一：背景与现状
1、2011年10月由北京华邦 天控科技发展有限公司与中铝国际沈阳铝镁设计研究院有限公司合资成立北京华宇天控科技有限公司，从此建成一支完整的研发、设计、制造团队。从炉窑的开发、焙烧控制系统的升级、焙烧工艺技术的完善，为用户提供高质量、高性能的产品以及完善的技术服务。
2、2013年4月，与瑞士R&D Carbon 公司正式签署技术合作与转让协议，双方将分享和提升炭素焙烧相关工艺及控制技术，合作推出新的焙烧控制系统联合品牌 -- ARFS，这是国际、国内炭素焙烧领域内的一个创举，必将促进国内炭素焙烧技术的革新与进步，并以极具竞争力的姿态全面走向国际市场。
3、有关双方合作的消息敬请访问R&D Carbon Ltd.的官方网站
华宇天控技术团队与瑞士R&D首席顾问Ulrich Mannweiler博士合影
二：焙烧工艺技术研发
1、沈阳铝镁设计院—华宇天控—R&D
共同建立炭素技术中国研发中心
中铝国际沈阳铝镁设计研究院有限公司
北京华宇天控科技有限公司
瑞士R&D公司
三方合作，成立炭素技术中国研发中心
中心设于沈阳铝镁设计研究院
2、焙烧中心工艺研发 – 焙烧炉数学模型
研发中心将依托沈阳铝镁设计院、瑞士RD公司、北京华宇天控三家强大的研发设计能力，丰富的产品设计应用及工程实施调试经验，组建强大的科研队伍，利用计算流体力学（CFD）技术，通过计算机模拟流体流动、传热、燃烧等物理现象，对焙烧炉内温度场、流场、浓度场进行仿真计算分析，建立焙烧炉数学模型，同时对燃控系统如排烟、燃烧器等关键设备进行设计计算仿真，模拟工艺过程，从而结合生产不断改进，指导焙烧炉的设计及工艺、设备整体提升，实现提升阳极品质、节能减排、延长焙烧炉寿命的目的。
一些已进行的研究及成果
炭素炉窑技术研究方法
SAMI炭素以研发中心为依托，拥有一流的热工测试、数值模拟及工业优化试验平台。通过数值模拟的方法对炉窑结构和操作参数进行优化研究，并采用热工测试的平台对设备实际运行状态以及工艺控制的合理性进行评估分析，形成一套从研发——设计——运行的研发手段，开发具有自主知识产权的炭素炉窑新技术。
热工测试平台介绍
热工测试平台主要功能：
测量炉内不同位置温度；
测量炉窑外表面温度；
炉窑散热量测试；
炉内压力分布测量；
烟气流量测量；
烟气成分测量；
燃料供入量测试。
阳极焙烧炉全息仿真模型
主要功能：
获取炉内火道和料箱流场、温度场、物质浓度场
工艺控制参数优化
炉型结构优化
炉体材料验证和优化
燃控系统设备优化
模型耦合对象：
火道、料箱内的气体流动
气固传热计算
料箱漏气
焦油、挥发份析出及燃烧
燃料的燃烧
焙烧炉烧嘴模拟模型
烧嘴仿真模拟模型功能：
通过模拟烧嘴内的燃气流动状况，分析烧嘴的结构合理性，优化烧嘴结构；
通过对燃气压力的优化实验研究，获取最佳的烧嘴燃料供给压力。
对燃烧火焰长度的分析，优化火焰的长度。
北京华宇天控科技有限公司
焙烧工艺及控制技术介绍
2013年5月13日
一：背景与现状
1、2011年10月由北京华邦 天控科技发展有限公司与中铝国
际沈阳铝镁设计研究院有限公司合资成立北京华宇天控科技
有限公司，从此建成一支完整的研发、设计、制造团队。从
炉窑的开发、焙烧控制系统的升级、焙烧工艺技术的完善，
为用户提供高质量、高性能的产品以及完善的技术服务。
2、2013年4月，与瑞士R&D Carbon 公司正式签署技术合作与
转让协议，双方将分享和提升炭素焙烧相关工艺及控制技术，
合作推出新的焙烧控制系统联合品牌 -- ARFS，这是国际、国
内炭素焙烧领域内的一个创举，必将促进国内炭素焙烧技术
的革新与进步，并以极具竞争力的姿态全面走向国际市场。
3、有关双方合作的消息敬请访问R&D Carbon Ltd.的官方网站：
http://www.rd-carbon.com/aluminium-industry/automatic-
firing-control-system.html
二：焙烧工艺技术研发
1、沈阳铝镁设计院—华宇天控—R&D
共同建立炭素技术中国研发中心
中铝国际沈阳铝镁设计研究院有限公司
北京华宇天控科技有限公司
瑞士R&D公司
三方合作，成立炭素技术中国研发中心
中心设于沈阳铝镁设计研究院
2、焙烧中心工艺研发 - 焙烧炉数学模型
研发中心将依托沈阳铝镁设计院、瑞士RD公司、北京华
宇天控三家强大的研发设计能力，丰富的产品设计应用及工程
实施调试经验，组建强大的科研队伍，利用计算流体力学
（CFD）技术，通过计算机模拟流体流动、传热、燃烧等物理
现象，对焙烧炉内温度场、流场、浓度场进行仿真计算分析，
建立焙烧炉数学模型，同时对燃控系统如排烟、燃烧器等关键
设备进行设计计算仿真，模拟工艺过程，从而结合生产不断改
进，指导焙烧炉的设计及工艺、设备整体提升，实现提升阳极
品质、节能减排、延长焙烧炉寿命的目的。
一些已进行的研究及成果
炭素炉窑技术研究方法
SAMI炭素以研发中心为依托，
拥有一流的热工测试、数值模拟
及工业优化试验平台。通过数值
模拟的方法对炉窑结构和操作参
数进行优化研究，并采用热工测
试的平台对设备实际运行状态以
及工艺控制的合理性进行评估分
析，形成一套从研发——设
计——运行的研发手段，开发具
热工测试平台
产品设计 生产运行
数值模拟平台
工程应用
有自主知识产权的炭素炉窑新技
术。
7
数值模拟仿真平台介绍
数值模拟仿真平台主要功能
◇获取炉内流场、温度场、物质浓度场分布状况 ◇工艺控制参数优化研究
◇炉型结构和材料优化研究
◇设计产品数值模拟验证
8
热工测试平台介绍
热工测试平台主要功能：
Ø测量炉内不同位置温
度；
Ø测量炉窑外表面温度；
Ø炉窑散热量测试；
Ø炉内压力分布测量；
Ø烟气流量测量；
Ø烟气成分测量；
Ø燃料供入量测试。
9
阳极焙烧炉全息仿真模型
焙烧炉全息仿真模型
主要功能：
Ø获取炉内火道和料箱流场、
温度场、物质浓度场
Ø工艺控制参数优化
Ø炉型结构优化
Ø炉体材料验证和优化
Ø燃控系统设备优化
模型耦合对象：
Ø火道、料箱内的气体流动
Ø气固传热计算
Ø料箱漏气
Ø焦油、挥发份析出及燃烧
Ø燃料的燃烧
10
焙烧炉烧嘴模拟模型
烧嘴仿真模拟模型功能：
Ø通过模拟烧嘴内的燃气流动状
图3-1 烧嘴结构示意图
况，分析烧嘴的结构合理性，
优化烧嘴结构；
Ø通过对燃气压力的优化实验研
究，获取最佳的烧嘴燃料供给
图3-2 烧嘴三维结构图
压力。
Ø对燃烧火焰长度的分析，优化 火焰的长度。
图3-3 计算区域网格图和局部放大图
3、研发成果及未来展望
（1）指导焙烧炉炉型设计
火道温度均匀性优化技术
单位:K
方案一 方案二 方案三
不同优化方案火道温度分布图
（2）指导高效能燃烧器设计
通过采用数值模拟的方法，对烧嘴中气体流动过
程进行模拟，在此基础上研究不同进出口压差和进口
压力对烧嘴内气体流动状态的影响，从而得到一个最
优化的燃气消耗量和喷燃速度。
14
（3）指导设计新型燃烧控制系统
吸收RD控制系统先进控制策略，主体控制模块对
焙烧炉进行区域划分，根据工艺要求分别设置合适的
控制目标，采用有效控制手段，利用模糊自适应专家
系统，按优先级解决控制目标间的冲突，保证总体控
制效果的提升。
（4）提升节能减排的水平
由于世界能源市场越来越严峻，环境严重破坏，
阳极炭素焙烧的发展将更加关注于节能减排，一些研
发方向包括：
• A：优化焙烧炉火道和连通烟道结构设计
• B：选用新型材料砌筑焙烧炉
• C：增加碳粉燃烧装置用于收集焙烧生产过程中产
生的灰粉，并将其作为主燃料的辅助品。
• D：引入焙烧过程在线数学模型分析计算，实现利
用阳极炭块温度而不是火道温度来控制生产过程，
达到提升质量，优化过程的目的。
• E：优化炭素厂布局设计，将焙烧尾气余热用于生
阳极成型时沥青粘合剂的熔融，从而降低整个生
产厂区的能耗水平。
三：控制系统升级
从上世纪90年代末期，我国从法国引进
的焙烧控制系统技术，运用消化吸收并创新
的国内技术，至今已过去近二十年，我公司
从2001年开始实施第一个阳极焙烧火焰控制
系统项目，至现在相比过去在设备及控制技
术已有巨大进步，控制系统的升级主要关注
于以下方面：
1、五项重要目标
1）更加优质和均匀的产品质量
提升焙烧产品真密度，实现上中下层品质的一致性。
2）更加小的单位产品能耗
优化燃烧及控制策略，降低能耗及单位产品覆盖料消耗量 。
3）更长的焙烧炉使用寿命
优秀的焙烧装置及优化的工艺和控制策略，在达到良好产
品品质的前提下，可有效消除焙烧炉局部过热，降低火道内最
高温度，延长焙烧炉使用寿命，焙烧炉维修周期期望值为150个
火焰周期。
4）更稳定的设备使用状况
充分考虑焙烧实际情况，选用高品质设备及制造工艺，高
质量的调试维护培训及工艺指导服务，确保了设备使用的可靠
性及稳定性 。
5）更好的车间运行环境
优异的设备性能及人性化设计，实现整个车间的自动化控
制，减轻工人操作的劳动强度，减少污染物排放，降低噪声污
染，尽量少的减少设备维护工作量，为车间设备运行创建更好
的环境。
2、系统主体配置
火焰控制系统采用集中监控管理、分布实时控制的两级分
布式实时控制系统，由中央集中监控系统及就地控制系统两级
组成；每个火焰系统由一台排烟架、一台测温测压架、三台燃
烧架、一台零压架、一台鼓风架、一台冷却架组成。
中央集中监控系统通过工业以太网采集就地数据，经过相
应计算后返回就地控制整个火焰系统，紧急情况下，火焰控制
系统也可就地自动运行。
3、节能降耗措施
1）优化节能升温工艺曲线
根据用户的要求，本公司有专业工艺工程师在现场指导，
提供最优的焙烧炉生产运行工艺技术方案。在保证产品品质的
前提下，实现挥发份的完全燃烧、火道终温的降低及余热利用
等工艺操作，从而达到节能、环保与经济运行。
2）挥发份析出控制
系统特有的挥发份控制模块，通过对挥发份析出机理的分
析，实现对挥发份完全燃烧的控制。
3-P焦油析出状况：
57h 60h
72h 76h
不同时刻料箱内焦油析出状况
64h 68h
80h 84h
3）新式燃烧器及燃烧器阵列综合控制
根据焙烧炉的燃烧特点设计燃烧器的结构，可使燃气喷射
时燃烧更充分，并有效降低火道上下温差。考虑火道气流特点，
上中下游燃烧器作为阵列控制，使燃烧更加充分，降低局部过
热点，节能减排。
4）火道负压综合控制
所有控制都与火道负压综合控制相关，彼此互相影响，互
相牵制，由于是在同一条火道中，因此必须对负压进行综合控
制。在中控室管理机上设置优化控制软件，通过模糊控制，多
变量最优控制等先进控制方法，对负压进行综合控制，以达到
最优效果。
5）炉面综合保温技术
炉面因为漏风会造成大量的热量散失，因此我们通过配置
专用炉口砖，优化鼓风架，排烟架与火道接口，排烟架与烟道
接口等一系列措施，提高密封效果，降低热量散失。
6）破损炉况最优控制
通常焙烧炉经过数年的运行后出现破损，造成漏风，使得
负压不足，由此严重影响控制效果，造成能耗增加，挥发份不
能全部燃尽，制品均质性下降，炉面及炉口设备寿命缩短。通
过漏风状况辨识，自动或人工调整升温曲线，自动调整误差参
数设定等方法，调整燃料功率，避免燃料过多消耗，避免火道
局部过热，以达到炉况破损情况下的最佳控制效果。
7）能耗品质指标实例
4、碳块品质提升措施
1）合理的升温、保温工艺
利用先进的测试研究手段，制定合理的升温、保温工艺，确 保阳极温度达到工艺要求，保证炭块品质。
2）火道上下温差均衡控制
选用新式燃烧器及新的炉型设计，制定合理的负压制度，消 除温度场极点，达到火道上下温差均衡。
3）火道水平温差均衡及火道控制
通过火道温度偏移补偿计算模块，实现火道水平温差均衡。
4）火道前后温差均衡控制
通过火道负压综合控制、燃烧器陈列综合控制、拐弯模式控制，
消除火道前后温差，确保产品品质的一致性，达到产品质量的提升。
5）挥发份析出曲线控制
挥发份溢出时的快慢程度，将严重影响产品品质，特有的
挥发份燃烧控制模块，以挥发份溢出模型为控制基础，在保证
挥发份完全燃烧的同时，控制挥发份溢出速度在工艺要求范围
之内，从而保证产品品质。
1-P焦油析出状况
26h 27h 28h
图25 不同时刻料箱内焦油析出状况
2-P焦油析出状况
29h 32h 36h 40h
44h 48h 52h 56h
图31 不同时刻料箱内焦油析出状况
3-P焦油析出状况
57h 60h 64h 68h
72h 76h 80h 84h
图40 不同时刻料箱内焦油析出状况
5、高性能的关键控制测量设备
炭素厂环境恶劣，设备处于导电粉尘，高温，机械震动冲
击，电网干扰等不利因素下长期不间断工作，高性能、高可靠
性的控制测量设备是实现系统优化控制的关键。华宇天控焙烧
自动控制系统充分考虑产品寿命、维护费用、升级费用、工艺
影响，选用高品质部件，打造全寿命综合成品。
1）现场控制柜，PLC，工业空调
核心控制部件选用SIEMENS 或罗克韦尔（AB）等国际知名
品牌的PLC, 控制柜选用威图（Rittal）等严格符合IP54设计标准
的产品，并配备工业空调，以适应粉尘大、温度较高的炉面环
境,保证系统可靠性和稳定性,延长使用寿命。
2）蝶/闸阀及控制器
蝶阀阀芯为复合不锈钢材料，耐氧化，使用方便灵活，使用寿命长， 耐温可达600℃。
执行机构选用德国PS角行程电动执行机构，具有高度的设备可靠性和安 全性，独特的转矩开关可调整从50%~100%的最大转矩，实现转矩保护，防 止阀门被卡死时造成的阀杆损坏。在电机故障或阀门转矩意外增加时（结焦 严重时）可以直接通过手轮进行手动控制。
3）Parker电磁阀
脉冲式供气燃烧方式，通过电磁阀控制，实现快速启动及关停，喷出燃 气，在火道中燃烧，开启周期20－60秒，由控制单元发出频率信号控制喷入 天然气量。该方式具有燃烧效率高、火道上下温度小、易于进行自动控制、 延长焙烧炉寿命等特点。
本系统采用PARKER公司SKINNER系列电磁阀作为脉冲控制阀，该阀具有 结构小巧，工作可靠，可快速启动或关停，控制精度高，使用寿命长，噪声 低等特点。适合长期工作在焙烧工况环境下。
4）长寿命燃烧器 （专利号：ZL 2009 2 006728.X）
根据焙烧炉及燃气燃烧的特性采用自主研发生产的并已获得国家专利的
HB-SZ01型燃烧器，材料为耐高温合成材料, 抗高温氧化，大大提高了燃烧器
的使用寿命。根据焙烧炉的燃烧特点设计可使燃气喷射时燃烧更充分，并有
效降低火道上下温差。标准长度的烧嘴使用时配合炉口砖，其寿命可达3年。
5）高性能火道热电偶
选用华宇天控公司专为铝用焙烧研发生产的高性能热电偶，
采用特殊合金保护套管，耐高温，量程1300℃。
其特性满足使用条件，性能指标、寿命达到国外同类产品
水平：使用三个月内，测量精度≤+/-0.75%；使用六个月内，
测量精度≤+/-1.5%。性能价格比高，已大量成功应用。
6）减压稳压阀
减压稳压阀是燃烧架关键部件， 减压稳压阀正确选择对系
统的可靠性、稳定性及燃烧效果至关重要。
系统所选用的减压稳压阀为FISHER公司的减压阀，专业用
于天然气的减压稳压，压力调节范围大，动态稳压效果好。使
用寿命长，故障率低、调节方便。
7）重油泵及过滤器
对于燃油系统，重油泵是燃烧架关键部件，重油泵的正确
选择对系统的可靠性、稳定性及燃烧效果至关重要。
-采用全套德国进口齿轮泵，专业用于重油加压，压力高，无泄
漏，噪音小、寿命长，安装保养方便，泵头具有自调压装置，
调节方便。 对介质粘度适应范围大。
适应国内燃油状况，选用双路可切换燃油过滤器，过滤精
度高，快开式设计清洁维护方便，可实现在工作中的油路过滤
切换，降低因过滤堵塞对生产带来的影响，寿命长，稳定可靠。
8）可自注油风机
鼓风架采用变频器对风机进行变频调速，调整进风量，控制燃烧区上游 的火道零压，防止返火，并提供燃烧区燃料燃烧和预热区挥发份充分燃烧所 需要的氧气。
采用可自注油的高性能风机。定期的对电机轴补充润滑油，确保电机轴 在高温状态下得到充分润滑，使用寿命长，故障率低。风机的电机为
Siemens电机。
冷却架采用一台独立风机变频集中控制，每条火道设置出
风口并带有阀门调节，单风机相对于多风机来讲，风量大，风
压小，减少阳极氧化和填充料烧损。同时噪音低，维护工作量
大大降低。
9）不锈钢波纹管
系统排烟、鼓风、冷却采用不锈钢金属波纹管设计与炉面
连接，独特的波纹管接口设计能很好适应地火道变形，确保密
封，防止空气进入。
10）CO浓度传感器
在排烟架出口设置一套CO浓度传感器, 采用英国SICK 公司
生产在线非接触式红外测量CO浓度并转换成4－20mA电流信号
输出到控制单元， 通过该电流信号可判断火道内的燃烧情况，
并分析燃料和挥发份是否燃烧完全，通过对负压和燃料供给进
行自动调节，达到提高燃烧效率、节能降耗的目的。该浓度传
感器，维护量小，安装方便简单。可直接显示测量值，测量浓
度和极限值。
国内率先在排烟架上安装红外一氧化碳传感器，并采集数
据如图所示，利用该数据可分析燃气、挥发份在火道内的燃烧
状况，并可进行优化调节。
6、延长炉体寿命措施
（1）减少局部过热，尤其是上部过热
（2）在保证品质前提下通过均匀焙烧，延长保温时间，
降低终温。
7、提高自动控制水平，减少人员操作，完善
的性能，高品质设备确保系统全自动运行。
四：运行服务
1、工艺指导
新建焙烧炉，我公司提供一套完整的焙烧炉起
动（烘炉）作业指导书。用户需按作业指导书的要
求，便可完成焙烧炉的起动工作。也可根据客户的
需求，本公司安排专业人员在现场进行指导作业。
根据用户的要求，本公司提供最优的焙烧炉生
产运行工艺技术方案。在保证产品品质的前提下，
实现节能、环保与经济运行。
2、操作指导、培训
为了使合同设备能顺利运行，负责派遣有经验和身体
健康的技术人员到设备现场进行技术指导。
指定现场总代表，负责总的技术指导，与厂家一起解决有关
技术问题和现场工作问题。并进行有关合同设备的安装指导、
机械试验、调试和性能保证等。而且，对厂家技术人员进行
有关合同设备的操作和维修保养方面的指导。
我方技术人员协助厂家在工厂现场培训安装、调试、生
产、设备维修和分析检验人员，尽力提高他们的技术水平。
同时本公司安排专业人员在生产现场进行现场指导作业，
解决生产中可能出现的工艺异常波动的问题，确保工艺技术
方案的目标实现。
3、设备售后服务
在产品体系中，售后服务是非常重要的环节，它直接影响
到产品使用效果、产品寿命、产品全寿命综合成本、用户满意
度乃至企业形象。从成立至今，公司一直将售后服务工作放在
非常重要的地位上。经过多年的努力，公司已经建立并运行一
套完备的售后服务体系，给广大用户提供了优质、稳定、及时、
长期的售后服务，得到用户的广泛好评。
A：完备的管理体系
B：专门且专业的售后服务队伍
C：快速且高效的响应
D：稳定充沛的备品备件支持
E：强大的工艺技术支持
F: 广泛的技术及信息沟通
4、技术升级
公司拥有一个强大的研发队伍，成员包括炭素
工艺、热工工艺、控制理论、仪器仪表、机械设计
等领域的专家，同时还拥有十余位业内的客座炭素
工艺专家，常年通过合作开发或独自开发，不断推
出新技术，以保证产品技术始终处于国际领先水平。
对于产品升级，采取免费或只收取成本的方式，终
身提供服务。
