CN115198082B - 一种能提高加热效果的金属加热炉 - Google Patents

Abstract

一种能提高加热效果的金属加热炉，包括天然气加热炉本体、电源模块、手动阀门、温度传感器、PLC、水箱、底板、电磁阀门；还具有振晃动机构、控制电路；振晃动机构包括电动液压油泵、液压油缸和振动电机、料框，电动液压油泵、液压油缸和振动电机、料框、手动阀门、温度传感器、电磁阀门、底板和天然气加热炉本体安装在一起，电源模块、PLC、控制电路安装在元件盒内并电性连接。本发明能保持炉膛内处于合适温度，防止金属棒材过加热基础上还能实现相对节能目的；实现了能源的有效利用，且节省了生产成本；天然气燃烧后产生的热量能有效作用于若干加热的金属棒材，能达到更好的均匀加热效果，不但提高了加热效率，且能提高工作效率。

Description

一种能提高加热效果的金属加热炉

技术领域

本发明涉及金属加热炉设备技术领域，特别是一种能提高加热效果的金属加热炉。

背景技术

在一些金属工具加工工厂，会使用天燃气加热炉、加热炉内的金属，金属材料加热后通过轧钢设备等对加热后钢材进行轧制成型，为后续产品生产提供坯料；比如说钢锉生产厂家就会采用天然气加热炉加热高碳钢棒材，棒材加热到一定温度后，工作人员将加热后钢材用轧钢机将棒材加工成板型或者三角形(胚料)等，后续将加工冷却后的材料按一定长度截断，再通过加工钢锉手柄、酸洗、热处理、造齿、淬火等等工序制得钢锉成品。现有的金属工具加工使用的天然气加热炉一般结构包括加热炉本体和天然气管等，加热炉本体的前后端分别具有多个加料口和出料口(右侧端为挡焰维护口)，在加热炉本体的上端中部具有烟道，天然气管分布在加热炉本体的后端上部外，加热炉本体内上端具有多个和天然气管相连的燃烧喷嘴，工作时，工作人员通过人为或工具的方式将需要加工的金属棒材经后端的加料口加入加热炉本体内(比如用加料铲经多个加料口为炉膛内加入金属棒材，后续轧钢时工作人员用金属顶杆从加料口把加热后金属棒材从出料口顶出，其他工作人员将金属棒材放入轧钢机进行热轧成型)，打开天然气阀门后，天然气从多个喷嘴下端喷出点燃后就会对加热炉本体内的金属棒材进行加热(天然气管侧端并联有鼓风机，鼓风机对进入炉内的天然气提供充足的燃烧空气，提高了天然气的燃烧效果及燃烧温度)。金属棒材加热到一定程度后，工作人员人为或工具通过金属夹将加热后棒材从上至下从出料口夹出，进而用工具将加热后棒材送入轧钢机的进料口，轧钢机将棒材加工成需要的金属工具(比如钢锉)胚料。

虽然现有的金属工具加工使用的小型天然气加热炉能一定程度上满足金属棒材的加热需要，但是受到结构限制，还是存在一些具体的技术问题，具体体现如下。其一：天然气加热炉本体加热金属棒材后、其产生的具有较多热量的废气是直接排出，由于废气中热量未得到有效利用，因此会造成能源浪费；其二：在棒材加工中，需要工作人员随时人为调节天然气加热炉本体内的温度(受到输入的天然气量波动，以及加工后金属棒材的减少，炉内温度有可能会变得很高)，防止加热温度过高造成金属棒材部分融化或者严重氧化等，对后续轧钢机加工金属坯料的质量带来不利影响。其三：加工中，由于若干量金属棒材是重叠于炉内，实际上、上层受到的热量会远大于下层的棒材温度，因此会造成上下层的金属棒材受热不均，对加热工作及后续的轧钢工作带来不利影响(目前，都是上层的金属棒材加工完，间隔一定时间下层金属棒材被加热后才能进入轧钢等程序，因此会造成轧钢效率相对低下)。综上所述，现有的金属坯料工具加工使用的小型天然气加热炉，还存在很大的改进余地。

发明内容

为了克服现有金属工具坯料加工使用的小型天然气加热炉，因结构所限存在如背景所述弊端，本发明提供了在相关机构及电路共同作用下，能有效利用废气中热量、实现节能目的，不需要工作人员人为调节炉内温度，能实时保证炉内温度处于合适的状态下，防止过加热炉内材料，保证了后续轧钢工序轧制的坯料质量，且还能在加热中使所有棒材处于晃动及振动模式、得到更好的加热效果，由此提高了金属棒材加热效率的一种能提高加热效果的金属加热炉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能提高加热效果的金属加热炉，包括天然气加热炉本体、电源模块、手动阀门、温度传感器、PLC、水箱、底板、电磁阀门；其特征在于还具有振晃动机构、控制电路；所述温度传感器安装在加热炉本体的炉膛外侧、且其感温头位于炉膛内，加热炉本体的一侧端上部是开放是结构，水箱下端安装在加热炉本体的一侧端上，水箱设置有烟道并安装有进水管和出水管、水位开关；所述加热炉本体的天然气管进气端和手动阀门一端、电磁阀门一端并联连接，电磁阀门另一端、手动阀门另一端天然气供气管连接；所述振晃动机构包括电动液压油泵、液压油缸和振动电机、料框，加热炉本体的下端多根支撑柱分别安装在底板上，炉膛下端具有多个通孔，多套液压油缸下端及振动电机、电动液压油泵分别安装在底板上，料框的下端四周分别安装有多只连动杆，料框位于炉膛内且多只连动杆分别经由多个通孔向炉膛下端外引出，多套液压油缸的上端和多只连动杆下端分别铰接安装在一起；所述电源模块、PLC、控制电路安装在元件盒内；所述温度传感器的信号输出端和控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和电磁阀门的电源输入端电性连接，PLC的多路电源输出端和多套液压油缸筒体的多只电磁阀电源输入端分别电性连接。

进一步地，所述电磁阀门是常闭阀芯电磁阀。

进一步地，所述温度传感器是热电偶温度变送器。

进一步地，所述振动电机的转轴上安装有偏心轮。

进一步地，所述炉膛下端的通孔内径大于连动杆外径。

进一步地，所述控制电路包括电性连接的可调电阻、电阻、NPN三极管和继电器，继电器正极电源输入端和控制电源输入端连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，第一只电阻另一端和NPN三极管发射极连接。

本发明有益效果是：本发明应用中，工作人员通过人为或设备往料框内加入金属棒材原料，加热中，温度传感器能实时检测炉膛内的温度，当温度高于控制电路可调电阻设定的温度时能自动关闭电磁阀门的电源，这样进入炉膛内的天然气量会减小，继之炉膛内温度会降低，当温度低于控制电路可调电阻设定的温度时能自动打开电磁阀门的电源，进入炉膛内的天然气量会变大，继之炉膛内温度会增高，这样就能一直保持炉膛内处于合适温度，防止金属棒材过加热基础上还能实现相对节能目的。本发明中，天然气燃烧后的废气余热量能在加热水箱内的水温后再排出，相应的实现了能源的有效利用，且节省了生产成本；加热中，PLC等会控制油缸驱动料框左右不断晃动且在振动电机的振动作用力共同作用下，料框内的若干金属棒材会在晃动及振动共同作用力下发生振动及晃动，振动及晃动作用能使上下等挨在一起的金属棒材产生间隙，这样天然气燃烧后产生的热量能有效作用于若干加热的金属棒材，能达到更好的均匀加热效果，不但提高了加热效率、节省了能源，且能提高工作效率。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明整体及局部放大结构示意图。

图2是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种能提高加热效果的金属加热炉，包括具有配套天然气管1、喷嘴2、鼓风机3的天然气加热炉本体4，电源模块U1，手动阀门5，温度传感器U3，PLCU2，水箱6，底板7，电磁阀门DC；天然气加热炉本体的炉膛前侧端下部及后侧端下部由左至右分别具有多个出料口8及加料口(图中未画出)、右侧端具有挡焰维护口9(可打开对炉膛内进行清理及维修等)，天然气管1横向安装在天然气加热炉本体4的后侧端外上部，六只喷嘴2分别横向间隔一定距离纵向安装在天然气加热炉本体4的炉膛内上端，鼓风机3的出风管和天然气管1的一侧端并联的进风管经管道并联连接，六只喷嘴2的一端和天然气管1的六个出气端经管道并联连接；还具有振晃动机构、控制电路10；温度传感器U3垂直分布安装在炉膛后上端外、且其感温头位于炉膛内上端，加热炉本体4的右侧端上部是开放是结构，水箱6下端密封安装在加热炉本体4的右上端，水箱6内中部有一个贯穿水箱中部上下端的烟道61(燃烧后废气经由烟道向外排出)，水箱6上端后侧、下端前侧分别焊接有一只和水箱内互通的进水管62和出水管63，进水管62和自来水管连接，出水管63和生产区域附近的浴室等进水管连接，进水管62和自来水管63之间串联有一只浮子式水位开关(位于水箱内上端，图中未画出)；天然气管1的进气端和第一只三通管一端经管道连接，第一只三通管第二端、第一只三通管第三端和手动阀门5一端、电磁阀门DC一端经管道连接，电磁阀门DC另一端、手动阀门5另一端和第二只三通管其中两端经管道连接，第二只三通管第三端和车间内天然气供气管经管道连接；振晃动机构包括电动液压油泵(图中未画出)、油缸101和振动电机M、(功率3.5KW)“U”型料框102，天然气加热炉本体4的下端四周的支撑柱41分别安装在底板上7，天然气加热炉本体4的炉膛内下端具有四个通孔42，四套油缸101垂直分布下端筒体经螺杆螺母分别安装在底板7中部四周，料框102(前后端为开放式结构左右侧端有挡板)的下端四周分别安装有一只连动杆103，料框102位于炉膛内且四只连动杆103下端分别经由四个通孔42向炉膛下端外引出(料框下端将通孔遮挡)，四套油缸101的活塞杆上端和四只连动杆103下端分别铰接安装在一起；振动电机M经螺杆螺母安装在四只油缸之间中部的底板7上，电动液压油泵经螺杆螺母安装在底板7后端中部上。连动杆103分为两段，上下段之间经螺杆螺母安装有隔热石棉垫12，防止油缸过热对其工作造成影响。出料口8及加料口分别铰接安装有活动门，加热是关闭、需要加料及出料时才打开，达到防止热量外逸节能目的。

图1、2所示，电磁阀门DC是功率5W的常闭阀芯电磁阀。温度传感器U3是型号SBWRP2-230的铑热电偶温度变送器成品，其探测温度1600℃、工作电压直流12V，具有两根电源线1及2脚、一根信号输出线3脚，工作时前端探测头受到探测的温度高低不同，信号输出线3脚会输出0-10V之间变化的电压信号。振动电机M的转轴上安装有偏心轮。炉膛下端的通孔42内径大于连动杆103外径6cm；电源模块U1是型号220V/12V/1KW的交流220V转直流12V开关电源模块成品。控制电路包括经电路板布线连接的可调电阻RP1、电阻R1及R2、NPN三极管Q1和继电器K1，继电器K1正极电源输入端和控制电源输入端连接，可调电阻RP1一端和第一只电阻R1一端、第二只电阻R2一端连接，第二只电阻R2另一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1集电极和继电器K1负极电源输入端连接，第一只电阻R1另一端和NPN三极管Q1发射极连接。

图1、2所示，电动液压油泵的出油端和四套油缸筒体上下端外安装的电磁阀进回油管分别经液压软管并联连接，电动液压油泵、振动电机M、可调速鼓风机3的电源输入端各经一只电源开关和380V交流电源经导线连接；所述电源模块U1、PLCU2、控制电路10安装在元件盒11内电路板上，元件盒11安装在底板7右端上。电源模块U1的电源输入端1及2脚和交流220V电源两极分别经导线连接，电源模块U1的电源输出端3及4脚和控制电路的电源输入端继电器K1正极电源输入端及NPN三极管Q1发射极、温度传感器U3的电源输入端1及2脚、PLCU2的电源输入端1及2脚分别经导线连接，温度传感器U3的信号输出端3脚和控制电路的信号输入端可调电阻RP1另一端经导线连接，控制电路的电源输出端继电器K1的常开触点端及NPN三极管Q1发射极和电磁阀门DC的电源输入端经导线连接。PLCU2的八路电源输出端3、4、5、6、7、8、9、10脚及2脚和四套油缸筒体上下端外安装的八只电磁阀DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、DC7、DC8电源输入端分别经导线连接。

图1、2所示，本发明使用时，工作人员通过人为或工具的方式将需要加工的金属棒材经后端的加料口加入加热炉本体4内(比如用加料铲经多个加料口为炉膛内加入金属棒材，后续轧钢加工中，工作人员用金属顶杆从加料口把加热后金属棒材从出料口顶出)，然后打开天然气供气管的阀门(通过调节手动阀门5的阀芯大小能调节进入炉膛内的天然气量大小，进而实现调节炉膛内火焰大小的目的)，这样，天然气会经天然气管1进入六只喷嘴2内(每只具有七个喷头)，同时鼓风机3输出的空气(提供天然气燃烧时所需的空气需要)一并和天然气从喷嘴下端的喷头喷出，工作人员打开炉膛内的点火开关后，天然气被点燃进而对金属棒材进行加热；棒材加热后，其他工作人员将金属棒材放入轧钢机进行热轧成型。本发明中，天然气燃烧后具有较大热量的废气会对水箱6内水加热后、再从烟道61排出，这样有效利用了废气中的热量，相应的节省了能源，且节省了生产成本(自来水经水位开关控制进入水箱6内，工作人员打开浴室等内的水阀后就能淋浴)。

图1、2所示，220V交流电源进入电源模块U1的电源输入端，电源模块U1的3及4脚会输出稳定的直流12V电源进入温度传感器U3及PLCU2、控制电路的电源输入端。温度传感器U3得电工作后其探头会实时探测炉内的温度，温度高时其3脚输出的信号电压相对高、反之相对低，当炉膛内温度低于工作人员经可调电阻RP1设定的温度阈值时(后文介绍原理，比如低于1200℃)，温度穿传感器U3的3脚输出的电压信号经可调电阻RP1及电阻R1分压后进入NPN三极管Q1的基极电压低于0.7V、NPN三极管Q1不会导通，那么继电器K1不会得电，电磁阀DC也不会得电工作；这样，电磁阀DC失电内部阀芯打开，天然气经电磁阀DC及手动阀门5进入炉膛内的量相对大，炉膛内保持当前加热温度(通过调节手动阀门能调节好电磁阀门DC内部阀芯打开的前提下、炉膛内最高允许加热温度，一般情况下手动阀门的阀芯全开)。当炉膛内温度高于工作人员经可调电阻RP1设定的温度阈值时(比如输入的天然气量由于其他工序使用天然气量减小进入炉膛内的量突然变大，本发明由于手动阀门和电磁阀门DC都处于打开状态，因此只要天然气输入量不减少、不存在加热温度过低的问题)，温度穿传感器U3的3脚输出的电压信号经可调电阻RP1及电阻R1分压后进入NPN三极管Q1的基极电压高于0.7V、NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入继电器K1负极电源输入端，那么继电器K1会得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合，进而，电磁阀DC得电其阀芯暂时关闭，这样天然气只能经手动阀门5进入炉膛内燃烧，由于进入炉膛内的天然气量减少、炉膛内温度就会降低。当再次炉膛内温度低于设定值时，温度传感器U3输出的电压信号进入NPN三极管Q1基极再次低于0.7V，那么继电器K1再次失电，电磁阀门DC也不再得电阀芯打开，天然气又会经电磁阀门DC及手动阀门5进入炉膛内，炉膛内温度又会升高。通过上述，本发明就能一直保持炉膛内处于合适温度，防止金属棒材过加热基础上还能实现相对节能目的。

图1、2所示，本发明PLCU3得电工作后其会循环以下工作模式(直到断开总电源开关为止)，4及6脚会先输出一段时间(比如4秒钟)电源进入底板左端两套液压油缸的缸筒下部的两只电磁阀DC2、DC4的电源输入端；然后间隔1秒钟3及5脚输出一段时间(比如4秒钟)电源进入底板左端两套液压油缸的缸筒上部的两只电磁阀DC1、DC3的电源输入端；然后间隔1秒钟，8及10脚输出一段时间(比如4秒钟)电源进入底板右端两套液压油缸的缸筒下部的两只电磁阀DC6、DC8的电源输入端；然后间隔1秒钟，7及9脚输出一段时间(比如4秒钟)电源进入底板右端两套液压油缸的缸筒上部的两只电磁阀DC5、DC7的电源输入端。电磁阀DC2、DC4得电的时间内电动液压油泵输出的高压油进入底板左端两套液压油缸的缸筒内下端、缸筒内上端的液压油经由上部的电磁阀DC1、DC3的回油口回流入电动液压油泵的回油端，这样，底板左端两套液压油缸的活塞杆会上行、并经连动杆103推动料框102左端上升一定高度(20cm左右)。电磁阀DC1、DC3得电的时间内电动液压油泵输出的高压油进入底板左端两套液压油缸的缸筒内上端、缸筒内下端的液压油经由下部的电磁阀DC2、DC4的回油口回流入电动液压油泵的回油端，这样，底板左端两套液压油缸的活塞杆会下行、并经连动杆103带动料框102左端下降一定高度回到初始位置。电磁阀DC6、DC8得电的时间内电动液压油泵输出的高压油进入底板右端两套液压油缸的缸筒内下端、缸筒内上端的液压油经由上部的电磁阀DC5、DC7的回油口回流入电动液压油泵的回油端，这样，底板右端两套液压油缸的活塞杆会上行、并经连动杆103推动料框102右端上升一定高度(20cm左右)。电磁阀DC5、DC7得电的时间内电动液压油泵输出的高压油进入底板右端两套液压油缸的缸筒内上端、缸筒内下端的液压油经由下部的电磁阀DC6、DC8的回油口回流入电动液压油泵的回油端，这样，底板右端两套液压油缸的活塞杆会下行、并经连动杆103带动料框102右端下降一定高度回到初始位置。通过上述工作模式不断循环，本发明在加热中就会让料框内的金属棒材不断左右晃动，同时振动电机M得电工作后，由于偏心轮作用会对液压油缸等产生振动作用，同时振动作用于料框102内的金属棒材，料框102内的若干金属棒材会在晃动及振动共同作用力下发生振动及晃动，振动及晃动作用能使上下及左右挨在一起的若干金属棒材产生间隙，这样天然气燃烧后产生的热量能有效作用于若干加热的金属棒材之间，能达到更好的均匀加热效果，不但提高了加热效率、节省了能源且能提高工作效率。电路中，电阻R1、R2阻值分别是20K、10K；可调电阻RP1型号是400K(本实施例分别调节到84K)；NPN三极管Q1型号是9013；继电器K1是DC12V继电器。本发明中，技术人员节可调电阻RP1的不同电阻值能设定炉膛内温度阈值，可调电阻RP1的电阻值调节得相对大时其分压大(电阻R1分压小)，那么在炉膛内温度相对高、铂铑热电偶温度变送器U3的3脚输出的电压信号相对高时，NPN三极管Q1基极电压才会高于0.7V，也即是说本发明探测温度的阈值变大；可调电阻RP1的电阻值调节得相对小时其分压小(电阻R1分压大)，那么在炉膛内温度相对低、铂铑热电偶温度变送器U3的3脚输出的电压信号相对低时，NPN三极管Q1基极电压就会高于0.7V，也即是说本发明探测温度的阈值变低。

以上显示和描述了本发明的主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种能提高加热效果的金属加热炉，包括天然气加热炉本体、电源模块、手动阀门、温度传感器、PLC、水箱、底板、电磁阀门；其特征在于还具有振晃动机构、控制电路；所述温度传感器安装在加热炉本体的炉膛外侧、且其感温头位于炉膛内，加热炉本体的一侧端上部是开放是结构，水箱下端安装在加热炉本体的一侧端上，水箱设置有烟道并安装有进水管和出水管、水位开关；所述加热炉本体的天然气管进气端和手动阀门一端、电磁阀门一端并联连接，电磁阀门另一端、手动阀门另一端天然气供气管连接；所述振晃动机构包括电动液压油泵、液压油缸和振动电机、料框，加热炉本体的下端多根支撑柱分别安装在底板上，炉膛下端具有多个通孔，多套液压油缸下端及振动电机、电动液压油泵分别安装在底板上，料框的下端四周分别安装有多只连动杆，料框位于炉膛内且多只连动杆分别经由多个通孔向炉膛下端外引出，多套液压油缸的上端和多只连动杆下端分别铰接安装在一起；所述电源模块、PLC、控制电路安装在元件盒内；所述温度传感器的信号输出端和控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和电磁阀门的电源输入端电性连接，PLC的多路电源输出端和多套液压油缸筒体的多只电磁阀电源输入端分别电性连接；电磁阀门是常闭阀芯电磁阀；温度传感器是热电偶温度变送器；振动电机的转轴上安装有偏心轮；炉膛下端的通孔内径大于连动杆外径；控制电路包括电性连接的可调电阻、电阻、NPN三极管和继电器，继电器正极电源输入端和控制电源输入端连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，第一只电阻另一端和NPN三极管发射极连接。