朱洪杰

摘? 要：該文針對(duì)加熱爐控溫技術(shù)存在的問(wèn)題，分別對(duì)溫度場(chǎng)均勻性和熱效率2個(gè)影響因素進(jìn)行分析。具體因素有各區(qū)溫升速率差異大、燒嘴燃燒不穩(wěn)定、測(cè)量顯示儀表?yè)p壞老化嚴(yán)重、導(dǎo)流箱體和噴流槽變形、密封損傷、爐體銹蝕、爐壓控制不當(dāng)、排煙溫度、爐膛溫度和煙氣氧含量控制不當(dāng)?shù)??；诟饕蛩靥岢隽丝刂七^(guò)?？諝庀禂?shù)、減少爐熱損失、維修加熱爐、增加控制手段、改進(jìn)控制技術(shù)、優(yōu)化控制參數(shù)和加強(qiáng)人員操作培訓(xùn)等措施。這些措施有效地提升了產(chǎn)品工藝性能。

關(guān)鍵詞：加熱爐;溫度控制;影響因素;問(wèn)題分析;改進(jìn)措施

中圖分類號(hào)：TQ223? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

溫度是工業(yè)對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。由于爐子的種類不同，使用的燃料和加熱方法也不同;由于工藝不同，所需要的溫度高低不同，所采用的測(cè)溫元件和測(cè)溫方法也不同;產(chǎn)品工藝不同，控制溫度的精度也不同，因而對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和所采用的控制方法也不同。

目前鋁加工市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，普通產(chǎn)品的盈利凈值已不能滿足企業(yè)生存及發(fā)展的需要，而生產(chǎn)高端鋁板材對(duì)材料的性能要求極高，特別是一些深沖、均熱復(fù)合等中高端產(chǎn)品，其中均熱工藝是影響鋁產(chǎn)品性能的重要條件之一。為了使我廠鋁產(chǎn)品滿足中高端鋁產(chǎn)品性能，就必須對(duì)加熱爐的溫度均勻性進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以達(dá)到產(chǎn)品工藝要求的設(shè)定值或允許的偏離值。

該廠共配備2臺(tái)加熱爐，每臺(tái)的進(jìn)出料設(shè)備配置了受料臺(tái)、鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)、上料機(jī)、推料機(jī)、軌道橋、取料機(jī)、翻料機(jī)、液壓站及料墊轉(zhuǎn)移車（橫向和縱向）為2臺(tái)共用，其動(dòng)作過(guò)程全部采用PLC自動(dòng)控制。燃燒系統(tǒng)燒嘴及閥件、控制元器件均采用當(dāng)前知名度高的進(jìn)口產(chǎn)品，性能安全可靠。

用于熱軋軋制前預(yù)熱及加熱保溫的立推式鋁板錠加熱爐設(shè)備由蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司制造。單爐裝載量為500 t，采用大風(fēng)量強(qiáng)制熱風(fēng)循環(huán)、噴流加熱。每臺(tái)加熱爐有5個(gè)分區(qū)，可獨(dú)立進(jìn)行溫度控制，每區(qū)另裝備4個(gè)燃燒器，采用美國(guó)天時(shí)ECLIPSE集成式自身?yè)Q熱高速燃?xì)鉄?，具有熱效率高、燃燒穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

加熱或均熱某種型號(hào)產(chǎn)品時(shí)，操作員可根據(jù)工藝員下發(fā)的工藝參數(shù)列表選取對(duì)應(yīng)的工藝清單，并進(jìn)行合理地調(diào)整優(yōu)化，設(shè)定爐溫爐氣控制的期望值，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行點(diǎn)火加熱。

1 存在問(wèn)題及影響因素分析

自投入使用以來(lái)，加熱爐的溫度控制一直不太理想。鋁鑄錠的加熱質(zhì)量直接關(guān)系到鋁材產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、生產(chǎn)能耗以及機(jī)械設(shè)備壽命，溫度控制問(wèn)題解決后可以提高鋁的塑性，降低熱加工時(shí)的抗力，減少燃料消耗和氧化損耗。衡量加熱質(zhì)量、保證鋁鑄錠均勻加熱的因素主要是爐膛溫度場(chǎng)的均勻性和燃燒爐的熱效率。

1.1 爐膛溫度場(chǎng)的均勻性

溫度場(chǎng)的不均勻性主要是由6點(diǎn)原因造成的。

1.1.1 各區(qū)溫升速率差異較大

有的區(qū)在執(zhí)行工藝后很快就能達(dá)到期望爐氣溫度，而有的區(qū)卻要延遲一段時(shí)間。

1.1.2 燒嘴燃燒不穩(wěn)定

對(duì)于性能要求較高的產(chǎn)品，燒嘴頻繁熄火會(huì)使加熱時(shí)長(zhǎng)超出允許值，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，造成很大損失。此原因又可具體細(xì)化為3點(diǎn)。1）空燃比控制不準(zhǔn)確，燃?xì)夂涂諝獾幕旌媳壤{(diào)節(jié)不規(guī)范。在調(diào)節(jié)時(shí)，工作人員未使用工具儀表進(jìn)行操作以達(dá)到最佳空燃比，而是通過(guò)個(gè)人主觀感覺(jué)，目測(cè)燃燒火焰的焰色和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致?tīng)t外調(diào)節(jié)好的小火火焰重新插入燃燒室內(nèi)點(diǎn)火時(shí)，由于空燃比不合適，火焰強(qiáng)度達(dá)不到要求而熄滅。2）使用的天然氣純度低。天然氣內(nèi)部雜質(zhì)含量和含水量較大，增大了點(diǎn)火難度;雜質(zhì)也易堵塞燃?xì)夤苈飞系母鹘M閥件，使燃?xì)獍l(fā)生量減少，從而改變已經(jīng)調(diào)整好的空燃比，不僅損害設(shè)備，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且增加了空燃比的調(diào)整次數(shù)，加大了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。3）燃?xì)鈮毫Φ陀跔t組所要求的供氣壓力值（不低于0.1 MPa）。雖然外部入廠進(jìn)端的天然氣壓力值為0.1 MPa，但通過(guò)管道輸送至設(shè)備點(diǎn)產(chǎn)生的損失、外部燃?xì)鈮毫Ρ旧淼牟环€(wěn)定以及其他設(shè)備共同使用導(dǎo)致負(fù)荷加大氣壓降低，也會(huì)導(dǎo)致燒嘴頻繁熄火。4）燃燒器從安裝使用至今，未進(jìn)行過(guò)維護(hù)及必要的更換。部分燃燒器已損壞較嚴(yán)重，前端鳳翅和燃燒口發(fā)生脫落或變形。

1.1.3 熱電偶及儀表?yè)p壞老化嚴(yán)重

其具體表現(xiàn)為2點(diǎn)。1）測(cè)量和顯示控制的熱電偶損壞或超過(guò)時(shí)效，測(cè)量精度降低，顯示值不正確。2）熱電偶質(zhì)量較差，精度、材質(zhì)達(dá)不到要求，出現(xiàn)測(cè)量誤差。

1.1.4 熱空氣循環(huán)不均

導(dǎo)流箱體的導(dǎo)流板和噴流口因鑄錠刮碰及熱脹冷縮造成變形、扭曲、移位，熱空氣被循環(huán)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)，而不是通過(guò)導(dǎo)流箱體及導(dǎo)流槽、噴流口噴出到鑄錠上，導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)熱風(fēng)循環(huán)分布不均勻，溫度有所偏差，加熱效果不理想，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，增加燃料消耗。

1.1.5 加熱爐長(zhǎng)久失修

爐體因長(zhǎng)期使用未進(jìn)行維護(hù)和大修檢查，部分爐體和內(nèi)腔密封巖棉燒損嚴(yán)重，再加上長(zhǎng)期的熱脹冷縮及銹蝕等因素，造成靠近燒嘴燃燒口前端的內(nèi)腔爐壁透火，局部溫度過(guò)高;內(nèi)部軌道立柱底部、爐體熱漲接縫處及爐門邊框銜接處透風(fēng)，溫度降低較快。爐腔內(nèi)均勻分布的溫度場(chǎng)產(chǎn)生變化波動(dòng)，極大地影響了產(chǎn)品性能質(zhì)量，給企業(yè)造成損失。

1.1.6 爐壓控制不當(dāng)

設(shè)計(jì)時(shí)，工程師只是通過(guò)爐氣和鑄錠溫度來(lái)控制加熱爐整個(gè)加熱工藝過(guò)程，未考慮到爐壓變化對(duì)加熱系統(tǒng)和產(chǎn)品性能質(zhì)量的影響，所以未安裝爐壓表，致使加熱爐加熱工藝控制系統(tǒng)存在缺陷，爐壓運(yùn)行情況處于不可控狀態(tài)，爐壓與排煙蝶閥的關(guān)系也無(wú)法控制。爐壓對(duì)于鑄錠的加熱質(zhì)量、加熱時(shí)燃料消耗的影響較大。在正常情況下，加熱爐進(jìn)行鑄錠加熱工作時(shí)應(yīng)處于微正壓狀態(tài)，爐壓過(guò)大會(huì)造成熱量從爐門及墻縫中溢出，造成燃料浪費(fèi)，給企業(yè)造成嚴(yán)重的損失;而處于負(fù)壓時(shí)會(huì)吸入冷風(fēng)，使鑄錠氧化燒損，降低爐內(nèi)的熱效率，使加熱周期延長(zhǎng)，超出工藝所允許的時(shí)間，并造成鑄錠溫度不均勻，產(chǎn)品性能改變。另外，爐壓不穩(wěn)定也不利于工藝的制定和執(zhí)行。

1.2 燃燒爐熱效率

除了以上幾個(gè)因素外，加熱爐的熱效率也同樣影響產(chǎn)品的性能質(zhì)量、溫度場(chǎng)分布和能源消耗。影響熱效率的主要因素是排煙溫度控制、爐膛溫度控制和煙氣氧含量控制。具體分析如下所述。

1.2.1 排煙溫度控制

排煙熱損失是加熱爐的主要熱損失之一，主要取決于排煙溫度和排煙容積。排煙溫度高，煙氣帶走的熱量多，熱損失就會(huì)增大，熱效率降低，燃料消耗相應(yīng)增大。而造成這個(gè)現(xiàn)象的原因主要有3點(diǎn)。1）使用的天然氣含水量大，燃燒不完全，使得排煙容積增大。2）天然氣和空氣混合比例未調(diào)整到最佳狀態(tài)，使燃燒室內(nèi)的空氣氧含量增多，促使煙氣溫度增高，加大了熱效率損失的強(qiáng)度，促使排煙溫度升高。相反，空氣氧含量的減少，會(huì)使燃燒不完全，可能會(huì)造成二次燃燒，增加鑄錠氧化燒損的概率。3）電動(dòng)排煙蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)或打開不到位，使逸散的熱量隨著煙氣外溢，增加了煙氣的排煙溫度。

而排煙溫度過(guò)低則會(huì)造成煙道破裂，存在溫差處產(chǎn)生凝露回流，對(duì)產(chǎn)品造成不可估量的損失。因此，合理地排煙溫度是決定加熱工藝執(zhí)行是否理想的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也是影響產(chǎn)品質(zhì)量性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

1.2.2 爐膛溫度控制

爐膛溫度是加熱爐的重要工藝操作指標(biāo)，也是保證加熱爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行的指標(biāo)之一。該溫度是指煙氣離開燃燒室的溫度，代表爐膛內(nèi)的煙氣溫度。依靠安裝在爐膛內(nèi)的多點(diǎn)熱電偶，測(cè)量并控制爐膛溫度。操作時(shí)，主要改變?nèi)剂显跔t膛內(nèi)的燃燒狀況、燒嘴點(diǎn)火分布，合理控制燃料流量、空氣量和壓力來(lái)保持爐膛內(nèi)的合適溫度，確保燃料在爐膛內(nèi)的充分燃燒，并將介質(zhì)加熱到指定溫度。

1.2.3 煙氣氧含量控制

煙氣氧含量的高低直接影響到加熱爐的熱效率及安全平穩(wěn)的運(yùn)行。當(dāng)煙氣氧含量高時(shí)，熱效率降低，使得鑄錠表面易被氧化，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量性能;當(dāng)煙氣氧含量低時(shí)，容易造成不完全燃燒。如果過(guò)?？諝庀禂?shù)太小，燃料燃燒不完全，甚至?xí)斐啥稳紵?如果過(guò)?？諝庀禂?shù)太大，進(jìn)入爐膛內(nèi)的空氣太多，導(dǎo)致?tīng)t膛溫度下降，造成循環(huán)的熱風(fēng)對(duì)鑄錠傳導(dǎo)熱量的效果不好，影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量性能。其中影響過(guò)?？諝庀禂?shù)的因素主要包括燃料性質(zhì)、燃燒器的操作、空氣量、煙道擋板的開度和爐體密封性等。

2 技術(shù)措施改進(jìn)

經(jīng)過(guò)分析以上的影響因素，可以針對(duì)性地從2個(gè)方面提高加熱爐的加熱質(zhì)量和效率。

2.1 控制過(guò)剩空氣系數(shù)

在裝置負(fù)荷變化時(shí)，根據(jù)加熱工藝控制好加熱爐的排煙蝶閥開口度，并及時(shí)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器做出微量的調(diào)整，減少過(guò)?？諝庀禂?shù)。根據(jù)不同的負(fù)荷，及時(shí)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板、煙道擋板的開度，保證燒嘴燃燒完全、燃燒效果良好。

2.2 減少加熱爐熱損失

在加熱過(guò)程中，根據(jù)負(fù)荷的變化，及時(shí)調(diào)整風(fēng)門和煙道擋板，對(duì)煙氣循環(huán)加熱管路的封頭和環(huán)流管路加大保溫棉的覆蓋厚度。經(jīng)常觀察爐內(nèi)運(yùn)行情況，及時(shí)做出調(diào)整，以減少加熱爐的熱量損失，確保燃燒狀態(tài)良好。加強(qiáng)接縫、開合部位與外部環(huán)境銜接部位處的封堵和密封性。加熱爐門框與爐體開合處更換新的密封盤根，減少爐門框與爐體貼合面的縫隙，減小冷風(fēng)的吸入量和內(nèi)部熱量的逸散，防止?fàn)t內(nèi)熱效率的降低，對(duì)產(chǎn)品造成不良影響。

2.3 及時(shí)檢查及維修加熱爐

2.3.1 清理和更換燃燒器部件

逐個(gè)拆解燒嘴，清理內(nèi)部積碳，消除阻塞;更換不合格的點(diǎn)火電極;修復(fù)燃燒棒前端脫落的風(fēng)翅和燃燒口，對(duì)無(wú)法修復(fù)的進(jìn)行更換。改善燃燒器燃燒狀況，有利于保持火焰燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度均勻，避免火焰偏燒或舔管。

2.3.2 修復(fù)爐膛內(nèi)襯

在生產(chǎn)停工期間對(duì)爐膛內(nèi)襯進(jìn)行檢修，將內(nèi)壁因火焰調(diào)整不當(dāng)造成燒透和開裂的地方進(jìn)行焊接修補(bǔ)，消除影響加熱爐溫度場(chǎng)均勻性的缺陷。

2.3.3 修復(fù)矯正導(dǎo)流板和噴氣口

修復(fù)導(dǎo)流槽和噴流口，將移位的導(dǎo)流箱體歸位，矯正變形的導(dǎo)流板和噴流口，從而使循環(huán)的熱風(fēng)經(jīng)過(guò)導(dǎo)流箱體噴射后不會(huì)使鑄錠周圍溫度場(chǎng)產(chǎn)生偏差，保證其均勻性。

2.3.4 更換老舊熱電偶和儀表并選擇合適量程

及時(shí)更換不合格的熱電偶和老化控制顯示儀表，保證測(cè)量顯示的準(zhǔn)確性，避免因儀表器件誤差造成損失。除此以外，溫度測(cè)量的準(zhǔn)確與否，不僅與選用的測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)有關(guān)，而且還與測(cè)量?jī)x表量程范圍有關(guān)。相同準(zhǔn)確度等級(jí)，量程不同的測(cè)溫儀表，它們可能產(chǎn)生的絕對(duì)誤差是不同的。因此，在選用儀表量程時(shí)，同樣準(zhǔn)確度等級(jí)的儀表應(yīng)盡量選用測(cè)量上限與被測(cè)溫度相近的儀表，也就是說(shuō)，在選用儀表時(shí)，盡量使它們工作在測(cè)量上限附近。

2.4 增加必要控制手段，改進(jìn)控制技術(shù)

正確設(shè)計(jì)與選擇加熱爐的控溫系統(tǒng)，是保證對(duì)加熱爐控溫準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。在控溫系統(tǒng)中，因控制對(duì)象的特性和要求不同，控溫方式、測(cè)溫元件、測(cè)溫儀表等條件也不同。

2.4.1 改進(jìn)燃燒控制系統(tǒng)

將爐壓傳感器接入燃燒控制系統(tǒng)，參與加熱爐整個(gè)加熱工藝的控制過(guò)程，與控制爐氣和料溫的熱電偶相輔相成，對(duì)加熱爐的溫度控制更加精準(zhǔn)，讓爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)的均勻性更好。

2.4.2 改進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)

外接熱電偶進(jìn)行監(jiān)控，保證爐膛內(nèi)每個(gè)分區(qū)的溫度均勻性和鑄錠溫度達(dá)到預(yù)期，給溫度控制提供了1個(gè)可以進(jìn)行對(duì)比和參與控制的手段。

2.5 優(yōu)化控制參數(shù)

2.5.1 優(yōu)化加熱工藝控制參數(shù)

改進(jìn)加熱燃燒控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)值，保證排煙溫度、爐膛溫度、煙氣氧含量在可控范圍之內(nèi)，達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品所要的期望值，保證最終產(chǎn)品的性能合格。

2.5.2 提高氣源純凈度

調(diào)節(jié)天然氣進(jìn)端壓力，清理氣源管路及各部分的閥件，增加燃?xì)膺^(guò)濾器和空氣過(guò)濾器，提高氣源的純凈度，保證燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

2.5.3 調(diào)?？杖急?/p>

使用專業(yè)工具儀表調(diào)校燃?xì)夂涂諝獾幕旌媳壤?，以達(dá)到最佳燃燒效果。

2.6 加強(qiáng)人員操作培訓(xùn)

為了確保爐溫的均勻性，對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)。采取手動(dòng)控制方式進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，即在?zhí)行工藝時(shí)以鑄錠溫控為準(zhǔn)，每位操作員要根據(jù)各區(qū)溫度上升特點(diǎn)，與外接熱電偶進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)對(duì)加熱爐進(jìn)行手動(dòng)控制以滿足工藝要求，確保鑄錠溫度不超溫。

3 改進(jìn)效果及結(jié)論

通過(guò)減少加熱爐熱損失，合理優(yōu)化控制排煙溫度、爐膛溫度、煙氣含氧量，做好爐體密封、燃燒器的操作與維護(hù)等措施來(lái)提高加熱爐熱效率，使各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)趨向良好。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、分析，改善后的加熱爐爐溫整體均勻性比較穩(wěn)定，目標(biāo)鑄錠在加熱、均熱過(guò)程中，物料溫度可控制在±5℃范圍之內(nèi)，已具備對(duì)中高端鋁產(chǎn)品進(jìn)行加工的條件，能夠達(dá)到產(chǎn)品所需的性能指標(biāo)，有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了資源利用率，降低了生產(chǎn)成本。

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