箱式工業(yè)爐在工業(yè)生產(chǎn)中比較常見，用途比較廣泛，主要用于有色金屬的淬火、正火及退火等熱處理工作，效率高、易控制和結(jié)構(gòu)簡單等特點，根據(jù)需處理產(chǎn)品的材質(zhì)不同選用不同型號與用途的工業(yè)爐。箱式工業(yè)爐的原理是根據(jù)實際爐溫與設定溫度的偏差，能夠?qū)崿F(xiàn)自動接通或斷開供給爐子的熱源能量，從而實現(xiàn)連續(xù)改變熱源能量的大小，使爐溫穩(wěn)定在設定的溫度偏差值范圍內(nèi)，以滿足熱處理工藝的需要。我單位所采用箱式工業(yè)爐產(chǎn)于20世紀70年代，長、寬、高分別為9m、3m、4m，屬于大規(guī)格箱式工業(yè)爐，主要用于有色金屬銅及銅合金管棒材的熱處理作業(yè)，年處理量達3 000t。原控制方式設計為手動控制，由于設計缺陷，熱處理控溫效果不好。在對產(chǎn)品進行熱處理時，爐內(nèi)溫度無法根據(jù)需求進行調(diào)節(jié)，熱處理效果達不到預期，該原因?qū)е潞芏喈a(chǎn)品因物理性能達不到要求而報廢，且爐子能耗居高不下，使產(chǎn)品熱處理的生產(chǎn)成本大量增加，不符合現(xiàn)代綠色環(huán)保制造的要求。經(jīng)研究論證后決定采用現(xiàn)代控制技術(shù)對該箱式爐進行數(shù)字化改造。

1. 原理與構(gòu)成

箱式工業(yè)爐主要由爐體和電控系統(tǒng)組成。爐體主要由爐殼、爐襯、爐門、活動式爐底臺車和環(huán)保型新材料加熱器組成。其中，爐襯采用具有保溫效果好的環(huán)保、熱慣性小的新型耐火磚砌制；加熱器設計為新型高傳導型電阻絲；爐底臺車采用繞線并進式控制系統(tǒng)進行控制，有效避免了鏈式傳動結(jié)構(gòu)造成的供電線路經(jīng)常損壞、接觸不好的問題。

對于數(shù)字化設計與改造后的工業(yè)爐，其電控系統(tǒng)設計為手動與自動控制兩種方式。手動控制采用按鈕與溫度控制儀表組合的方式；自動控制方式采用觸摸屏與可編程控制器等數(shù)字化裝置相結(jié)合的方式，兩種控制方式可以互換。為了解決工業(yè)爐內(nèi)部熱處理溫度不均勻的問題，數(shù)字化改造后的工業(yè)爐內(nèi)部設計增加3臺熱交換特種耐熱風機，均勻分布在爐體上部。在熱處理工作過程中，需要溫度均勻化處理時，先由數(shù)字化儀器根據(jù)實際檢測的爐內(nèi)溫度進行運算、比較后，輸出程序控制其接通與斷開，負責工業(yè)爐內(nèi)部溫度的調(diào)節(jié)，保證爐膛內(nèi)各區(qū)溫度均勻分布，從而滿足熱處理要求。為了提高熱交換特種耐熱風機的使用壽命和工作效率，三組熱交換風機均采用水冷式電動機進行驅(qū)動。手動控制方式設計為微電路控制固態(tài)繼電器，由固態(tài)繼電器控制各區(qū)主接觸器進而實現(xiàn)加熱功能。自動控制方式設計為觸摸屏與可編程控制器控制方式，由觸摸屏收集并發(fā)出控制指令，啟動可編程控制器內(nèi)部所編制專用程序，控制繼電器-接觸器系統(tǒng)實現(xiàn)箱式工業(yè)爐的熱處理功能。

爐內(nèi)熱處理區(qū)分為6個區(qū)，即1區(qū)為爐門區(qū)、2區(qū)為爐后區(qū)、3區(qū)為爐頂區(qū)、4區(qū)為爐左側(cè)區(qū)、5區(qū)為爐右側(cè)區(qū)、6區(qū)為爐底區(qū)，每個區(qū)的溫度由6組K型熱電偶進行檢測，每個區(qū)的加熱器均接為星形，每個加熱區(qū)主接觸器下端均安裝一個熱繼電器，在加熱器發(fā)生短路故障時可以有效切斷加熱系統(tǒng)。

2. 手動工作方式

在此種工作方式下，將工作方式切換開關(guān)SB14旋轉(zhuǎn)至手動方式，接觸器KM7合，通過按鈕SB1、SB2啟停1區(qū)加熱系統(tǒng)；按鈕SB3、SB4啟停2區(qū)加熱系統(tǒng)；按鈕SB5、SB6啟停3區(qū)加熱系統(tǒng)；按鈕SB7、SB8啟停4區(qū)加熱系統(tǒng)；按鈕SB9、SB10啟停5區(qū)加熱系統(tǒng)；按鈕SB11、SB12啟停6區(qū)加熱系統(tǒng)；每個區(qū)熱處理工作都是通過溫控表設定熱處理溫度后，由溫控表輸出一個直流控制信號給固態(tài)繼電器（SSR），使其導通，從而接通主接觸器實現(xiàn)各區(qū)加熱工作。各區(qū)熱處理實際溫度由各區(qū)熱電偶進行檢測，檢測到的實際溫度值反饋給溫控表后，由溫控表對實際溫度與設定溫度進行比較，輸出控制信號給所控制區(qū)的固態(tài)繼電器，由繼電器完成該區(qū)接觸器的通斷控制，從而完成熱處理工作。

3.自動工作方式

在此種工作方式下，將工作方式切換開關(guān)SB14旋轉(zhuǎn)至自動方式，接觸器KM16接通，通過與可編程控制器（PLC）相連接的觸摸屏上編制的按鈕進行熱處理操作。各區(qū)溫度值由溫控表進行設定后，各區(qū)熱電偶完成實際溫度檢測后，數(shù)值傳給溫控表，由溫控表完成溫度比較，當溫度達到設定溫度后輸出一個數(shù)字信號給可編程控制器，由可編程控制器完成信號收集，當6個區(qū)的熱處理溫度到達設定值不一致時，由可編程控制器里面的程序完成比較后，輸出熱交換風機控制信號，啟動熱交換風機使各區(qū)溫度保持一致，從而實現(xiàn)熱處理材料物理性能一致性。保溫時間由程序完成，熱處理工作完成后由可編程控制器發(fā)出斷電控制信號，將加熱器斷開后，開始報警。自

4. 結(jié)語

箱式工業(yè)爐數(shù)字化設計與改造工作完成后，實現(xiàn)了手動與自動兩種控制方式的互換。產(chǎn)品熱處理溫度不均勻的問題得到了解決，實現(xiàn)了熱處理智能化控制，使產(chǎn)品的廢品率和熱處理成本得到大幅降低，熱處理工作更加方便、可靠。經(jīng)過試運行證明，達到了生產(chǎn)使用要求，滿足了自動化控制要求，真正實現(xiàn)了重慶工業(yè)爐的運轉(zhuǎn)，使生產(chǎn)效率和班產(chǎn)大幅提高，節(jié)省了大量的能源。