5.1 Ugnens reglering

En ugn måste alltid regleras – manuellt eller automatiskt – för att önskat värmningsresultat skall uppnås. Normalt är ugnen utrustad med någon form av automatisk reglering. I nödfall kan ugnen regleras manuellt.

Ibland måste ugnspersonalen under korta tidsperioder gå in i ett automatiskt system för att styra manuellt. Ett stopp i efterföljande valsverk ger kanske långa väntetider och då måste man ibland dra ned temperaturen eller göra något annat manuellt ingrepp. Även denna form av ingrepp automatiseras alltmer.

Vanligast är reglering av ugnstemperaturen. Den görs zonvis med hjälp av elektroniska regulatorer, som numera även innehåller datorer, som kan programmeras på en mängd olika sätt. Varje zon ställs in på en temperatur som väljs så lågt som möjligt, men ändå högt nog för att värmningen skall bli tillräcklig. Vi vill ju inte övervärma materialet med en hög avbränna som följd.

Den önskade zontemperaturen ställs in på aktuell regulator. Termoelement i ugnsrummet mäter den aktuella ugnstemperaturen. Den önskade temperaturen kallas börvärdet och den uppmätta ärvärdet. Avviker dessa från varandra ökar eller minskar regulatorn pådraget till brännarna för att ändra på ärvärdet, så att avvikelsen minskar eller helst försvinner.

En måttlig ökning av ugnens produktion medför att ärvärdet för zontemperaturen sjunker. Detta känner regulatorn av och ökar pådraget till brännarna, och den önskade zontemperaturen återställs.

Vid större ökningar i produktionen måste man även höja zontemperaturen för att ugnen skall hinna värma materialet. Värmeöverföringen beror ju bland annat på temperaturdifferensen mellan material och ugnsgas. Ökas differensen, så ökar energiöverföringen och därmed värmningshastigheten. Detta gäller så länge det värmda materialet hinner transportera energin inåt centrum. Då denna energitransport har nått sitt högsta värde kan uppvärmningshastigheten ej längre ökas. Detta värde kan beräknas. Försöker man höja värmningshastigheten över denna gräns bränner man materialytan.

En minskning av ugnens produktion leder på motsvarande sätt till att pådraget till brännarna minskar.

I regulatorn finns en mängd kretsar som behandlar signalerna på olika sätt beroende på om en förändring inträffar snabbt eller långsamt, eller om långvariga mindre avvikelser i zontemperaturen finns.

Temperaturregleringen i varje ugnszon är i regel kompletterad med en kvotreglering som ger rätt förhållande mellan luft- och bränslemängder till brännarna över hela reglerområdet. Denna kvotreglering baseras på uppmätta bränsle- och luftflöden till brännarsystemet. Operatören har möjlighet att manuellt ställa in olika börvärden.

Ugnstrycket regleras med avgasspjället eller med en varvtalsstyrd fläkt. Trycket bör hållas något över omgivningens tryck. Därmed fås minsta möjliga inläckage av luft i ugnen. Samtidigt läcker endast begränsade mängder avgaser ut ur ugnen.

Det är alltså bättre med ett litet utläckage av avgaser än ett inläckage av luft, eftersom inläckningen medför avkylning av ugnsgaserna och höjer syrehalten. Inläckning av luft medför också en klart högre bränsleförbrukning liksom ökad glödskalsbildning.

Det förekommer i en del fall reglering av O₂-halten genom separat mätning av O₂ i avgaserna och en automatisk justering av luftflödet till brännarna. Systemet kan fungera bra om ugnen är tät, men det är mindre bra om ugnsrummet är otätt och det läcker in kalluft i ugnen. Mätsystemet känner då det extra syret som tillförts med läckageluften och kompenserar med att minska förbränningsluften.

Är läckagen riktigt stora kan den påtvingade minskningen av förbränningsluften bli så stor att brännarna körs med för litet luft. Flammorna börjar då ryka kraftigt och förbränningen fortsätter ibland ute i avgaskanalen. Bränsleförbrukningen ökar kraftigt, och det kan vara svårt att förstå skälet till detta.

Lösningen på detta problem är en relativt kraftig höjning av ugnstrycket så att läckaget minskas.

Ett speciellt styrsystem har utvecklats vid MEFOS i Luleå och kallas för FOCS (Fuel Optimizing Control System). Systemet bygger i korthet på att en dator får göra värmningsberäkningarna, och beräkningsresultatet ligger sedan till grund för styrningen av ugnen och dess pådrag.

Systemet innehåller funktioner för materialföljning, bränsleoptimering och stilleståndsreglering, programstyrd upp- och nedkörning, operatörskommunikation, kommunikation med andra datorer, loggning och larm.

Bränslebesparingar på över 10 % har uppnåtts genom användning av FOCS. Dessutom har minskade glödskalsförluster och förbättrade materialegenskaper hos den färdiga produkten noterats.

Elugnar med motståndselement styrs i regel genom tyristorsystem som reglerar strömmen genom elelementen. Två huvudtyper av tyristorreglering finns, fasvinkelstyrning och pulstågstyrning. Man föredrar den senare då den ger minimal störning på elnätet.

Induktionsugnarna har roterande eller statiska omformare och tyristorsystem för själva effektstyrningen.