加热炉控温技术影响因素分析及改进

加热炉控温技术影响因素分析及改进

温度是工业对象中的一个重要的被控参数。由于炉子的种类不同，使用的燃料和加热方法也不同;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制方法也不同。

目前铝加工市场的竞争非常激烈，普通产品的盈利净值已不能满足企业生存及发展的需要，而生产高端铝板材对材料的性能要求极高，特别是一些深冲、均热复合等中高端产品，其中均热工艺是影响铝产品性能的重要条件之一。为了使我厂铝产品满足中高端铝产品性能，就必须对加热炉的温度均匀性进行精准控制，以达到产品工艺要求的设定值或允许的偏离值。

该厂共配备2台加热炉，每台的进出料设备配置了受料台、链式运输机、上料机、推料机、轨道桥、取料机、翻料机、液压站及料垫转移车（横向和纵向）为2台共用，其动作过程全部采用PLC自动控制。燃烧系统烧嘴及阀件、控制元器件均采用当前知名度高的进口产品，性能安全可靠。

用于热轧轧制前预热及加热保温的立推式铝板锭加热炉设备由苏州新长光热能科技有限公司制造。单炉装载量为500 t，采用大风量强制热风循环、喷流加热。每台加热炉有5个分区，可独立进行温度控制，每区另装备4个燃烧器，采用美国天时*****集成式自身换热高速燃气烧嘴，具有热效率高、燃烧稳定和结构紧凑的优点。

加热或均热某种型号产品时，操作员可根据工艺员下发的工艺参数列表选取对应的工艺清单，并进行合理地调整优化，设定炉温炉气控制的期望值，确认无误后进行点火加热。

1 存在问题及影响因素分析

自投入使用以来，加热炉的温度控制一直不太理想。铝铸锭的加热质量直接关系到铝材产品的质量、产量、生产能耗以及机械设备寿

命，温度控制问题解决后可以提高铝的塑性，降低热加工时的抗力，减少燃料消耗和氧化损耗。衡量加热质量、保证铝铸锭均匀加热的因素主要是炉膛温度场的均匀性和燃烧炉的热效率。

1.1 炉膛温度场的均匀性

温度场的不均匀性主要是由6点原因造成的。

1.1.1 各区温升速率差异较大

有的区在执行工艺后很快就能达到期望炉气温度，而有的区却要延迟一段时间。

1.1.2 烧嘴燃烧不稳定

对于性能要求较高的产品，烧嘴频繁熄火会使加热时长超出允许值，严重影响产品的质量，造成很大损失。此原因又可具体细化为3点。1）空燃比控制不准确，燃气和空气的混合比例调节不规范。在调节时，工作人员未使用工具仪表进行操作以达到最佳空燃比，而是通过个人主观感觉，目测燃烧火焰的焰色和强度进行调节，导致炉外调节好的小火火焰重新插入燃烧室内点火时，由于空燃比不合适，火焰强度达不到要求而熄灭。2）使用的天然气纯度低。天然气内部杂质含量和含水量较大，增大了点火难度;杂质也易堵塞燃气管路上的各组阀件，使燃气发生量减少，从而改变已经调整好的空燃比，不仅损害设备，影响产品质量，而且增加了空燃比的调整次数，加大了工作人员的劳动强度。3）燃气压力低于炉组所要求的供气压力值（不低于0.1 MPa）。虽然外部入厂进端的天然气压力值为0.1 MPa，但通过管道输送至设备点产生的损失、外部燃气压力本身的不稳定以及其他设备共同使用导致负荷加大气压降低，也会导致烧嘴频繁熄火。4）燃烧器从安装使用至今，未进行过维护及必要的更换。部分燃烧器已损坏较严重，前端凤翅和燃烧口发生脱落或变形。

1.1.3 热电偶及仪表损坏老化严重

其具体表现为2点。1）测量和显示控制的热电偶损坏或超过时效，测量精度降低，显示值不正确。2）热电偶质量较差，精度、材质达不到要求，出现测量误差。

1.1.4 热空气循环不均

导流箱体的导流板和喷流口因铸锭刮碰及热胀冷缩造成变形、扭曲、移位，热空气被循环风机强制循环，而不是通过导流箱体及导流槽、喷流口喷出到铸锭上，导致炉膛内热风循环分布不均匀，温度有所偏差，加热效果不理想，延长加热时间，增加燃料消耗。

1.1.5 加热炉长久失修

炉体因长期使用未进行维护和大修检查，部分炉体和内腔密封岩棉烧损严重，再加上长期的热胀冷缩及锈蚀等因素，造成靠近烧嘴燃烧口前端的内腔炉壁透火，局部温度过高;内部轨道立柱底部、炉体热涨接缝处及炉门边框衔接处透风，温度降低较快。炉腔内均匀分布的温度场产生变化波动，极大地影响了产品性能质量，给企业造成损失。

1.1.6 炉压控制不当

设计时，工程师只是通过炉气和铸锭温度来控制加热炉整个加热工艺过程，未考虑到炉压变化对加热系统和产品性能质量的影响，所以未安装炉压表，致使加热炉加热工艺控制系统存在缺陷，炉压运行情况处于不可控状态，炉压与排烟蝶阀的关系也无法控制。炉压对于铸锭的加热质量、加热时燃料消耗的影响较大。在正常情况下，加热炉进行铸锭加热工作时应处于微正压状态，炉压过大会造成热量从炉门及墙缝中溢出，造成燃料浪费，给企业造成严重的损失;而处于负压时会吸入冷风，使鑄锭氧化烧损，降低炉内的热效率，使加热周期延长，超出工艺所允许的时间，并造成铸锭温度不均匀，产品性能改变。另外，炉压不稳定也不利于工艺的制定和执行。

1.2 燃烧炉热效率

除了以上几个因素外，加热炉的热效率也同样影响产品的性能质量、温度场分布和能源消耗。影响热效率的主要因素是排烟温度控制、炉膛温度控制和烟气氧含量控制。具体分析如下所述。

1.2.1 排烟温度控制

排烟热损失是加热炉的主要热损失之一，主要取决于排烟温度和排烟容积。排烟温度高，烟气带走的热量多，热损失就会增大，热效

率降低，燃料消耗相应增大。而造成这个现象的原因主要有3点。1）使用的天然气含水量大，燃烧不完全，使得排烟容积增大。2）天然气和空气混合比例未调整到最佳状态，使燃烧室内的空气氧含量增多，促使烟气温度增高，加大了热效率损失的强度，促使排烟温度升高。相反，空气氧含量的减少，会使燃烧不完全，可能会造成二次燃烧，增加铸锭氧化烧损的概率。3）电动排烟蝶阀关闭不严或打开不到位，使逸散的热量随着烟气外溢，增加了烟气的排烟温度。

而排烟温度过低则会造成烟道破裂，存在温差处产生凝露回流，对产品造成不可估量的损失。因此，合理地排烟温度是决定加热工艺执行是否理想的关键指标之一，也是影响产品质量性能的关键指标之一。

1.2.2 炉膛温度控制

炉膛温度是加热炉的重要工艺操作指标，也是保证加热炉长期安全运行的指标之一。该温度是指烟气离开燃烧室的温度，代表炉膛内的烟气温度。依靠安装在炉膛内的多点热电偶，测量并控制炉膛温度。操作时，主要改变燃料在炉膛内的燃烧状况、烧嘴点火分布，合理控制燃料流量、空气量和压力来保持炉膛内的合适温度，确保燃料在炉膛内的充分燃烧，并将介质加热到指定温度。

1.2.3 烟气氧含量控制

烟气氧含量的高低直接影响到加热炉的热效率及安全平稳的运行。当烟气氧含量高时，热效率降低，使得铸锭表面易被氧化，从而影响产品质量性能;当烟气氧含量低时，容易造成不完全燃烧。如果过剩空气系数太小，燃料燃烧不完全，甚至会造成二次燃烧;如果过剩空气系数太大，进入炉膛内的空气太多，导致炉膛温度下降，造成循环的热风对铸锭传导热量的效果不好，影响到产品的最终质量性能。其中影响过剩空气系数的因素主要包括燃料性质、燃烧器的操作、空气量、烟道挡板的开度和炉体密封性等。

2 技术措施改进

经过分析以上的影响因素，可以针对性地从2个方面提高加热炉