矩形开盖式电热熔铝炉结构设计与控制原理

矩形开盖式电热熔铝炉的结构设计与控制原理

摘要：对矩形开盖式电热熔铝炉的结构设计进行了详细阐述、并介绍了矩形开盖式电热熔铝炉的电气控制原理，从而为国内现有矩形开盖式电热熔铝炉的设计及控制提供一定的参考。

关键词：炉衬耐火材料铝液测温硅碳棒可编程控制器执行机构

前言

矩形开盖式电热熔铝炉主要用于用于熔融铝液铸造前的调质保

温及熔化部分铝块冷料，以确保铸造工艺对铝液的要求。该熔铝炉采用电加热，铝液控温效果好，浇注方便、安全。

1、设备结构设计及简介

矩形开盖式电热熔铝炉由移动式炉盖系统、炉体钢结构、熔池部分炉衬、加热元件装置、炉气测温装置、铝液测温热电偶、溜槽系统和集尘排烟系统等部分组成。

1、移动式炉盖系统

由大型型钢与钢板组成的钢结构骨架及耐火材料组成，设有不锈钢挂件将耐火材料吊挂于炉盖型钢上。该炉炉盖为两部炉顶，独立控制可开合。每部炉盖均采用摆线针轮减速机驱动，经过科学设计，炉盖运行平稳，密封效果好，有效减少了热损失。

移动式电热炉盖随小车运行，平稳无冲击。整个炉顶由两个相互独立的小炉盖组成，每个炉盖由两个驱动轮和两个从动轮组成的平移小车带动。当需要加固体料、扒渣或进行开门处理时，两个炉盖

将各自向自己一侧移动，整个炉膛即能全部打开。需要关炉盖时，两炉盖向中心平移由限位开关确保到位。并与炉体进行有效密封（在炉盖两侧设有密封刀，炉体上设有气缸驱动的密封槽，当炉盖关闭后，气缸驱动密封槽上移，与封刀配合密封）。

本设备采用硅碳棒加热，分区配置电热元件，电热元件布置在移动的炉盖上，可以随着炉顶进行移动。

2、炉体钢结构炉壳

炉体钢结构由钢板及型钢焊接制成，结构设计充分考虑本熔铝炉在高温环境下具有良好的刚性及结构强度。确保在各种正常或非正常运行工况下，熔铝炉各部件不产生有害变形，具有良好的结构可靠性。

3、炉衬耐火材料

内衬熔池底部由不沾铝浇注料、防渗浇注料、耐火粘土砖、陶瓷纤维背衬板组成，熔池四周墙由不沾铝浇注料、防渗浇注料、漂珠砖、陶瓷纤维背衬板组成，出铝流口砖采用氮化碳化硅材质，保证流口结构的合理设计及使用安全。

熔铝炉在规定的使用条件和负载条件下运行，并按使用说明书进行使用和维护，保证使用寿命。

4、加热装置

矩形开盖式电热熔铝炉采用硅碳棒加热，该炉在炉盖上配置电热元件，每区在炉盖上设有一只控温热电偶，整个加热元件布置上满足对铝液的加热要求。

5、测温热电偶

所提供的热电偶用来监测以下温度：

——铝液测温热电偶

——炉膛测温热电偶

铝液测温热电偶设在铸造流口旁，可连续测量铝液温度并参与炉温控制，实现铝液温度的高精度控制。当选择铝液温度热电偶参与炉温控制时，该热电偶测出的铝液温度被送入电控系统，根据设定的pid参数进行运算，动态的修改炉膛温度设定值，提高铝液控制精度。

测铝液热电偶保护套管采用耐热铸铁保护管，设有专用气动测铝液机架。炉门打开时，测铝液热电偶自动移出，以免受损，炉门关闭，测铝液热电偶自动插入。并且，测铝液温度热电偶进出操作也可采取手动控制。

6、集尘排烟系统

在炉盖上方设置一个集尘装置，以便排除由于打开炉盖填加覆盖剂或扒渣时产生的烟气，集尘罩出口1m烟道口处设置一烟道蝶阀（采用电动执行器调节），炉盖打开时，阀门打开。

2、电气控制系统

采用人机界面（hmi）和可编程序控制器（plc）相结合的实时控制系统。由可编程序控制器、可控硅加热回路等组成现场温度控制系统，由可编程控制器、操作信号、位置信号、执行机构等组成现场传动控制系统。通过hmi对整个设备的运行状态进行监测管理。

电气控制基本参数：

电源：ac 380v/220v±10% 50hz±2%

功率：～1222kw（其中电加热1200kw，传动22kw）

1、可编程控制器

plc采用罗克维尔（ab） controllogix5000产品。plc是温控系统、传动系统的核心，采集各温度、传动、位置信号，各种报警信号，接受各种操作信号，发出控制信号，控制炉温、传动运行。2、本系统hmi采用罗克维尔（ab） panelview plus产品，通过以太网通讯接口与plc联接，实时反映整个设备的运行状态。

功能实现，包括下列内容：

a 炉气温度设定、铝液温度、显示、报警；

b 工艺参数、控制参数设定、修改；

c 历史趋势；

d 报警列表、查询；

e 故障诊断等；

3、温度控制系统

3.1 温度控制

铝熔化炉采用硅碳棒加热，电加热总功率1200kw，分四区控制，每区300kw。采用plc控制温度，测温采用热电偶，加热电功率调节采用晶闸管装置，并配有过流、过压保护装置，安全可靠。plc 根据设定值和测量值的差值，经过pid运算，输出标准电流信号控制晶闸管装置的导通，实现温度的闭环控制。

3.2 温度记录

采用多点无纸记录仪，实时记录各区炉温。除记录外，记录仪配有报警输出，实现独立的超温回路，使温控更可靠；记录仪配有存储接口，可通过u盘存取数据，具有断电数据保护功能，可在电脑上查看记录仪存有的历史曲线。

4、传动控制系统

铝熔化炉配有4台炉门移动电机，采用ab powerflex70变频器控制，变频器与plc通过controlnet控制网通迅联接，安全稳定，具有过位保护，安全可靠，速度在hmi上显示并可调整。炉门关闭后，plc通过对汽缸的控制实现炉门的密封。传动控制通过plc完成。主要低压电气元件选用施耐德及合资产品。

5、安全保护

炉门与电加热系统有联锁，炉门不关闭的时候不能加热送电，炉门动作设有双限位开关，保证定位准确，安全可靠。

6、其它

6.1 电缆选型及敷设：

提供整个装置的动力电缆和控制电缆，动力电缆采用耐高温阻燃型电缆，控制信号电缆带屏蔽层；炉盖移动部分电机电缆及控制电缆采用拖链传送。

3 结论

矩形开盖式电热熔铝炉目前在国内铝加工行业有很广泛的应用，本文不仅对矩形开盖式电热熔铝炉的整体结构进行了介绍，而且介