业炉产于20世纪70年代,长、宽、高分别为9m、3m、4m,属于大规格箱式工业炉,主要用于有色金属铜及铜合金管棒材的热处理作业,年处理量达3 000t。原控制方式设计为手动控制,由于设计缺陷,热处理控温效果不好。在对产品进行热处理时,炉内温度无法根据需求进行调节,热处理效果达不到预期,该原因导致很多产品因物理性能达不到要求而报废,且炉子能耗居高不下,使产品热处理的生产成本大量增加,不符合现代绿色环保制造的要求。经研究论证后决定采用现代控制技术对该箱式炉进行数字化改造。

箱式工业炉

1. 原理与构成

箱式工业炉主要由炉体和电控系统组成。炉体主要由炉壳、炉衬、炉门、活动式炉底台车和环保型新材料加热器组成。其中,炉衬采用具有保温效果好的环保、热惯性小的新型耐火砖砌制;加热器设计为新型高传导型电阻丝;炉底台车采用绕线并进式控制系统进行控制,有效避免了链式传动结构造成的供电线路经常损坏、接触不好的问题。

对于数字化设计与改造后的工业炉,其电控系统设计为手动与自动控制两种方式。手动控制采用按钮与温度控制仪表组合的方式;自动控制方式采用触摸屏与可编程控制器等数字化装置相结合的方式,两种控制方式可以互换。为了解决工业炉内部热处理温度不均匀的问题,数字化改造后的工业炉内部设计增加3台热交换特种耐热风机,均匀分布在炉体上部。在热处理工作过程中,需要温度均匀化处理时,先由数字化仪器根据实际检测的炉内温度进行运算、比较后,输出程序控制其接通与断开,负责工业炉内部温度的调节,保证炉膛内各区温度均匀分布,从而满足热处理要求。为了提高热交换特种耐热风机的使用寿命和工作效率,三组热交换风机均采用水冷式电动机进行驱动。手动控制方式设计为微电路控制固态继电器,由固态继电器控制各区主接触器进而实现加热功能。自动控制方式设计为触摸屏与可编程控制器控制方式,由触摸屏收集并发出控制指令,启动可编程控制器内部所编制专用程序,控制继电器-接触器系统实现箱式工业炉的热处理功能。

炉内热处理区分为6个区,即1区为炉门区、2区为炉后区、3区为炉顶区、4区为炉左侧区、5区为炉右侧区、6区为炉底区,每个区的温度由6组K型热电偶进行检测,每个区的加热器均接为星形,每个加热区主接触器下端均安装一个热继电器,在加热器发生短路故障时可以有效切断加热系统。

2. 手动工作方式

在此种工作方式下,将工作方式切换开关SB14旋转至手动方式,接触器KM7合,通过按钮SB1、SB2启停1区加热系统;按钮SB3、SB4启停2区加热系统;按钮SB5、SB6启停3区加热系统;按钮SB7、SB8启停4区加热系统;按钮SB9、SB10启停5区加热系统;按钮SB11、SB12启停6区加热系统;每个区热处理工作都是通过温控表设定热处理温度后,由温控表输出一个直流控制信号给固态继电器(SSR),使其导通,从而接通主接触器实现各区加热工作。各区热处理实际温度由各区热电偶进行检测,检测到的实际温度值反馈给温控表后,由温控表对实际温度与设定温度进行比较,输出控制信号给所控制区的固态继电器,由继电器完成该区接触器的通断控制,从而完成热处理工作。

3.自动工作方式

在此种工作方式下,将工作方式切换开关SB14旋转至自动方式,接触器KM16接通,通过与可编程控制器(PLC)相连接的触摸屏上编制的按钮进行热处理操作。各区温度值由温控表进行设定后,各区热电偶完成实际温度检测后,数值传给温控表,由温控表完成温度比较,当温度达到设定温度后输出一个数字信号给可编程控制器,由可编程控制器完成信号收集,当6个区的热处理温度到达设定值不一致时,由可编程控制器里面的程序完成比较后,输出热交换风机控制信号,启动热交换风机使各区温度保持一致,从而实现热处理材料物理性能一致性。保温时间由程序完成,热处理工作完成后由可编程控制器发出断电控制信号,将加热器断开后,开始报警。自

4. 结语

箱式工业炉数字化设计与改造工作完成后,实现了手动与自动两种控制方式的互换。产品热处理温度不均匀的问题得到了解决,实现了热处理智能化控制,使产品的废品率和热处理成本得到大幅降低,热处理工作更加方便、可靠。经过试运行证明,达到了生产使用要求,满足了自动化控制要求,真正实现了重庆工业炉的运转,使生产效率和班产大幅提高,节省了大量的能源。

 

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