蘇文生，宋曉峰，王世剛

（中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八研究所，湖南長(zhǎng)沙410083）

隨著材料性能的提升，燒結(jié)行業(yè)的工藝技術(shù)要求越來(lái)越嚴(yán)格，燒成設(shè)備內(nèi)部溫度均勻性已成為衡量燒結(jié)設(shè)備性能好壞的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。在眾多燒結(jié)設(shè)備中，電加熱式輥道爐具有熱效率高、升溫快、溫度均勻穩(wěn)定等特點(diǎn)，并可根據(jù)不同的要求實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的均勻加熱、快速燒成、模塊化，有利于燒成的自動(dòng)化；同時(shí)電加熱式輥道爐采用輕質(zhì)保溫材料，能耗少有利于工業(yè)節(jié)能[1]。相比其他燒結(jié)設(shè)備，電加熱式輥道爐優(yōu)勢(shì)明顯。在我國(guó)環(huán)保要求日益提高的前提下，電加熱式輥道爐應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

電熱式輥道爐通常按一定的長(zhǎng)度分為若干節(jié)制造，節(jié)與節(jié)之間通過(guò)法蘭連接，在客戶現(xiàn)場(chǎng)再進(jìn)行拼裝，爐腔內(nèi)沿爐體長(zhǎng)度方向在輥棒上、下布置橫向放置加熱棒的方式進(jìn)行加熱，底部和側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)氣孔[2]。電熱式輥道爐多節(jié)組合結(jié)構(gòu)使得節(jié)與節(jié)連接部位附近因結(jié)構(gòu)限制無(wú)法布置加熱元件，引起此處溫度偏低；且由于輥道爐正常工作時(shí)輥道上物料的阻擋，底部進(jìn)入爐體內(nèi)的氣流大部分從側(cè)壁和物料的間距通過(guò)流到爐內(nèi)上部空間，造成靠近爐腔壁面的氣流流速大，爐腔中間區(qū)域流速小的現(xiàn)象，同時(shí)由于壁面散熱的原因，使得爐腔內(nèi)整體溫度分布呈現(xiàn)中間溫度高，周邊溫度低；此外由于爐腔內(nèi)溫度主要通過(guò)調(diào)控加熱棒溫度來(lái)調(diào)節(jié)，每根加熱棒所控制的區(qū)域大，不能對(duì)某一小范圍區(qū)域進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，且相鄰加熱棒所控制的溫度范圍之間相互影響，這就造成對(duì)單根加熱棒調(diào)整時(shí)會(huì)對(duì)其他區(qū)域造成較大的溫度波動(dòng)，使實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控比較困難。

針對(duì)現(xiàn)有電熱式輥道爐溫度不均的問(wèn)題，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能夠提高爐腔內(nèi)部整體溫度均勻性的新型加熱裝置，該裝置配置有溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)局部空間進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部空間溫度的自主調(diào)控，使電熱式輥道爐結(jié)構(gòu)達(dá)到日益嚴(yán)苛的燒結(jié)工藝要求。

1 新型加熱裝置

新型加熱裝置主要由主加熱裝置和輔助加熱裝置組成。主加熱裝置采用加熱棒作為加熱元件，作為輥道爐的主要加熱元件；輔助加熱裝置采用電熱絲作為加熱元件，位于上、下加熱元件之間的爐腔內(nèi)側(cè)壁上，作為為輔助加熱元件，主要用來(lái)調(diào)控局部區(qū)域溫度，達(dá)到提高爐內(nèi)溫度均勻性的目的。新型加熱裝置原理示意圖如圖1所示，安裝示意圖如圖2所示。

圖1 新型加熱裝置原理示意圖

圖2 新型加熱裝置安裝示意圖

如圖1、圖2 所示，主加熱裝置由上下兩層加熱棒組成，分別布置在爐腔內(nèi)部輥道的上方和下方，在爐體長(zhǎng)度方向上每層加熱棒在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)均勻布置，加熱棒數(shù)量由加熱所需功率及單根加熱棒加熱功率計(jì)算得出。加熱棒兩端延伸至爐體外用于連接電源，加熱棒和爐壁的間隙采用隔熱棉密封，最外端覆蓋密封端管，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。上層加熱棒與傳動(dòng)輥棒間垂直距離應(yīng)大于燒結(jié)物料堆積高度，保證物料正常輸送。

圖3 電熱絲安裝示意圖

輔助加熱裝置由左右兩側(cè)加熱絲、支撐件及溫度控制系統(tǒng)組成，單側(cè)加熱絲由若干行和若干列加熱絲組合而成，加熱絲均勻布置或呈在高度方向上靠近輥道位置、在長(zhǎng)度方向上靠近爐體連接處加密布置，每根加熱絲兩端經(jīng)爐壁伸到爐體外面連接電源，各個(gè)加熱絲之間采用并聯(lián)的方式連接，在爐體寬度方向加熱絲伸入爐腔內(nèi)的長(zhǎng)度不能超過(guò)物料通過(guò)邊界，以免和燒結(jié)物料干涉，在側(cè)壁上加熱絲布置應(yīng)避開(kāi)側(cè)進(jìn)氣口，以免阻擋進(jìn)氣。加熱絲安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩部分，一部分從爐腔內(nèi)壁伸到爐體外部與外接電源相連，和爐壁的間隙采用隔熱棉密封，最外端覆蓋密封端管；另一部分為爐內(nèi)發(fā)熱段，兩部分采用快插結(jié)構(gòu)連接，一方面提高了安裝效率和維修方便性，另一方面由于加熱絲外接電源部分安裝位置溫度較低，其材質(zhì)可選用相對(duì)便宜的材料，有利于降低制造成本。

2 溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)

盡管主加熱裝置和輔助加熱裝置能減少消除電加熱式輥道爐內(nèi)局部低溫空間的出現(xiàn)，但是電加熱式輥道爐爐內(nèi)溫度調(diào)控能力仍不高，爐內(nèi)局部空間無(wú)法自主進(jìn)行溫度補(bǔ)償。針對(duì)該問(wèn)題，提出溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)，將輔助加熱元件分成多組，對(duì)每組加熱元件進(jìn)行單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部空間溫度的調(diào)控，并根據(jù)所處位置的溫度與設(shè)定溫度的偏差實(shí)現(xiàn)自主調(diào)控。

溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成。傳感器包括位于每節(jié)爐體中間區(qū)域的溫度傳感器（中心溫度傳感器）和電熱絲上的溫度傳感器（側(cè)壁溫度傳感器）組成，每根電熱絲上各有一個(gè)溫度傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單根電熱絲的獨(dú)立控制，提高了局部溫度控制的精度；控制器通過(guò)接受到的溫度數(shù)據(jù)，確定爐體內(nèi)部中間位置和近壁位置的溫度差以及與設(shè)定溫度的溫度差，并根據(jù)溫差的大小通過(guò)特殊的自適應(yīng)式PID算法，調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)到調(diào)功器器，調(diào)功器調(diào)節(jié)加熱棒及加熱絲兩端的加熱功率，使?fàn)t內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度并保證爐內(nèi)溫度均勻性，其流程圖如圖4所示。

圖4 溫度自適應(yīng)調(diào)控單元的原理示意圖

3 結(jié) 論

在對(duì)電加熱式輥道爐改造過(guò)程中將加熱裝置改造為主加熱裝置和輔助加熱裝置兩種裝置的組合，并增加了溫度自適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)。它不僅消除了原電加熱式輥道爐溫度分布不均不穩(wěn)定問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)了局部溫度自主調(diào)控，增加了設(shè)備自動(dòng)化程度，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝條件，提升產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。