步進式加熱爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、步進式加熱爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計目前，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

2、，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:生產(chǎn)能耗大幅度降低。產(chǎn)量大幅度提高。生產(chǎn)自動化水平非常高，原加熱爐的控制系統(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)

3、，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180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壕鶠槟蜔徼T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90mm，齒距為190mm，步距為145mm。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

4、種動作，升降時對鋼管輕托輕放，前進時緩起緩?fù)＃瑹o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520mm。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和保溫后鋼管全長溫度均勻性在10以內(nèi)的要求。同時更方便用戶控制鋼管端溫度，滿足淬火

5、需要。淬火爐最高控制爐溫960，允許max1050?；鼗馉t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，保溫后鋼管全長溫度均勻性10的要求?；鼗馉t最高控制爐溫750，允許max800（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。這種方式可有

6、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)及金屬探測器而自動輸送到爐外輥道上。待爐內(nèi)裝料端空

7、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

8、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。