窑炉是陶瓷行业生产中的重要设备，随着经济社会发展和技术升级，传统的燃料窑炉逐渐转变为电加热窑炉。相比之下，电加热窑炉在炉内需要气氛保护，不仅温度控制精度高，而且热量更加均匀，具有诸多优势，因此得到陶瓷生产企业的青睐。电加热窑炉在设计生产中，计算机控制系统和电热系统的布设，决定了工艺参数是否稳定，影响窑炉的安全运行。以下结合实践经验，探讨了这两个系统的布设方案。
1．电加热窑炉的特点和加热方式
1.1 特点
总结电加热窑炉的特点有：①热效率高，产品质量高，可选择气氛焙烧。②设备组成简单，占地面积小。③窑炉的温度场均匀，不会出现局部高温的情况。④操作简单，有助于生产环境保持清洁。⑤附属电气设备多且复杂，购置和维护费用较高，而且部分电热元件要在一定的保护气氛下才能正常运行。
1.2 加热方式
第一，交流接触器加热。首先控制仪表接收热电偶的反馈信号，和设定值进行比较，来输出开关量信号。然后交流接触器根据不同的开关量信号，线圈得电或失电，主触点闭合或断开，控制三相电是否加载电阻带上，实现温度调节的目标，即可进行窑炉加热。该加热方式的优点是：设备组成简单，不仅成本低廉，而且容易布置安装，由于温控精度低，适用于总加热功率为100kW、炉内最高温度为1000℃以下的窑炉。
第二，调功器加热。是由PLC接收热电偶的反馈信号，比较实测温度值和设定值，系统内部运算后输出控制信号。调功器接收控制信号后，向电加热元件输出电压，实现温度调节的目标，对窑炉加热。该加热方式的优点是：具有良好的绝缘性和抗干扰性，方便布置安装；配合液晶面板，还能实时查看运行状态，并对重要参数进行修改。
第三，磁性调压器加热。由PLC接收热电偶的反馈信号，比较实测温度值和设定值，系统内部运算后输出调节信号。触发器接收调节信号后，向可控硅整流模块输出触发信号，向磁性调压器输出直流电压，而次级电压作用在电加热元件上，实现温度调节的目标，对窑炉加热。该加热方式的优点是：磁性调压器的控制平稳，不仅能延长运行寿命，而且对控制信号和回路产生的干扰小。
2．电加热窑炉计算机控制系统的布设方案
2.1 DCS控制系统
电加热窑炉的计算机控制系统，一般分为上位机、下位机，采用两级控制模式。运行时，一台上位机带几台下位机，两者通过通讯接口，可双向传输数据信息，最终形成DCS控制系统。
上位机是由计算机和监控软件组成。计算机采用的是工业控制计算机，显著特点是性能高、功能强大；监控软件用于收集、处理下位机传输的工艺数据。利用上位机，可对多台窑炉的运行进行监控，记录下生产数据、报警信息，还能生成报表并打印。
下位机一方面控制窑炉的工艺参数，另一方面接收并执行上位机发出的指令，根据不同生产需求，可以配置恒温控制柜、温度可编程控制柜、温度-碳势可编程控制柜等。不论配置哪种控制柜，工作原理是相近的，对窑炉的温度、碳势等信号进行采集、显示和控制，满足正常生产需求。在特殊工况条件下，下位机可以脱离上位机，通过仪表面板设定工艺参数，可对窑炉进行直接控制。
2.2 恒温控制系统
恒温控制系统和组成结构，和DCS控制系统相类似，也是由上位机和下位机组成。其中，上位机由工控机和恒温监控软件组成，下位机配置恒温控制柜。首先恒温监控软件采集窑炉的温度数据，经工控机分析处理后发出指令、下位机执行，最终由恒温控制柜调整窑炉温度，对炉内温度进行稳定控制。
3．电加热窑炉电热系统的布设方案
3.1 温度可编程控制柜
在电热系统中，以温度可编程控制柜为例，功能特点介绍如下：①采用PID调节方式，控制精度高，误差控制在0.5%以内。②功率调整器的运行，采用过零触发技术，根据炉内温度变化，对有效输入功率进行调整。③工艺设置和存储方面，利用仪表按键可设置时间、温度参数，温度升降速率由系统自动运算并执行。对于一些常用的工艺，编辑程序并存储，生产时直接调用即可。④控制系统根据生产工艺自动运行，不论是升温还是降温，都是均匀变化的过程。具有自动控制、手动控制两种模式，如果自动控制不稳定，或遇到特殊工况，可以切换为手动控制模式。⑤在安全方面，一是随着炉内温度升高，如果超出预设值，系统会发生报警信号，此时声光报警器运作，并将窑炉供电自动切断，待温度降低后再自行恢复。二是控制柜内置快速熔断器、空气断路器，面对过电流、过电压情况实施保护，确保系统安全运行。三是散热设备使用高效轴流式通风机，设备运行时、风机也自行启动。四是窑炉运行中，可对电流、电压、工作状态进行指示；工艺结束后，窑炉自动停止运行，并发出声光报警。⑥可选配记录仪或打印机，用来记录温度数据；可选配通讯接口，和计算机连接后，形成温度可编程群控系统。
3.2 电热体缠绕弯曲
电热体在使用时，一般缠绕成螺旋状或波纹形，为了防止高温变形，必须保证构造的坚固性。第一，电热合金通常采用软化退火工艺制成，其中铁铝材质比镉镍材质的硬度更大，为了方便缠绕弯曲，应事先进行热处理，严格控制热处理工艺。第二，如果合金丝直径超过2mm，缠绕时应分开螺距尺寸，能确保螺距是均匀的，否则因温度不均匀，会缩短电热体的寿命。合金丝直径超过7mm，缠绕速度控制在30转/min；直径在3-7mm之间，缠绕速度可适当加快；直径在3mm以内，缠绕速度最快。第三，铁铝合金缠绕或弯曲时，如果合金丝直径在7mm以内，或扁带厚度为1.5mm以内，可在室温下进行缠绕，不需热处理。合金丝直径较大，或扁带厚度较大，要先加热到250-300℃再缠绕。
3.3 螺旋体拉伸
合金丝缠绕时，螺距不均匀的原因有：①合金丝的生产工艺不同，不同部位的硬度有大有小；②加工时，合金丝受到不规则应力。如果螺距不均匀，就要采用热拉法，方法是：对缠绕的合金丝通电加热，温度达到700℃停止加热，此时慢慢拉伸，将螺距控制为目标尺寸的50%，观察螺距是否均匀。如果局部螺距不均匀，再次通电加热，然后第二次拉伸，直至最后满足螺距要求。拉伸时的电压，如果电热体设计为220V，加热电压就用380V；如果加热体设计为380V，就要分段加热并拉伸，在操作过程中注意安全。
4．结语
综上所述，电加热窑炉是一种新型窑炉，主要分为交流接触器加热、调功器加热、磁性调压器加热三种加热方式。电加热窑炉在设计中，计算机控制系统具有强大功能，例如记录、控制炉内温度变化，提高燃烧效率；温度可编程控制柜能缩短烧制周期，实现平稳升温降温，减小误差值。文章介绍了计算机控制系统和电热系统的布设要点，希望为实际生产提供借鉴，提高电加热窑炉的运行性能。
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