步進式加熱爐

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1、 步進式加熱爐自動控制系統(tǒng)的設計 2009-5-7 9:47:00來源：作者：網(wǎng)友評論0條點擊查看 摘要：目前，工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。本文通過對步進式加熱爐 系統(tǒng)的設計，從而反映出當今自動化技術的發(fā)展方向。同時，介紹了軟件設計思想和脈沖式燃燒控制技 術原理特點及在本系統(tǒng)的應用。 1引言 加熱爐是軋鋼工業(yè)必須配備的熱處理設備。隨著工業(yè)自動化技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的軋鋼廠應該 配置大型化的、高度自動化的步進梁式加熱爐，其生產(chǎn)應符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生 產(chǎn)操作自動化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強產(chǎn)品的市場競爭力。 我國軋鋼工業(yè)的加熱

2、爐型有推鋼式爐和步進式爐兩種，但推鋼式爐有長度短、 產(chǎn)量低，燒損大，操作不當時會粘鋼造成生產(chǎn)上的問題，難以實現(xiàn)管理自動化。由于推鋼式爐有難 以克服的缺點，而步進梁式爐是靠專用的步進機構(gòu)，在爐內(nèi)做矩形運動來移送鋼管，鋼管之間可以留出 空隙，鋼管和步進梁之間沒有摩擦，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，爐長不受限制，產(chǎn)量高，生產(chǎn)操作靈活等特點，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)操作自動化的工藝要求。 全連續(xù)、全自動化步進式加熱爐。這種生產(chǎn)線都具有以下特點 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過程控制系統(tǒng)和三級生產(chǎn)管理系 統(tǒng)。傳動系統(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式加熱爐設 備。 2工藝描述 本系統(tǒng)的工藝流程圖見圖1 版權所有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 逬庫火爐加熱 其它設備 圖1步進式加熱爐工藝流程圖 淬火爐和回火爐均為步進梁式加熱爐。裝出料方式：側(cè)進，側(cè)出;爐子布料：單排?；顒恿汉凸潭?均為耐熱鑄鋼，頂面帶齒形面，直徑小于141.3mm鋼管，每個齒槽內(nèi)放一根鋼管。直徑大于153.7mm的 鋼管每隔一齒放一根鋼管?；顒恿荷?80mm，上、下各90m m,齒距為190m m,步距為145m m。因此 每次步進時，鋼管都能轉(zhuǎn)動一角度，使鋼管加熱均勻，并防止在爐內(nèi)彎曲變形。步進梁能進行正循環(huán)， 送循環(huán)、單動、點動各種動作，升降時對鋼管輕托輕放，前進時緩起

5、緩停，無振動沖擊和失控現(xiàn)象。同 時，具有踏步功能，踏步時向后步距為45mm，使鋼管在原齒槽內(nèi)不斷轉(zhuǎn)動。 固定梁用帶保溫支柱支撐其頂面高出爐底520m m。使爐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（三個測量 溫度點），以免鋼管突然受到強大熱流沖擊產(chǎn)生彎曲變形。 加熱段沿爐寬方向分為四個區(qū)段進行比例燃燒和溫度控制。保溫段沿爐寬方向分4區(qū)段進行脈沖燃 燒和溫度控制（用二套控制器），以確保保溫區(qū)爐溫±5°C和保溫后鋼管全長溫度均勻性在10°C以內(nèi)的要 求。同時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。 回火爐沿爐長方向分為裝料段，加熱段，均溫段和保溫段。同樣裝料段不設燒嘴。加熱段沿爐寬方 向分二個溫區(qū)，中間8個燒嘴為一個溫區(qū)，兩邊各4個燒嘴合起來為一溫區(qū)，用一個脈沖控制器控制。 均溫段、保溫段沿爐寬方向各分為四區(qū)（每二個溫區(qū)一個控制器），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)高壓鍋爐管作儲備）。 淬火爐、回火爐爐內(nèi)煙氣均經(jīng)裝料段下方的八個分煙管引出，進入集煙管，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爐內(nèi)煙氣的偏流。 淬、回火爐進出料均采用側(cè)進，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彎曲并有利裝出料定位。 3步進式加熱爐生產(chǎn)中的關鍵控制技術 3.1生產(chǎn)節(jié)奏的控制 步進式加熱爐生產(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、全連續(xù)工作時，加熱爐區(qū) 的機械設備如進料輥道、步進梁、出料輥道、液壓站及其它公輔設施，設備運行節(jié)奏必須高度統(tǒng)一，才 能實現(xiàn)管材物流全過程準確定位，以實現(xiàn)全自動、全連續(xù)工作。 依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度計劃而需要裝爐時，通過上料臺架輸送至裝料輥道，經(jīng)光電開關及金屬探測器

8、而自動 輸送到爐外輥道上。待爐內(nèi)裝料端空出位置時，自動開啟爐門，由其及爐內(nèi)輥道托入爐內(nèi)放置到固定梁 上，并由此開始進行爐內(nèi)的管材物流跟蹤。管材通過爐子步進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檢測到管材邊緣并在步進梁完成此時的步距運行后，暫停步進梁的移送動作， PLC同時測算等待出爐管材的位置。在加熱爐接到出鋼信號后，再自動開啟出料爐門，由出料輥道運至 爐外出料輥道上。當金屬檢測器探測到管材時，在由出料輥道輸送至其他設備，進行下一道工藝。 管材輸送、測量、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 級計算機系統(tǒng)進行順序、定時、聯(lián)鎖與邏輯控制，實現(xiàn)操作自動化

9、和計算機管理。 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)的各項指標，例如：產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗等。目前國內(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爐內(nèi)的溫度、燃燒氣 氛達到工藝要求。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也應運而生，并在 國內(nèi)外得到一定程度的應用，取得了良好的使用效果。 目前高檔工業(yè)產(chǎn)品對爐內(nèi)溫度場的均勻性要求較高，對燃燒氣氛的穩(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才能控制 爐內(nèi)溫度場的均勻性。 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，通過調(diào)節(jié)燃燒時間 的占空比（通斷比）實現(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，就處于其設計的最佳燃燒狀態(tài)，保證燃燒器燃燒時的燃氣出口速度不變?？刂葡到y(tǒng)使爐 內(nèi)燃燒器交替燃燒，通過燃氣在爐內(nèi)的不斷攪拌，使爐內(nèi)溫度場均勻分布。當需要升溫時，燃燒器燃燒 時間加長，間斷時間減小;需要降溫時，燃燒器燃燒時間減小，間斷時間加長。并根據(jù)爐內(nèi)的設定溫度來 控制燃燒時的燃料流量，當設定溫度較低時，將主燃料控制閥門關小，當設定溫度較高時，將主燃料控 制閥門開大，避免爐內(nèi)處于低溫狀態(tài)時，燃氣與爐內(nèi)的溫度差過大，對爐內(nèi)制品造成的直接熱沖擊。 脈沖燃燒系統(tǒng)的主要優(yōu)點為： 1） 系統(tǒng)簡單可靠，造價低。 2） 可提高爐內(nèi)溫度場的均勻性。 3） 傳熱效率咼，大大降低能耗。 4） 燃燒器的負荷調(diào)節(jié)比大。 5） 無需在線調(diào)整，即可實現(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，省略了大量價格昂貴的流量、壓力檢測控制機構(gòu)。并且，由于只需兩位式開關控制，執(zhí) 行器也由原來的氣動（電動）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。