步进式加热炉自动控制系统的设计

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1、步进式加热炉自动控制系统的设计陈烈1，陈伦铭2科达机电西南科技大学摘  要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。本文通过对步进式加热炉系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。同时，介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。1 引言　　加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。　　我国轧钢工业的加热炉型有

2、推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送钢管，钢管之间可以留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦，出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕，钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。　　全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点:　　①生产能耗大幅度降低。②产量大幅度提高。③生产自动化水平

3、非常高，原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PLC或DCS系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。本工程是某钢铁集团新建的φ180小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。2 工艺描述　　本系统的工艺流程图见图1图1 步进式加热炉工艺流程图　　淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出;炉子布料：单排。活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于141.3mm钢管，每个齿槽内放

4、一根钢管。直径大153.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各90mm，齿距为190mm，步距为145mm。因此每次步进时，钢管都能转动一角度，使钢管加热均匀，并防止在炉内弯曲变形。步进梁能进行正循环，送循环、单动、点动各种动作，升降时对钢管轻托轻放，前进时缓起缓停，无振动冲击和失控现象。同时，具有踏步功能，踏步时向后步距为45mm，使钢管在原齿槽内不断转动。　　固定梁用带保温支柱支撑其顶面高出炉底520mm。使炉气能围绕钢管形成良好的循环，保证均匀加热。　　淬火炉沿炉长方向分为装料段、加热段和保温段。装料段炉顶压低，不装排烟予热

5、钢管（三个测量温度点），以免钢管突然受到强大热流冲击产生弯曲变形。　　加热段沿炉宽方向分为四个区段进行比例燃烧和温度控制。保温段沿炉宽方向分4区段进行脉冲燃烧和温度控制（用二套控制器），以确保保温区炉温±5℃和保温后钢管全长温度均匀性在10℃以内的要求。同时更方便用户控制钢管端温度，满足淬火需要。　　淬火炉最高控制炉温960℃，允许max1050℃。　　回火炉沿炉长方向分为装料段，加热段，均温段和保温段。同样装料段不设烧嘴。加热段沿炉宽方向分二个温区，中间8个烧嘴为一个温区，两边各4个烧嘴合起来为一温区，用一个脉冲控制器控制。均温段、保温段沿炉宽方向各分

6、为四区（每二个温区一个控制器），均采用脉冲燃烧温度控制。　　确保炉温控制±5℃，保温后钢管全长温度均匀性10℃的要求。　　回火炉最高控制炉温750℃，允许max800℃（为生产高压锅炉管作储备）。　　淬火炉、回火炉炉内烟气均经装料段下方的八个分烟管引出，进入集烟管，由集烟管中部引至总烟管，通过空气予热器回收烟气余热，再经烟道由烟囱排入大气。这种方式可有效防止炉内烟气的偏流。　　淬、回火炉进出料均采用侧进，侧出方式。淬火炉装出料悬臂辊采用斜80角安装，使钢管在入炉和出炉时产生自转并靠向装出料端墙一侧靠齐，其目的是防止钢管入炉时弯曲并有利装出料定位。3步进式

7、加热炉生产中的关键控制技术　　3.1 生产节奏的控制　　步进式加热炉生产中的生产节奏的控制是非常重要的，在管材线全自动、全连续工作时，加热炉区的机械设备如进料辊道、步进梁、出料辊道、液压站及其它公辅设施，设备运行节奏必须高度统一，才能实现管材物流全过程准确定位，以实现全自动、全连续工作。　　依据生产调度计划而需要装炉时，通过上料台架输送至装料辊道，经光电开关及金属探测器而自动输送到炉外辊道上。待炉内装料端空出位置时，自动开启炉门，由其及炉内辊道托入炉内放置到固定梁上，并由此开始进行炉内的管材物流跟踪。管材通过炉子步进梁自装料端一步步地移送到炉子的出料端。

8、由装在出料端的光电开关检测到管材边缘并在步进梁完成此时的步距运行后，暂停步进梁的