工業(yè)燃氣熱處理爐的可變?nèi)菘刂萍肮╇娔Ｊ教接?/h1>
2018-02-16 05:42陳瑜
現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 2018年6期
陳 瑜
（杭州華順爐業(yè)有限公司，杭州310000）
我國工業(yè)生產(chǎn)力水平的不斷發(fā)展，使得我國工業(yè)產(chǎn)品在國際大型項目上的應(yīng)用率大幅上升。大型化產(chǎn)品需要大型化的設(shè)備進行輔助生產(chǎn)，工業(yè)燃氣熱處理爐正是生產(chǎn)基礎(chǔ)機械中必不可少的一種設(shè)備。生產(chǎn)企業(yè)為了滿足某些特殊的大型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要而投入的熱處理爐，如果單純?yōu)榇笮彤a(chǎn)品配備利用率過低，用于常規(guī)產(chǎn)品熱處理時又顯得空間過大、過于浪費能耗，可變?nèi)莘e的熱處理爐剛好可以解決這個問題，一個熱處理爐滿足多種規(guī)格的需要。如何在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)便捷、自動的可變?nèi)蒿@得尤為關(guān)鍵。
1 可變?nèi)萑細鉄崽幚頎t原始實現(xiàn)方式
要提高大型燃氣熱處理爐的利用率，就需要不分產(chǎn)品規(guī)格，只要能進入爐體有效加熱區(qū)范圍內(nèi)的產(chǎn)品都進行處理。對于小型產(chǎn)品來說，這樣處理空間利用率低，大部分熱量用于產(chǎn)品外的空間加熱，導(dǎo)致噸耗能率提高，成本增加，不利于產(chǎn)品競爭。因此，采用中間加設(shè)隔斷墻的處理模式。隔斷墻由鋼骨架、耐熱纖維棉、支架三部分組成，在爐車上適當位置放置隔斷墻，將爐體分割成小空間，以減少空間熱量的浪費，提高能耗。這種做法的優(yōu)點：造價相對較低，不存在額外的電氣控制，現(xiàn)有的大型爐子需要增加變?nèi)莨δ軙r無需更改太多就能實現(xiàn)。缺點：（1）隔斷墻重量大，每次對爐體進行分隔時需用行車或者汽吊等幫助實現(xiàn)隔斷墻的運送和安置。（2）需要在爐車上事先選好需要分隔的位置進行開槽，以解決隔斷墻跟爐車臺面之間的熱量密封問題，導(dǎo)致尺寸相對比較固定，機動性不大。（3）隔斷墻安裝后與兩側(cè)墻體和墻頂三邊存在縫隙，需要靠人工方式進行塞填耐火纖維棉，以確保加熱區(qū)內(nèi)的密封性，使熱量得到最大的利用。人工塞填耐火纖維棉既耗時、耗力，又不能確保工作質(zhì)量，而且耐火纖維由于材料性狀原因，長期接觸對人體有一定的危害[1]。
2 采用新方式實現(xiàn)可變?nèi)菘刂?/h2>
為了解決隔斷墻使用中的不利因素，迫切需要更為合理的方式實現(xiàn)加熱爐的可變?nèi)菀?。目前，較為常用的有兩種方式，一種是后爐墻跟隨爐車行走的模式，另一種是爐車爐體分段拼合的模式。本文主要對后爐墻隨爐車行走這種方式進行詳細說明。
后爐墻跟隨爐車行走的方式，是在安裝制作時就將后爐墻與熱處理爐的爐車結(jié)合在一起，作為一個整體，墻隨車行。爐車開到所需位置后，將后爐墻上密封塊通過電氣元件控制機械結(jié)構(gòu)伸出，與爐墻側(cè)面產(chǎn)生壓緊的力，從而實現(xiàn)加熱區(qū)內(nèi)的有效密封狀態(tài)；通過停車位置不同形成不同容積的爐體，以此實現(xiàn)熱處理爐的變?nèi)莨δ?。在這種模式下，電氣控制與常規(guī)熱處理爐的不同之處主要體現(xiàn)在后爐墻移動后與爐墻之間的密封結(jié)構(gòu)的控制部分，采用小型可編程控制器與電動推桿的組合以實現(xiàn)有效、安全、操作簡單的密封要求。
3 可變?nèi)菘刂茻崽幚頎t供電模式
所有電氣控制得以實現(xiàn)，首先要解決供電問題。供電模式可以用長電纜直接供電，也可以通過升降壓利用爐車軌道供電。本文主要采用自動式卷纜盤模式給爐車進行供電，并將電供至后爐墻的密封裝置。
利用軌道供電模式有一些客觀的制約條件：對工作環(huán)境有一定的要求，考慮到雨天不適合在室外作業(yè)，而實際生產(chǎn)中往往存在爐車軌道需要鋪設(shè)到廠房以外的區(qū)域；也不適合在粉塵較多的環(huán)境下使用，粉塵過多會影響導(dǎo)電性，實際應(yīng)用中例如鑄造類的生產(chǎn)企業(yè)工況相對惡劣，粉塵無法避免。50t以上載重量需要鋪設(shè)三軌，軌道鋪設(shè)需要絕緣。
自動式卷纜盤的好處有以下幾點：工廠相對作業(yè)人員較多，直拖的電纜容易造成人員不必要的意外事件，收放自如的電纜盤可以避免電纜隨地拖放，保障工人的安全作業(yè)區(qū)域；減少電纜因為隨地拖拉造成的磨損耗率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，據(jù)有效數(shù)據(jù)對比，使用卷纜盤收放的卷纜有效使用壽命可以延長3～6倍；確保工廠車間的美觀、整潔度不受影響；安裝環(huán)境要求不高，電纜本身有絕緣性。
綜上，采用自動式卷纜盤方式供電，再通過卷纜電刷分電路從爐車下部至后爐墻控制系統(tǒng)，后爐墻的控制主要是針對后爐墻的密封系統(tǒng)。由于后爐墻是車體的一部分，為了順利帶墻進出爐體，后爐墻與爐體三邊都留有足夠的空隙，為了提高加熱區(qū)域的熱量利用率和溫度均勻性，密閉的爐體顯得格外重要，所以，需要有效密封系統(tǒng)將后爐墻和爐體的縫隙進行密封。與隔斷墻人工填塞模式不同，這里采用了一鍵式的自動密封系統(tǒng)，只需要按一個“壓緊”按鈕，就能實現(xiàn)有效密封，降低人工勞動量。
由于需要變?nèi)莸臒崽幚頎t尺寸一般都較大，相對后爐墻的寬高尺寸大，如果直接用整條的密封塊壓緊密封，跨度太大，機械結(jié)構(gòu)的承受性能降低，密封效果也不佳，特別是角落部分容易留有縫隙。因此，將后爐墻的密封塊分成幾個部分，后爐墻上部的兩個角落各設(shè)一塊密封塊，剩下三條直邊各設(shè)一個密封塊。每個密封塊配有一個電動推桿，通過電動推桿的伸縮性實現(xiàn)密封塊的壓緊和放松。電動推桿體積小、安裝簡單，也不需要過多的后續(xù)維護。
在各個密封塊的動作控制中，需要理清機械結(jié)構(gòu)的動作順序，以免互相沖突。單純控制密封塊動作的控制邏輯相對簡單，可以利用小型繼電器之類的電氣元件實現(xiàn)，或者用可編程可控制器完成動作邏輯，也可以將這些動作集成到熱處理爐總的可編程控制器中，不過考慮到線路成本，還是建議在后爐墻處單獨做動作控制。
邏輯順序取決于機械制作時，各密封塊之間的切口方向。本文中后爐墻密封塊在設(shè)計中采用先壓緊兩個角部的密封塊，再壓緊三條直邊的模式。因此，在壓緊邏輯控制時，先完成兩個角部密封塊的電動推桿壓緊動作，再完成三條直邊的電動推桿壓緊動作；而在放松動作時，則需要相反操作，先實現(xiàn)三條直邊對應(yīng)推桿的放松動作，再完成兩個角的放松動作。需要注意的是，由于是同時作用幾個電動推桿，事先需要調(diào)試好各組電動推桿的正反作用方向，使它們保持方向一致，最終的動作才能一致[2]。
如何保證壓緊和放松到合適的位置電動推桿就停止工作，靠人為的判斷顯然會存在過量或不及的情況，這樣的結(jié)果要么就是密封不夠到位，熱量外泄，又或者電動推桿工作過量，損害了推桿的使用。這里需要借用限位開關(guān)的作用。有些電動推桿是自帶正反限位的，不過使用中調(diào)節(jié)相對麻煩，而且損壞后不易維修，因此本文涉及爐體采用了外加的限位開關(guān)。每個電動推桿的行程兩端裝有限位，分別指示該密封塊的壓緊到位和放松到位，在調(diào)試過程中確認好合適的推桿行程位置。由于每個推桿都有兩個動作的限位，所以在日常維護中，某個推桿發(fā)生故障都能從限位的指示中得出判斷。同時，也是利用限位之間的邏輯關(guān)系，來實現(xiàn)整個后爐墻密封系統(tǒng)的一鍵式壓緊或放松。在按了壓緊按鈕后，兩個角的電動推桿做出壓緊動作，如果兩個角相應(yīng)推桿上的壓緊限位全部到位，則認為角已經(jīng)到位，三條直邊的電動推桿自動做出壓緊動作直到每個推桿分別到位。按下放松按鈕則是相反的動作，在直邊三個放松限位到位后自動繼續(xù)兩個角的放松動作，直至分別到位。另外，需要把后爐墻各推桿的放松到位信號加入爐車運動的動作邏輯中，如果不能確保后爐墻所有的密封塊完全縮回去就開動爐車，很容易拉扯后爐墻上的纖維，所以，我們可以利用兩個角對應(yīng)推桿的放松到位限位信號得出后爐墻密封全部放松到位的判斷。整個后爐墻的電氣動作控制邏輯相對簡單，更多的要求需要結(jié)合各熱處理爐使用方的要求進行調(diào)整。
3 結(jié)語
本文所提出的后爐墻隨車行走的變?nèi)莘绞皆诠P者工作中已經(jīng)得到多次運用，并接受了實際生產(chǎn)和環(huán)境的考驗，比人工方式更為有效地實現(xiàn)燃氣熱處理爐的變?nèi)菀?。當然科技不斷進步，在工業(yè)4.0的背景下，我們要將工業(yè)設(shè)備的智能化程度做到更高，更為高效、節(jié)能、便捷的方式需要進一步探索和實現(xiàn)。
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1 可變?nèi)萑細鉄崽幚頎t原始實現(xiàn)方式
要提高大型燃氣熱處理爐的利用率，就需要不分產(chǎn)品規(guī)格，只要能進入爐體有效加熱區(qū)范圍內(nèi)的產(chǎn)品都進行處理。對于小型產(chǎn)品來說，這樣處理空間利用率低，大部分熱量用于產(chǎn)品外的空間加熱，導(dǎo)致噸耗能率提高，成本增加，不利于產(chǎn)品競爭。因此，采用中間加設(shè)隔斷墻的處理模式。隔斷墻由鋼骨架、耐熱纖維棉、支架三部分組成，在爐車上適當位置放置隔斷墻，將爐體分割成小空間，以減少空間熱量的浪費，提高能耗。這種做法的優(yōu)點：造價相對較低，不存在額外的電氣控制，現(xiàn)有的大型爐子需要增加變?nèi)莨δ軙r無需更改太多就能實現(xiàn)。缺點：（1）隔斷墻重量大，每次對爐體進行分隔時需用行車或者汽吊等幫助實現(xiàn)隔斷墻的運送和安置。（2）需要在爐車上事先選好需要分隔的位置進行開槽，以解決隔斷墻跟爐車臺面之間的熱量密封問題，導(dǎo)致尺寸相對比較固定，機動性不大。（3）隔斷墻安裝后與兩側(cè)墻體和墻頂三邊存在縫隙，需要靠人工方式進行塞填耐火纖維棉，以確保加熱區(qū)內(nèi)的密封性，使熱量得到最大的利用。人工塞填耐火纖維棉既耗時、耗力，又不能確保工作質(zhì)量，而且耐火纖維由于材料性狀原因，長期接觸對人體有一定的危害[1]。
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后爐墻跟隨爐車行走的方式，是在安裝制作時就將后爐墻與熱處理爐的爐車結(jié)合在一起，作為一個整體，墻隨車行。爐車開到所需位置后，將后爐墻上密封塊通過電氣元件控制機械結(jié)構(gòu)伸出，與爐墻側(cè)面產(chǎn)生壓緊的力，從而實現(xiàn)加熱區(qū)內(nèi)的有效密封狀態(tài)；通過停車位置不同形成不同容積的爐體，以此實現(xiàn)熱處理爐的變?nèi)莨δ?。在這種模式下，電氣控制與常規(guī)熱處理爐的不同之處主要體現(xiàn)在后爐墻移動后與爐墻之間的密封結(jié)構(gòu)的控制部分，采用小型可編程控制器與電動推桿的組合以實現(xiàn)有效、安全、操作簡單的密封要求。
3 可變?nèi)菘刂茻崽幚頎t供電模式
所有電氣控制得以實現(xiàn)，首先要解決供電問題。供電模式可以用長電纜直接供電，也可以通過升降壓利用爐車軌道供電。本文主要采用自動式卷纜盤模式給爐車進行供電，并將電供至后爐墻的密封裝置。
利用軌道供電模式有一些客觀的制約條件：對工作環(huán)境有一定的要求，考慮到雨天不適合在室外作業(yè)，而實際生產(chǎn)中往往存在爐車軌道需要鋪設(shè)到廠房以外的區(qū)域；也不適合在粉塵較多的環(huán)境下使用，粉塵過多會影響導(dǎo)電性，實際應(yīng)用中例如鑄造類的生產(chǎn)企業(yè)工況相對惡劣，粉塵無法避免。50t以上載重量需要鋪設(shè)三軌，軌道鋪設(shè)需要絕緣。
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綜上，采用自動式卷纜盤方式供電，再通過卷纜電刷分電路從爐車下部至后爐墻控制系統(tǒng)，后爐墻的控制主要是針對后爐墻的密封系統(tǒng)。由于后爐墻是車體的一部分，為了順利帶墻進出爐體，后爐墻與爐體三邊都留有足夠的空隙，為了提高加熱區(qū)域的熱量利用率和溫度均勻性，密閉的爐體顯得格外重要，所以，需要有效密封系統(tǒng)將后爐墻和爐體的縫隙進行密封。與隔斷墻人工填塞模式不同，這里采用了一鍵式的自動密封系統(tǒng)，只需要按一個“壓緊”按鈕，就能實現(xiàn)有效密封，降低人工勞動量。
由于需要變?nèi)莸臒崽幚頎t尺寸一般都較大，相對后爐墻的寬高尺寸大，如果直接用整條的密封塊壓緊密封，跨度太大，機械結(jié)構(gòu)的承受性能降低，密封效果也不佳，特別是角落部分容易留有縫隙。因此，將后爐墻的密封塊分成幾個部分，后爐墻上部的兩個角落各設(shè)一塊密封塊，剩下三條直邊各設(shè)一個密封塊。每個密封塊配有一個電動推桿，通過電動推桿的伸縮性實現(xiàn)密封塊的壓緊和放松。電動推桿體積小、安裝簡單，也不需要過多的后續(xù)維護。
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3 結(jié)語
本文所提出的后爐墻隨車行走的變?nèi)莘绞皆诠P者工作中已經(jīng)得到多次運用，并接受了實際生產(chǎn)和環(huán)境的考驗，比人工方式更為有效地實現(xiàn)燃氣熱處理爐的變?nèi)菀?。當然科技不斷進步，在工業(yè)4.0的背景下，我們要將工業(yè)設(shè)備的智能化程度做到更高，更為高效、節(jié)能、便捷的方式需要進一步探索和實現(xiàn)。
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