工業燃氣熱處理爐的可變容控制及供電模式探討

陳 瑜

（杭州華順爐業有限公司，杭州310000）

我國工業生產力水平的不斷發展，使得我國工業產品在國際大型項目上的應用率大幅上升。大型化產品需要大型化的設備進行輔助生產，工業燃氣熱處理爐正是生產基礎機械中必不可少的一種設備。生產企業為了滿足某些特殊的大型產品的生產需要而投入的熱處理爐，如果單純為大型產品配備利用率過低，用于常規產品熱處理時又顯得空間過大、過于浪費能耗，可變容積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格的需要。如何在現代化工業生產中實現便捷、自動的可變容顯得尤為關鍵。

1 可變容燃氣熱處理爐原始實現方式

要提高大型燃氣熱處理爐的利用率，就需要不分產品規格，只要能進入爐體有效加熱區范圍內的產品都進行處理。對于小型產品來說，這樣處理空間利用率低，大部分熱量用于產品外的空間加熱，導致噸耗能率提高，成本增加，不利于產品競爭。因此，采用中間加設隔斷墻的處理模式。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。這種做法的優點：造價相對較低，不存在額外的電氣控制，現有的大型爐子需要增加變容功能時無需更改太多就能實現。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，導致尺寸相對比較固定，機動性不大。（3）隔斷墻安裝后與兩側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，以確保加熱區內的密封性，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 采用新方式實現可變容控制

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加熱爐的可變容要求。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構伸出，與爐墻側面產生壓緊的力，從而實現加熱區內的有效密封狀態；通過停車位置不同形成不同容積的爐體，以此實現熱處理爐的變容功能。在這種模式下，電氣控制與常規熱處理爐的不同之處主要體現在后爐墻移動后與爐墻之間的密封結構的控制部分，采用小型可編程控制器與電動推桿的組合以實現有效、安全、操作簡單的密封要求。

3 可變容控制熱處理爐供電模式

所有電氣控制得以實現，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：對工作環境有一定的要求，考慮到雨天不適合在室外作業，而實際生產中往往存在爐車軌道需要鋪設到廠房以外的區域；也不適合在粉塵較多的環境下使用，粉塵過多會影響導電性，實際應用中例如鑄造類的生產企業工況相對惡劣，粉塵無法避免。50t以上載重量需要鋪設三軌，軌道鋪設需要絕緣。

自動式卷纜盤的好處有以下幾點：工廠相對作業人員較多，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區域；減少電纜因為隨地拖拉造成的磨損耗率，降低了產品的生產成本，據有效數據對比，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，后爐墻的控制主要是針對后爐墻的密封系統。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，只需要按一個“壓緊”按鈕，就能實現有效密封，降低人工勞動量。

由于需要變容的熱處理爐尺寸一般都較大，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，機械結構的承受性能降低，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一塊密封塊，剩下三條直邊各設一個密封塊。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維護。

在各個密封塊的動作控制中，需要理清機械結構的動作順序，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，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，先實現三條直邊對應推桿的放松動作，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的作用。有些電動推桿是自帶正反限位的，不過使用中調節相對麻煩，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。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系，來實現整個后爐墻密封系統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，如果兩個角相應推桿上的壓緊限位全部到位，則認為角已經到位，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，更多的要求需要結合各熱處理爐使用方的要求進行調整。

3 結語

本文所提出的后爐墻隨車行走的變容方式在筆者工作中已經得到多次運用，并接受了實際生產和環境的考驗，比人工方式更為有效地實現燃氣熱處理爐的變容要求。當然科技不斷進步，在工業4.0的背景下，我們要將工業設備的智能化程度做到更高，更為高效、節能、便捷的方式需要進一步探索和實現。