电加热推板窑温度稳定性研究

摘 要：以烧结铁氧体磁性材料推板窑为研究对象，探讨影响温度稳定性的因素，旨在烧结镍锌铁氧体材料的窑炉中能解决烧结产品的稳定性、一致性问题，为以后的新材料烧结炉设计提出有益的建议。

关键词：温度稳定性，推板窑，滞后，自适应控制

中图分类号：TN806．1 文献标识码：A 文章编号：1004-4507(2005)08-0010-03

推板窑的温度控制系统在外界干扰不大时，一般认为是一个自适应控制系统，因为在周围环境温度变化不大时，温控系统能保持其稳定的正常工作状态。这种系统在烧结普通铁氧体磁性材料时能满足要求，但在烧结镍锌铁氧体材料时，要求窑炉的温度波动的范围很小，在某些情况下，当环境温度发生变化时，温控系统的稳定性受到了影响，导致烧结产品的稳定性、一致性较差。笔者认为现有的温控系统设计理念没有解决环境干扰的滞后性问题，不是严格意义的白适应系统，这才导致以上问题。要解决推板窑的温度稳定性问题，关键要解决温控系统的滞后性问题，使温控系统能够具有自适应环境温度变化的能力，使其成为一个真正意义上的自适应系统。
1 现有的设计

现有的铁氧体磁性材料推板窑的结构设计为上下加热方式，热偶采样点位于上下密闭的加热腔内，热量的传递为辐射和对流，上下加热室材料都为热容量大的重质材料。假定我们设定一个温度曲线，温控系统会按曲线将各段运行到设定的温度。对于各段上下加热室的温度、炉膛的有效空间各点有相对应的温度，用函数来表示为：

T=f(x、y、z、t)

式中：x、y、z-直角坐标系坐标，即各控温点位置；t-时间

设计中认为炉膛的有效空间为工作区，产品从推板窑入口被推进，经过一个长的工作区从窑出口被推出，因此我们通常在炉膛侧壁上设置多个取样点，用热电偶来采集温度数据，用记录仪来记录。 当外界环境温度有变化时，炉膛工作区温度变化，这是因为上下加热室本身的热惯性大，且不与工作区相通，因此上下加热室的温度变化相对于工作区的温度变化有一个滞后性，造成温控系统对外界干扰没反应，温控设计原理如。

温度控制仪是温控部分的，它把设定温度与控温热电偶反馈来的窑温进行比较，通过PID控制，调整其输出电压或电流控制触发器。触发器输出脉冲控制双向可控硅的导通角，从而控制加热器上的电压，控制各加热室的温度，达到间接控制工作区温度的目的。
2 自适应控制设计

首先，在结构设计方面可以做一些改进：即减少上下加热室的热惯性，做到上下加热室与工作区气流相通，这样既有益于减少环境压力变化对工作区的影响，又有利于减少系统的滞后性。

其次，要彻底地解决系统的滞后性，关键在于当周围环境温度及气压变化而工作区温度在将变未变时，电热推板窑温控系统已提前反应，自动调节输出，从而保证工作区温度的稳定性。

为此，我们可以改变温控系统的结构，在原有温控系统的基础上，增加计算机来进行温度控制，计算机的主要功能是起到一个反馈控制器的作用。当然，计算机还可以作为一个上位机管理平台来使用，在此我们不做讨论。从温控系统结构上说，就是增加一个反馈回路，将环境温度参数引入带计算机的温控系统，经过计算机对参数的分析处理，将新的温度设定值输出到温控仪，使温控系统能根据环境温度的变化自适应控制。改进后的温控系统原理图如所示。

在实际设计中，温控仪和计算机通讯，通过计算机可以控制温控仪的设定温度，仍然利用现有的温控系统的加热部分，新增加环境温度输入。同时，在推板窑上增加新的温度测量热电偶，其位置设定在工作区，同时将环境温度和炉膛测量温度输入到计算机，计算机通过软件计算，得出合适的设定温度值，再将其输出到温控仪，通过温控仪控制炉温。 基于控制思想，在推板窑的各个工作区设定一个理想的曲线Xd，则控制系统的化指标为J，X为实际的温度曲线：

要达到J，需要一个温度传感器采集环境温度，可以设定边界条件为(T0，p0)，(T0，p0)为某一个数值，传感器将随机采集的数值通过计算机与边界条件进行比较，反馈到控制系统，达到工作区温度稳定性的目的。

3 结论

本文将自适应控制理论用于推板窑温度控制，这样，推板窑的温度稳定性增加，既达到了设备生产厂家提高工业窑炉性能的目的，又显著地提高了用户的经济效益。