CN112556425A - 热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统，包括电阻炉炉体、可移动台车及控制系统，所述电阻炉炉体包括外壳部、炉膛保温部及炉门，所述炉膛保温部包括全纤维板块炉衬、承重炉底及加热元件，锚固件布置在炉膛保温部的内部，所述全纤维板块炉衬吊挂在锚固件上；所述全纤维板块炉衬从内到外依次包括折叠块结构、背衬纤维毯、炉壳钢板，所述折叠块结构的布置方式具体为耐火纤维模块与补偿纤维毯交错布置；一种热处理用中温箱式电阻炉，结构热震稳定性好，耐急冷急热，使用寿命比砖体炉长，且炉体维修十分方便；温度控制系统采用数字化PID控制算法控制温度跟随设定曲线，有效减小了电阻炉时滞。

Description

热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统

技术领域

本发明公开涉及热处理生产技术领域，尤其涉及热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统。

背景技术

电阻炉是热处理工艺过程中的重要加热设备，其控温性能是工业生产高效运行和产品质量保证的关键电阻炉温度对象具有大惯性、非线性、升温过程单向性和容量滞后等特点，系统难以取得良好的控制效果，并最终影响工件的质量与一次成品率；

旧电阻炉耐火砖组合结构等因素导致工作时加热升温速度慢，炉内温差大，热损失偏多，该设备正常工作时炉外壳温度高于该种设备对应参数标准10摄氏度以上，所以工作时间相应偏长，导致加热过程中有时出现工件氧化脱碳现象。原有炉衬组合材料导热系数偏大且热容量大，因此耗电量大，热损耗大。同时耐火砖热稳定性低，绝热性差。

因此，提供一种热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明公开提供了一种热处理用中温箱式电阻炉及其温度控制系统，以实现电阻炉良好的保温及控温效果。

本发明提供的技术方案，具体为，热处理用台车式电阻炉，包括电阻炉炉体、可移动台车及控制系统，所述电阻炉炉体包括外壳部、炉膛保温部及炉门，所述炉膛保温部包括全纤维板块炉衬、承重炉底及加热元件，锚固件布置在炉膛保温部的内部，所述全纤维板块炉衬吊挂在锚固件上；所述全纤维板块炉衬从内到外依次包括折叠块结构、背衬纤维毯、炉壳钢板，所述折叠块结构的布置方式具体为耐火纤维模块与补偿纤维毯交错布置；所述承重炉底为复合型衬体，由重质粘土耐火砖、轻质耐火砖、保温砖制成，复合型衬体内部设有膨胀缝；所述加热元件安装在炉膛保温部的两侧、炉膛保温部的后面及台车，共五个面上。

所述耐火纤维模块由打包机将高纯硅酸铝纤维棉进行打包得到，耐火纤维模块的厚度为320mm，高纯硅酸铝纤维棉的压缩容量≥230Kg/m³。

进一步改进，所述加热元件采用Ocr27A17MO2波形结构电阻带结构，所述炉膛保温部上设有陶瓷钉，加热元件吊挂在陶瓷钉上形成波形结构。

进一步改进，所述炉门采用厚度为12mm的钢板。

进一步改进，所述外壳部为框架结构，由槽钢和钢板组成。

本发明还提供了一种热处理用台车式电阻炉的温度控制系统，包括主加热功率回路和温度控制回路；所述主加热功率回路采用可控硅调压模块来控制电阻炉加热电流，每个加热区安装带有开关的电流电压表；所述温度控制回路采用设置在电阻炉中的热电偶采集炉内温度，热电偶将信号输入给PID三相调功模块，PID三相调功模块将控制信号输出作用于调功器改变电压输出，改变电压输出的信号作用于电热元件，电热元件改变功率，从而改变电阻炉内的温度。

进一步改进，所述温度控制回路具体为：选择K型热电偶测取温度信号，经变送器转换为标准电信号后反馈给PLC，设定温度SP与实际温度测量值做差值运算后得到偏差信号e，PID控制算法以偏差e为输入，运算后输出控制信号u并转换为代表可控硅导通角α的标准电信号送给调压模块，通过移相触发方式调节电阻丝加热功率，实现对电阻炉温度的控制。

本发明提供的一种热处理用中温箱式电阻炉，结构热震稳定性好，耐急冷急热，使用寿命比砖体炉长，且炉体维修十分方便；一种热处理用台车式电阻炉的温度控制系统采用数字化PID控制算法控制温度跟随设定曲线，有效减小了电阻炉时滞、大惯性与非线性等因素对于系统控温产生的不利影响。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开实施例提供的热处理用台车式电阻炉中折叠块的布置结构示意图；

图2为本发明公开实施例提供的热处理用中温箱式电阻炉的温度控制信号传输结构示意图；

图3为本发明公开实施例提供的热处理用中温箱式电阻炉的温度控制系统结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统的例子。

现有技术中，原有设备是采用耐火砖与普通耐热毛毡结合使用作为炉衬保温材料，同时组装方式复杂，使用周期短，维护频率大，且保温效果一般，相应热利用效率不高，具体缺陷表现为电阻炉工作时升温时间长、耗电多、电能利用率低、炉温均匀性差等缺点，对热处理工件质量有较大影响。

热处理用台车式电阻炉，包括电阻炉炉体、可移动台车及控制系统，电阻炉炉体包括外壳部、炉膛保温部及炉门，炉膛保温部包括全纤维板块炉衬、承重炉底及加热元件，锚固件布置在炉膛保温部的内部，所述全纤维板块炉衬吊挂在锚固件上；所述全纤维板块炉衬从内到外依次包括折叠块结构、背衬纤维毯1、炉壳钢板2，折叠块结构的布置方式具体为耐火纤维模块3与补偿纤维毯4交错布置；所述承重炉底为复合型衬体，由重质粘土耐火砖、轻质耐火砖、保温砖制成，复合型衬体内部设有膨胀缝；所述加热元件安装在炉膛保温部的两侧、炉膛保温部的后面及台车，共五个面上。

耐火纤维模块由打包机将高纯硅酸铝纤维棉进行打包得到，耐火纤维模块的厚度为320mm，高纯硅酸铝纤维棉的压缩容量≥230Kg/m³。

本实施方案中按炉膛尺寸将高纯硅酸铝纤维棉压缩成纤维折叠大板块，用打包机进行打包，进行打包后的折叠块具有不变形，不易松动，平整度好，在炉膛制作时纤维模块的排列方式采用“兵列式”－沿模块压缩尺寸顺向排列，在炉膛两侧和顶部结合部位，为防止该部位出现贯通缝，两侧之间及两侧与顶之间的连结处采用纤维模块与背衬纤维毯错缝连结方式，每块纤维块在向不同方向膨胀，使折叠块之间互挤成无间隙的整体，达到完好的蓄热效果；

高纯硅酸铝纤维棉具有优良的隔热保温性能，能够承受1260℃以内的温度，本实施方案采用将其制备成全纤维大板块的结构形式，并将其吊挂在钢骨架上，钢骨架由型钢、钢板等焊接而成，轻巧并可靠。钢骨架可以为Y型，V型焊钉锚固件；

采用高标全纤维大板块结构的炉衬，因此其钢结构较传统的耐火砖炉子大为轻巧。全纤维耐火结构热震稳定性好，耐急冷急热，使用寿命比砖体炉长，同时该材料耐高温性能强，热收缩性小，是一般耐火纤维棉达不到的。炉体维修十分方便，若因机械碰撞而损坏，只要进行局部的修补即可使用。炉衬还具有安装维修简便，无须烘炉等特点。

承重炉底为复合型衬体，由重质粘土耐火砖、轻质耐火砖、保温砖制成，复合型衬体内部设有膨胀缝；所述加热元件安装在炉膛保温部的两侧、炉膛保温部的后面及台车，共五个面上。本实施方案易碰撞部位和承重部位采用重质粘土耐火砖砌筑(砌筑时泥浆内加入高温粘结剂调和)，增强炉衬结构强度。在制作时留有膨胀缝，防止衬体在受热后膨胀将衬体损坏。承重台车表面平整，工件料架可在台车面上沿长度方向任意摆放，重力直接承重在台车面重质耐火砖上，确保其使用寿命。

加热元件采用Ocr27A17MO2波形结构电阻带结构，炉膛保温部上设有陶瓷钉，加热元件吊挂在陶瓷钉上形成波形结构。加热元件用挂帮结构代替旧炉的搁砖，辐射效率高，强化了炉内热交换，提高了炉子热效率，并延长了电热元件的使用寿命。加热元件接线棒间采用绝缘瓷管连接，从而保证了加热元件的正常使用，同时安装、维修也非常方便，使用寿命较长。

炉门采用厚度为12mm的钢板，该炉门具有结构简单轻便，密封效果好等特点。外观平直、美观、没有皱褶或凹凸不平现象。炉门采用行程双保险限位机构。

进一步改进，所述外壳部为框架结构，由槽钢和钢板组成。

具体地，本实施方案中炉体外壳采用槽钢和钢板焊接成框架结构。台车均采用槽钢和钢板焊接成形；加热元件采用高电阻合金，Ocr27A17MO2电阻带布置在炉侧，采用同材质电阻带布置在台车上。炉衬采用具有优良隔热保温性能的高纯硅酸铝纤维棉，全纤维大板块炉衬吊挂在钢骨架上，钢骨架由型钢、钢板等焊接而成，轻巧并可靠。本炉因采用高标全纤维大板块结构的炉衬，因此其钢结构较传统的耐火砖炉子大为轻巧。全纤维耐火结构热震稳定性好，耐急冷急热，使用寿命比砖体炉长，同时该材料耐高温性能强，热收缩性小。

本实施方案的电阻炉控制采用控制柜附设仪表控制，采用先进电器元件，智能连锁控制，安全可靠。

如图2所示，本实施方案还提供了一种热处理用台车式电阻炉的温度控制系统，包括主加热功率回路和温度控制回路；主加热功率回路采用可控硅调压模块来控制电阻炉加热电流，每个加热区安装带有开关的电流电压表；温度控制回路采用设置在电阻炉中的热电偶采集炉内温度，热电偶将信号输入给PID三相调功模块，PID三相调功模块将控制信号输出作用于调功器改变电压输出，改变电压输出的信号作用于电热元件，电热元件改变功率，从而改变电阻炉内的温度。即主加热回路采用KS双向晶闸管，统称可控硅控制，仪表本身带有运行开关，通过每区的电流电压表可直接检测每区每相电流的运行情况，十分有利于故障检测和维修。记录为二通道液晶无纸仪记录，液晶无纸记录仪表面清晰，图标一目了然，可采用数字显示、曲线显示、棒图显示等。

如图3所示，温度控制回路具体为：选择K型热电偶测取温度信号，经变送器转换为标准电信号后反馈给PLC，设定温度SP与实际温度测量值做差值运算后得到偏差信号e，PID控制算法以偏差e为输入，运算后输出控制信号u并转换为代表可控硅导通角α的标准电信号送给调压模块，通过移相触发方式调节电阻丝加热功率，实现对电阻炉温度的控制。

PID控制算法具体为：

PID控制算法采用基于偏差的控制方式，对于未知的对象模型，通过偏差的大小与变化趋势，即可实现对被控对象进行定值或随动控制；

PID控制器的输入可表示为:

e(t)＝R(t)－T(t)，(1)

离散域算式为:

e(k)＝R(k)－T(k)，(2)

PID控制器输入输出关系为:

K_p为比例度，T_i为积分时间，T_d为微分时间，e(t)为偏差，u(t)为PID输出；

表1分段升温曲线下系统控温精度

从表1可以看出，在按照设定升温曲线对工件进行热处理的过程中，系统取得的综合性能指标如下:最大升温速率≤0.2℃/s、超调σ％≤8％、稳态精度Ess≤±1.5℃，对于不同温区系统均达到并超过了控制要求；测试结果表明，系统具有良好的控温性能，能够快速、精确地跟踪设定值。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.热处理用台车式电阻炉，其特征在于，包括电阻炉炉体、可移动台车及控制系统，所述电阻炉炉体包括外壳部、炉膛保温部及炉门，所述炉膛保温部包括全纤维板块炉衬、承重炉底及加热元件，锚固件布置在炉膛保温部的内部，所述全纤维板块炉衬吊挂在锚固件上；所述全纤维板块炉衬从内到外依次包括折叠块结构、背衬纤维毯、炉壳钢板，所述折叠块结构的布置方式具体为耐火纤维模块与补偿纤维毯交错布置；所述承重炉底为复合型衬体，由重质粘土耐火砖、轻质耐火砖、保温砖制成，复合型衬体内部设有膨胀缝；所述加热元件安装在炉膛保温部的两侧、炉膛保温部的后面及台车，共五个面上。

2.根据权利要求1所述的热处理用台车式电阻炉，其特征在于，所述耐火纤维模块由打包机将高纯硅酸铝纤维棉进行打包得到，耐火纤维模块的厚度为320mm，高纯硅酸铝纤维棉的压缩容量≥230Kg/m³。

3.根据权利要求1所述的热处理用台车式电阻炉，其特征在于，所述加热元件采用Ocr27A17MO2波形结构电阻带结构，所述炉膛保温部上设有陶瓷钉，加热元件吊挂在陶瓷钉上形成波形结构。

4.根据权利要求1所述的热处理用台车式电阻炉，其特征在于，所述炉门采用厚度为12mm的钢板。

5.根据权利要求1所述的热处理用台车式电阻炉，其特征在于，所述外壳部为框架结构，由槽钢和钢板组成。

6.热处理用台车式电阻炉的温度控制系统，其特征在于，包括主加热功率回路和温度控制回路；所述主加热功率回路采用可控硅调压模块来控制电阻炉加热电流，每个加热区安装带有开关的电流电压表；所述温度控制回路采用设置在电阻炉中的热电偶采集炉内温度，热电偶将信号输入给PID三相调功模块，PID三相调功模块将控制信号输出作用于调功器改变电压输出，改变电压输出的信号作用于电热元件，电热元件改变功率，从而改变电阻炉内的温度。

7.根据权利要求6所述的热处理用台车式电阻炉的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制回路具体为：

选择K型热电偶测取温度信号，经变送器转换为标准电信号后反馈给PLC，设定温度SP与实际温度测量值做差值运算后得到偏差信号e，PID控制算法以偏差e为输入，运算后输出控制信号u并转换为代表可控硅导通角α的标准电信号送给调压模块，通过移相触发方式调节电阻丝加热功率，实现对电阻炉温度的控制。

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