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1、概述
由北京富京技术公司承建的北方重工集团公司步进底式热处理炉工程于今年3月投入正常生产运行。步进炉用于火车轴毛坯锻压成型后的正火热处理，投产后对该炉进行了全面检测，检测结果表明步进炉的各项技术和经济指标优于或符合国家相关标准规定，热处理的产品经国家相关部门检验合格。 （图片） 步进底式热处理炉主要技术性能如下：
(1)炉子有效长度：15080mm，沿长度方向分为预热段、加热段和均热段。
(2)炉子有效宽度：2784mm。
(3)炉膛净空高度：1100mm。
(4)炉子使用温度：860℃(正火)，550℃(回火)。
(5)空气预热温度：400℃。
(6)炉温均匀度：加热段和均热段实测值±5℃。
(7)炉子生产能力：5.1t/h。
(8)工件尺寸：①220 X 2500mm。
(9)步进机械形式：斜坡滚轮式。
(10)步进周期：2min。
(11)燃料及消耗量：发生炉煤气1500Nm3/h。
(12)炉子装机功率：48kW。
2、脉冲燃烧供热技术
烧嘴的燃烧状况是影响炉子温度均匀性的主要因素。步进热处理炉上采用德国Krom公司生产的燃烧脉冲控制器、气动执行调节阀、火焰监测和自动点火系统，解决了发生炉煤气中焦油＼灰份等杂质含量较高，影响执行机构灵敏度的问题。使自动控制顺利实现。
传统烧嘴的调节比一般为1：4—5左右，当烧嘴在额定负荷工作时，燃气流速、火焰形状、热效率均可达到最佳状态。但炉子温度达到工艺设定温度保温时，烧嘴负荷降低到额定负荷一半以下，供热负荷减小，燃气流速大大降低，火焰形状达不到要求，热效率急剧下降。虽然高速调温烧嘴的调节比达到1：10左右，但是工作在额定负荷50％以下时，上述各项指标距设计要求也会产生较大的差距。脉冲燃烧则不然，无论在何种情况下，烧嘴只有两种工作状态，一种是最佳负荷工作，另一种是不工作，只是通过调整两种状态的时间比进行温度调节，以采用脉冲燃烧可弥补烧嘴调节比低的缺陷，需要保温或低温控制时仍能保证烧嘴工作在最佳燃烧状态。在使用高速烧嘴时，燃气喷出速度快，使周围形成负压，将大量炉内烟气吸人主燃烧区内，进行充分搅拌混合，延长了烟气在炉内的滞流时间，增加了烟气与被加热工件的接触时间，从而提高了传热效率，另外，炉内烟气与燃气充分搅拌混合，使燃气温度与炉内烟气温度接近，提高炉内温度场的均匀性，减少高温燃气对被加热工件的直接热冲击。
燃烧气氛的调节是提高工业窑炉性能必不可少的一个环节，而传统的连续燃烧控制只能通过在线测量烟气残氧量，反馈给燃烧气氛控制器，然后实时调节控制助燃空气流量执行器的输出，才能精确控制炉内的燃烧气氛。由于检测烟气残氧的氧化锆传感器的可靠性、寿命和价格的原因，在工业现场的实际使用受到限制。有些窑炉自控系统干脆采用一台比例调节器，使助燃空气的流量与燃料的流量成固定的比例，但这种方法不得不将助燃空气的富余系数留得很大，达不到最佳的节能和控制要求。采用脉冲燃烧控制方式，可以将燃料压力和助燃风压力一次性调整到合适值，在系统投入运行后，只需保持这两个压力稳定即可。对压力进行测量和控制要比流量简单得多，可以根据系统的实际情况采取全自动控制，也可以采取人工手动控制。
3、自动控制系统
热处理炉控制系统采用研华工控机和西门子PLC控制器组成上位控制系统，采用先进的现场总线体系结构对工件进出料过程、燃料燃烧过程、炉子热工制度和物理量参数全自动控制并对生产过程进行全面管理。高速烧嘴脉冲燃烧和监控选用德国Krom公司产品。控制软件先用Windows2000为操作平台的可具开发的Wincc5．0系统。采用上述控制系统后保证了炉子运行的工作连续、性能稳定、精度等级高和操作维护方便。该热处理炉的软件控制系统、硬件装备水平和技术性能在国内同行业处于领先地位。该系统具有以下功能：
(1)实时监测炉内各点的温度、炉膛压力、煤气压力、助燃风压力、冷却水压力、燃料流量等参数。
(2)具有各物理量设定参数上、下限报警和保护功能，报警打印功能，报警上、下限由用户设定，并能将报警记录储存，用户可任意查询、打印。
(3)可根据工艺设定的温度值或温度曲线对炉内各区段进行温度升、降控制。
(4)对炉膛压力进行自动调节控制。
(5)对热处理炉的进、出料速度进行控制。
(6)具有历史数据查询功能，可按用户需要存储、显示、打印历史数据。
(7)具有报表打印功能，实时脱机打印班报、日报、月报。
(8)具有动态工艺图，可显示整个炉子的工艺流程图，实时动态显示各点参数，实时动态显示炉内火焰燃烧状态。
4，节能型炉衬结构
为了缩短施工周期并获得良好的保温节能效果，炉顶采用性能良好的高铝磷酸盐预制件，炉墙、炉底用粘土可塑料整体砌筑，并与隔热砖、硅钙板等组成复合砌体，以提高炉子整体性、严密性和隔热性，从而获得最小的散热损失和最高的炉衬使用寿命。经实测炉墙外表面温度低于50℃，炉子各部位砌体形式如下：
炉顶：高铝磷酸盐预制件300mm。
炉墙：粘土砖232mm：轻质粘土砖116mm；无石棉硬硅钙板80mm，总厚度428mm。
炉底：粘土砖和粘土可塑料116+136mm；轻质粘土砖136mm；无石棉硬硅钙板80mm；石棉板20mm，总厚度488mm。
5、步进底的结构特点与眶动装置
步进底式炉的炉底包括活动底和固定底。本方案活动底为1片，固定底为2片。固定底固定在炉底H型钢梁上，而活动底通过钢结构固定在炉底步进机械平移机构上。在炉底上镶嵌有带锯齿形的托梁，材质均为耐热钢，这种材质可在1000℃的炉温中长期使用。车轴在炉底上单排布置，炉内托梁上可放置50支车轴。托梁被铸造成带弧形的V型齿槽，齿距(车轴中心距)为300mm，活动底托梁的步距为260mm，步距小于固定底托梁的齿距。
所以每前进一步车轴自身就会随齿形转动一个角度，从而保证车轴加热更加均匀，并防止车轴在炉内发生弯曲变形现象。
步进机械采用斜坡滚轮式，由1套平移框架、1套升降框架、12个滚轮、1套平移定心装置、1套升降定心装置、1支平移液压缸、1支升降液压缸、12套升降斜轨座等设备组成。
平移机构用于支撑水封槽、活动底以及放在活动底上的车轴。其结构采用型钢焊接结构。
平移定心装置沿炉子中心线对称布置在乎移机构的中心，共4套，用于平移机构的对中运行，保证其运动方向与炉子中心线始终保持平行，以减小车轴在炉内的跑偏量，使车轴准确地由进料端输送到出料端。
升降定心装置沿炉子中心线对称布置在升降机构的中心，共4套，其作用与平移定心装置相同，车轴在炉内的准确运行是二者共同作用的结果。
水平移动液压缸1个，带位移传感器，用于驱动平移机构作水平运动。平移缸设置在装料端炉子中心线上，活塞杆端与平移框架铰接。当液压缸活塞杆伸缩时，驱动平移机构在水平方向上前进或后退。
升降移动液压缸1个，带位移传感器，用于驱动平移机构上下运动。升降缸位于装料端炉子中心线上。活塞杆端与平移机构铰接。当液压缸活塞杆伸缩时，驱动平移机构沿斜轨面上升或下降。
炉区配置一套独立的液压系统，为热处理炉的步进机械运动提供动力源，并满足步进底的各种循环运动对步距、速度以及冲击负荷的要求，使其在预定的运动周期内完成各种设定的循环运动。
该系统在系统控制上由调速控制回路、方向控制回路＼缓冲平衡控制回路、安全溢流和压力控制回路以及辅助系统控制回路等组成。各回路具有独立的控制功能，并能联合作用使整个液压系统达到最佳控制状态。
采用比例电磁换向阀及压力补偿器，对整个系统工作流量实现无级控制，并完全满足工作油缸对系统输出流量的要求，最终使步进底达到工艺要求的运动速度。缓冲平衡控制回路由平衡阀、溢流阀、单向阀等组成。其作用是使步进梁在升降和平移运动的起始和终止状态由于速度的改变而产生的冲击惯性降低到最小，实现运动速度的平衡过渡。
安全溢流及压力控制回路由电磁溢流阀和压力控制开关等元件组成，其作用是实现整个系统的加载、卸荷和稳定系统的工作压力，并能在过压状态下溢流或控制电动机断电，以保证整个系统不致因事故而遭致破坏。
辅助系统包括油过滤系统、油温自动控制系统、液位控制及报警、滤油器堵塞报警安全联锁、压力远传显示等。
由于采用计算机参与液压系统的全部控制过程，采用比例换向阀和恒压变量泵，使得本系统具有以下几个主要特点：响应速度快，控制精度高，控制灵活性大，自动化程度高，系统工作性能稳定等。
12/24/2004
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