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(shè)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(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。本文通過對步進式加熱爐 系統(tǒng)的設(shè)計，從而反映出當今自動化技術(shù)的發(fā)展方向。同時，介紹了軟件設(shè)計思想和脈沖式燃燒控制技 術(shù)原理特點及在本系統(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、高度自動化的步進梁式加熱爐，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(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(shè)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。活動梁和固定梁 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?fù)?，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(shè)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(guān)鍵控制技術(shù) 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(shè)備如進料輥道、步進梁、出料輥道、液壓站及其它公輔設(shè)施，設(shè)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(guān)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(guān)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(shè)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(shù)也應(yīng)運而生，并在 國內(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(shù)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(shù)，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(shè)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(shè)定溫度來 控制燃燒時的燃料流量，當設(shè)定溫度較低時，將主燃料控制閥門關(guān)小，當設(shè)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(guān)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。