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1、 步進(jìn)式加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2009-5-7 9:47:00來源：作者：網(wǎng)友評(píng)論0條點(diǎn)擊查看 摘要：目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。本文通過對(duì)步進(jìn)式加熱爐 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而反映出當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。同時(shí)，介紹了軟件設(shè)計(jì)思想和脈沖式燃燒控制技 術(shù)原理特點(diǎn)及在本系統(tǒng)的應(yīng)用。 1引言 加熱爐是軋鋼工業(yè)必須配備的熱處理設(shè)備。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的軋鋼廠應(yīng)該 配置大型化的、高度自動(dòng)化的步進(jìn)梁式加熱爐，其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生 產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 我國(guó)軋鋼工業(yè)的加熱

2、爐型有推鋼式爐和步進(jìn)式爐兩種，但推鋼式爐有長(zhǎng)度短、 產(chǎn)量低，燒損大，操作不當(dāng)時(shí)會(huì)粘鋼造成生產(chǎn)上的問題，難以實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。由于推鋼式爐有難 以克服的缺點(diǎn)，而步進(jìn)梁式爐是靠專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)，在爐內(nèi)做矩形運(yùn)動(dòng)來移送鋼管，鋼管之間可以留出 空隙，鋼管和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，出爐鋼管通過托出裝置出爐，完全消除了滑軌擦痕，鋼管加熱斷面 溫差小、加熱均勻，爐長(zhǎng)不受限制，產(chǎn)量高，生產(chǎn)操作靈活等特點(diǎn)，其生產(chǎn)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié) 能、無公害以及生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求。 全連續(xù)、全自動(dòng)化步進(jìn)式加熱爐。這種生產(chǎn)線都具有以下特點(diǎn) ① 生產(chǎn)能耗大幅度降低。 ② 產(chǎn)量大幅度提高。 ③ 生產(chǎn)自動(dòng)化水平非常高，原

3、加熱爐的控制系統(tǒng)大多是單回路儀表和繼電邏 輯控制系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)也大多是模擬量控制式的供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制 系統(tǒng)都是PLC或DCS系統(tǒng)，而且大多還具有二級(jí)過程控制系統(tǒng)和三級(jí)生產(chǎn)管理系 統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。 本工程是某鋼鐵集團(tuán)新建的（1180小口徑無縫連軋鋼管生產(chǎn)線中的熱處理線部分的步進(jìn)式加熱爐設(shè) 備。 2工藝描述 本系統(tǒng)的工藝流程圖見圖1 版權(quán)所有CABCID 1 吊車上料至上聘自衆(zhòng) 岀爐視道輸送 工 工 人工解用與補(bǔ)助攤平 丁 丁 逬爐規(guī)道輸送 丁 後人逬爐眾道 逬回火爐加嘉

4、丁 丁 輸送入爐 岀爐輒遢藏選 丁 丁 逬庫(kù)火爐加熱 其它設(shè)備 圖1步進(jìn)式加熱爐工藝流程圖 淬火爐和回火爐均為步進(jìn)梁式加熱爐。裝出料方式：側(cè)進(jìn)，側(cè)出;爐子布料：?jiǎn)闻?。活?dòng)梁和固定梁 均為耐熱鑄鋼，頂面帶齒形面，直徑小于141.3mm鋼管，每個(gè)齒槽內(nèi)放一根鋼管。直徑大于153.7mm的 鋼管每隔一齒放一根鋼管。活動(dòng)梁升程180mm，上、下各90m m,齒距為190m m,步距為145m m。因此 每次步進(jìn)時(shí)，鋼管都能轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，使鋼管加熱均勻，并防止在爐內(nèi)彎曲變形。步進(jìn)梁能進(jìn)行正循環(huán)， 送循環(huán)、單動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)各種動(dòng)作，升降時(shí)對(duì)鋼管輕托輕放，前進(jìn)時(shí)緩起

5、緩?fù)＃瑹o振動(dòng)沖擊和失控現(xiàn)象。同 時(shí)，具有踏步功能，踏步時(shí)向后步距為45mm，使鋼管在原齒槽內(nèi)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)。 固定梁用帶保溫支柱支撐其頂面高出爐底520m m。使?fàn)t氣能圍繞鋼管形成良好的循環(huán)，保證均勻加 熱。 淬火爐沿爐長(zhǎng)方向分為裝料段、加熱段和保溫段。裝料段爐頂壓低，不裝排煙予熱鋼管（三個(gè)測(cè)量 溫度點(diǎn)），以免鋼管突然受到強(qiáng)大熱流沖擊產(chǎn)生彎曲變形。 加熱段沿爐寬方向分為四個(gè)區(qū)段進(jìn)行比例燃燒和溫度控制。保溫段沿爐寬方向分4區(qū)段進(jìn)行脈沖燃 燒和溫度控制（用二套控制器），以確保保溫區(qū)爐溫±5°C和保溫后鋼管全長(zhǎng)溫度均勻性在10°C以內(nèi)的要 求。同時(shí)更方便用戶控制鋼管端溫度，滿足淬火需要。 淬火爐最

6、高控制爐溫960C，允許max1050°C。 回火爐沿爐長(zhǎng)方向分為裝料段，加熱段，均溫段和保溫段。同樣裝料段不設(shè)燒嘴。加熱段沿爐寬方 向分二個(gè)溫區(qū)，中間8個(gè)燒嘴為一個(gè)溫區(qū)，兩邊各4個(gè)燒嘴合起來為一溫區(qū)，用一個(gè)脈沖控制器控制。 均溫段、保溫段沿爐寬方向各分為四區(qū)（每二個(gè)溫區(qū)一個(gè)控制器），均采用脈沖燃燒溫度控制。 確保爐溫控制±5°C，保溫后鋼管全長(zhǎng)溫度均勻性10C的要求。 回火爐最高控制爐溫750C，允許max800C（為生產(chǎn)高壓鍋爐管作儲(chǔ)備）。 淬火爐、回火爐爐內(nèi)煙氣均經(jīng)裝料段下方的八個(gè)分煙管引出，進(jìn)入集煙管，由集煙管中部引至總煙 管，通過空氣予熱器回收煙氣余熱，再經(jīng)煙道由煙囪排入大氣

7、。這種方式可有效防止?fàn)t內(nèi)煙氣的偏流。 淬、回火爐進(jìn)出料均采用側(cè)進(jìn)，側(cè)出方式。淬火爐裝出料懸臂輥采用斜80角安裝，使鋼管在入爐和 出爐時(shí)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)并靠向裝出料端墻一側(cè)靠齊，其目的是防止鋼管入爐時(shí)彎曲并有利裝出料定位。 3步進(jìn)式加熱爐生產(chǎn)中的關(guān)鍵控制技術(shù) 3.1生產(chǎn)節(jié)奏的控制 步進(jìn)式加熱爐生產(chǎn)中的生產(chǎn)節(jié)奏的控制是非常重要的，在管材線全自動(dòng)、全連續(xù)工作時(shí)，加熱爐區(qū) 的機(jī)械設(shè)備如進(jìn)料輥道、步進(jìn)梁、出料輥道、液壓站及其它公輔設(shè)施，設(shè)備運(yùn)行節(jié)奏必須高度統(tǒng)一，才 能實(shí)現(xiàn)管材物流全過程準(zhǔn)確定位，以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、全連續(xù)工作。 依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃而需要裝爐時(shí)，通過上料臺(tái)架輸送至裝料輥道，經(jīng)光電開關(guān)及金屬探測(cè)器

8、而自動(dòng) 輸送到爐外輥道上。待爐內(nèi)裝料端空出位置時(shí)，自動(dòng)開啟爐門，由其及爐內(nèi)輥道托入爐內(nèi)放置到固定梁 上，并由此開始進(jìn)行爐內(nèi)的管材物流跟蹤。管材通過爐子步進(jìn)梁自裝料端一步步地移送到爐子的出料端。 由裝在出料端的光電開關(guān)檢測(cè)到管材邊緣并在步進(jìn)梁完成此時(shí)的步距運(yùn)行后，暫停步進(jìn)梁的移送動(dòng)作， PLC同時(shí)測(cè)算等待出爐管材的位置。在加熱爐接到出鋼信號(hào)后，再自動(dòng)開啟出料爐門，由出料輥道運(yùn)至 爐外出料輥道上。當(dāng)金屬檢測(cè)器探測(cè)到管材時(shí)，在由出料輥道輸送至其他設(shè)備，進(jìn)行下一道工藝。 管材輸送、測(cè)量、裝出料、物流跟蹤以及管材的數(shù)據(jù)信息交換通過PLC和二 級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行順序、定時(shí)、聯(lián)鎖與邏輯控制，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化

9、和計(jì)算機(jī)管理。 3.2加熱爐燃燒控制 工業(yè)爐的燃燒控制水平直接影響到生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)，例如：產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗等。目前國(guó)內(nèi)的工 業(yè)爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過控制燃料、助燃空氣流量的大小來使?fàn)t內(nèi)的溫度、燃燒氣 氛達(dá)到工藝要求。由于這種連續(xù)燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調(diào)節(jié)和測(cè)量等環(huán)節(jié)的制約，所以目 前大多數(shù)工業(yè)爐的控制效果不佳。隨著工業(yè)爐工業(yè)的迅猛發(fā)展，脈沖式燃燒控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，并在 國(guó)內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。 目前高檔工業(yè)產(chǎn)品對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性要求較高，對(duì)燃燒氣氛的穩(wěn)定可控性要求較高，使用傳統(tǒng) 的連續(xù)燃燒控制無法實(shí)現(xiàn)。隨著寬斷面、大容量的工業(yè)爐的出

10、現(xiàn)，必須采用脈沖燃燒控制技術(shù)才能控制 爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性。 本系統(tǒng)主要采用脈沖燃燒系統(tǒng)。它是一種間斷燃燒的方式，使用脈寬調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)燃燒時(shí)間 的占空比（通斷比）實(shí)現(xiàn)窯爐的溫度控制。燃燒狀態(tài)下的燃料流量可通過主燃料控制閥門在線調(diào)節(jié)，燃 燒器一旦燃燒，就處于其設(shè)計(jì)的最佳燃燒狀態(tài)，保證燃燒器燃燒時(shí)的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔??？刂葡到y(tǒng)使?fàn)t 內(nèi)燃燒器交替燃燒，通過燃?xì)庠跔t內(nèi)的不斷攪拌，使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)均勻分布。當(dāng)需要升溫時(shí)，燃燒器燃燒 時(shí)間加長(zhǎng)，間斷時(shí)間減小;需要降溫時(shí)，燃燒器燃燒時(shí)間減小，間斷時(shí)間加長(zhǎng)。并根據(jù)爐內(nèi)的設(shè)定溫度來 控制燃燒時(shí)的燃料流量，當(dāng)設(shè)定溫度較低時(shí)，將主燃料控制閥門關(guān)小，當(dāng)設(shè)定溫度較高時(shí)，將主燃料控 制閥門開大，避免爐內(nèi)處于低溫狀態(tài)時(shí)，燃?xì)馀c爐內(nèi)的溫度差過大，對(duì)爐內(nèi)制品造成的直接熱沖擊。 脈沖燃燒系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)為： 1） 系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低。 2） 可提高爐內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性。 3） 傳熱效率咼，大大降低能耗。 4） 燃燒器的負(fù)荷調(diào)節(jié)比大。 5） 無需在線調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)空燃比的精確控制。 與傳統(tǒng)的比例燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統(tǒng)中參與控制的儀表大大減少，僅有溫度傳感器、控 制器和執(zhí)行器，省略了大量?jī)r(jià)格昂貴的流量、壓力檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)。并且，由于只需兩位式開關(guān)控制，執(zhí) 行器也由原來的氣動(dòng)（電動(dòng)）控制閥門變?yōu)殡姶砰y門，增加了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了系統(tǒng)造價(jià)。