箱式回火爐快冷裝置智能控制改造

董國節，吳 金，池 成

（中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，江蘇常州 213011）

0 引言

推桿回火爐用于回火或結合氣體滲碳和光亮淬火爐預熱。它們適用于溫度加熱至750℃。這種回火爐具有高溫、中溫、低溫回火功能，這臺設備最大的優點是，可以氣氛保護回火，防止工件氧化，并配有快速降溫功能，工藝執行效率較高。

1 改造前情況

正常升溫保溫階段回火爐冷卻裝置在爐膛外部，執行快速降溫工藝時，冷卻裝置通過升降氣缸下降至爐膛內部，向冷卻裝置管路內通入冷卻水將爐內溫度帶走，從而達到降溫的效果。

一般應用到快冷工藝的溫度都比較高（400～650）℃，降溫時，冷卻裝置下降到爐膛內部，直到爐膛內部溫度降到200℃左右，再上升返回爐膛外部，對于冷卻裝置來說長期處于高溫下工作，冷卻裝置內水管易結垢、降溫效果逐漸降低，導致事態的惡性循環，加速了冷卻裝置管道老化變形，引起內部管路變形、脫焊、開裂等，最終冷卻裝置漏水損壞，整形補焊或者報廢。

在冷卻裝置損壞的同時，會導致兩臺循環系統的電機內部進水，必須要更換電機軸承，同時還需進行烘爐浪費能耗，對于工件產品質量的影響就是產品有銹斑，氧化嚴重，導致產品返工、返修。

設備廠家在設備的回水管路上安裝一個指針式溫度計觀察溫度，同時在回水管路上安裝了1套丹佛斯自控式膨脹閥，通過檢測回水的溫度來控制進水量的大小。但經過幾年的使用，故障點頻發于此，膨脹閥的傳感器位置安裝在一個長方形的器皿內，回水從下而上再會到集水箱，導致大量的沉淀物堆積在底部造成管路堵塞。

每次設備冷卻裝置故障，回水口會聚集大量蒸汽，現場非常危險，對于生產現場也是極大的破壞，由于全是水蒸氣維修難度、危險系數都很大，有時必須停爐降溫才可以維修，造成能耗浪費。再一方面由于備件價格貴、工藝要求高、制作周期長，導致設備長時間停機，影響生產計劃。

2 改造實施過程

2.1 故障分析

對冷卻裝置損壞的原因進行分析：對損壞的冷卻裝置內的循環水管進行切割檢查，發現內部水堿較多。導致管內的通流面積變小，降低了冷卻性能，從而惡性循環。根據多次維修的經驗，回水管路設計存在一定問題，經常造成回水堵塞，導致冷卻水循環系統不能正常循環冷卻，回水有蒸汽必須停爐降溫對管路疏通，造成停機維修。

2.2 制定改造方案

針對以上兩點問題進行改造，第一點對于水堿的問題，不能根除但可以控制水堿的滋生速度，在回水管路加裝溫度傳感器（PT100），在PLC硬件上加模擬量模塊，修改PLC程序，在觸摸屏上組態監控與設置功能。在執行快冷工藝時，根據回水的溫度來控制冷卻裝置應該處在合適的位置。

當在運行降溫工藝時，水溫低于35℃冷卻裝置下降至爐膛內部，當水溫超過75℃時，冷卻裝置返回爐外自身完成冷卻，當冷卻裝置溫度降至35℃時再次下降到爐膛內部，就這樣循環動作，直到工藝結束循環動作停止，這樣可以改善冷卻裝置的工作環境，減少水堿的滋生，提高使用壽命。第二點回水管路存在設計缺陷，導致水中的殘渣囤積在膨脹閥探頭處造成回水流量不足，要進行改造，將原本的膨脹閥拆除，改為直通管路，在管路的側面加裝PT100熱電阻進行測溫。

2.3 開始實施

第一步選擇一臺回火爐進行改造測試，看是否能達到降溫工藝要求。

（1）對供水方式進行改造，在非降溫階段，向冷卻裝置內部通入少量的冷卻水讓冷卻裝置維持在較低的溫度，開始執行降溫工藝時，打開電磁閥，通入大流量的水進行快速冷卻降溫。

（2）回水管路改造，將原本的膨脹閥拆除，改為直通減少回水阻力，并添加PT100熱電阻作為回水溫度檢測。

（3）增加西門子PLC模擬量模塊，與原本的PLC等組件建立聯系。

（4）電磁閥和熱電阻，電路的鏈接，模擬量模塊電源、熱電阻等控制信號線的鋪設。

（5）對PLC的硬件進行組態，對現有的PLC程序進行修改，組態觸摸屏控制與顯示界面。

（6）對程序進行調試，升溫熱爐調試，調整溫度區間最終要達到降溫的工藝要求。

3 改造后成果

總體示意如圖1所示，改造后對冷卻裝置回水溫度的有效控制，由于不會出現蒸汽，車間現場生產現場得到了很好的控制，原本設備周邊經常積水，并且蒸汽對設備的油漆造成了破壞，現在這些問題一并解決。原本設備出現故障后，回水管內排出的全是蒸汽，非常危險，由于蒸汽的壓力及溫度較高，維修難度危險系數極高，對現場的工作操作人員也是種較大的安全隱患，改造后杜絕的以上問題。

圖1 改造總體示意圖

冷卻裝置由于堵塞或回水不足、溫度高等問題，產品降溫達不到工藝要求，還需要返工造成能源能耗的嚴重浪費，現在回水溫度超過設定的上限溫度，冷卻裝置就自動上升到爐膛外部，可得到快速冷卻，有效地保護了冷卻裝置，冷卻裝置內管路變形量也得到控制，管壁上水堿的滋生得到減緩，從而提高了冷卻裝置的使用壽命。

每臺冷卻裝置的穩定運行直接影響到2臺電機的使用狀況，改造前冷卻裝置一旦漏水，電機軸承內部就會有水滲入，導致電機軸承損壞，需要更換軸承。現在冷卻裝置的穩定運行同時保證了電機的正常使用，降低了停機時間和維修費用。

4 結語

通過這次改造，參與的維修人員專業技能得到提高，掌握較為前端的專業知識，并得到成功應用。整個改造時間緊迫，每臺設備改造都必須加班加點完成，磨練了維修人員堅定的意志，振奮了維修人員拼搏向上、努力創新的精神。