2022年步进式加热炉自动控制系统方案 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用步进式加热炉自动掌握系统的设计1 引 言加热炉是轧钢工业必需配备的热处理设备;随着工业自动化技术的不断进展,现代化 的轧钢厂应当配置大型化的、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,难以实现治理自动化;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
2、间可以留出间隙,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 排除了滑轨擦痕,钢管加热断面温差小、加热匀称,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:生产能耗大幅度降低;产量大幅度提高;生产自动化水平特别高,原加热炉的掌握系统大多是单回路外表和继电规律掌握系 PLC 或 统,传动系统也大多是模拟量掌握式的供电装置,现在的加热炉的掌握系统都是DCS 系统,而且大多仍具有二级过程掌握系统和三级生产治理系统;传动系统都是全数字 化的直流或沟通供电装置;本工程是
3、某钢铁集团新建的 式加热炉设备;2 工艺描述 180小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进名师归纳总结 本系统的工艺流程图见图1;第 1 页,共 13 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 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,每个齿槽内放一根钢管;直径大于 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
4、每次步进时,钢管都能转动一角度,使钢管加热匀称,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 环,保证匀称加热;520mm ;使炉气能环绕钢管形成良好的循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掌握;保温段沿炉宽方向分 4 区段进行脉冲燃烧和温度掌握 用二套掌握
5、器),以确保保温区炉温5和保温后钢管全长温度匀称性在 10以内的要求,同时更便利用户掌握钢管端温度,满意淬火需要;淬火炉最高掌握炉温 960,答应 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,用一个脉冲掌握器掌握;均温段、保温段沿炉宽方向各分为四区 每二个温区一个控制器),均采纳脉冲燃烧温度掌握;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用确保炉温掌握 5,保温后钢管
6、全长温度匀称性 10的要求;回火炉最高掌握炉温750,答应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、回火炉进出料均采纳侧进,侧出方式;淬火炉装出料悬臂辊采纳斜 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 步进式加热炉生产中的关键掌握技术3.1 生产节奏的掌握步进式加热炉生产中的生产节奏的掌握是特别重要的,在管材线全自动、全连续工作 时,加热
7、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 运行节奏必需高度统一,才能实现管材物流全过程精确定位,以实现全自动、全连续工 作;依据生产调度方案而需要装炉时,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,并由此开头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;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,暂停步进梁的移送动作,PLC 同时测算等待出炉管材的位置;在加热炉接到出钢信号后,再自动开启出料炉门,由
8、出料辊道运至炉外出料辊道上;当金属检测器探测到管材时,在由出料辊道输送至其他设备,进行下一道工艺;管材输送、测量、装出料、物流跟踪以及管材的数据信息交换通过 PLC 和二级运算机 系统进行次序、定时、联锁与规律掌握,实现操作自动化和运算机治理;3.2 加热炉燃烧掌握工业炉的燃烧掌握水平直接影响到生产的各项指标,例如:产品质量、能源消耗等;目前国内的工业炉一般都采纳连续燃烧掌握的形式,即通过掌握燃料、助燃空气流量的大名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用小来使炉内的温度、燃烧气氛达到工艺要求;由
9、于这种连续燃烧掌握的方式往往受到燃料 流量的调剂和测量等环节的制约,所以目前大多数工业炉的掌握成效不佳;随着工业炉工 业的迅猛进展,脉冲式燃烧掌握技术也应运而生,并在国内外得到肯定程度的应用,取得 了良好的使用成效;目前高档工业产品对炉内温度场的匀称性要求较高,对燃烧气氛的稳固可控性要求较 高,使用传统的连续燃烧掌握无法实现;随着宽断面、大容量的工业炉的显现,必需采纳 脉冲燃烧掌握技术才能掌握炉内温度场的匀称性;本系统主要采纳脉冲燃烧系统;它是一种间断燃烧的方式,使用脉宽调制技术,通过 调剂燃烧时间的占空比 通断比)实现窑炉的温度掌握;燃烧状态下的燃料流量可通过主 燃料掌握阀门在线调剂,燃烧器
10、一旦燃烧,就处于其设计的正确燃烧状态,保证燃烧器燃 烧时的燃气出口速度不变;掌握系统使炉内燃烧器交替燃烧,通过燃气在炉内的不断搅 拌,使炉内温度场匀称分布;当需要升温时,燃烧器燃烧时间加长,间断时间减小;需要 降温时,燃烧器燃烧时间减小,间断时间加长;并依据炉内的设定温度来掌握燃烧时的燃 料流量,当设定温度较低时,将主燃料掌握阀门关小,当设定温度较高时,将主燃料掌握阀门开大,防止炉内处于低温状态时,燃气与炉内的温度差过大,对炉内制品造成的直接 热冲击;脉冲燃烧系统的主要优点为:1)系统简洁牢靠,造价低 2)可提高炉内温度场的匀称性 3)传热效率高,大大降低能耗 4)燃烧器的负荷调剂比大 5)无
11、需在线调整,即可实现空燃比的精确掌握 与传统的比例燃烧掌握相比,脉冲燃烧掌握系统中参加掌握的外表大大削减,仅有温度传感器、掌握器和执行器,省略了大量价格昂贵的流量、压力检测掌握机构;并且,由于只需两位式开关掌握,执行器也由原先的气动 系统的牢靠性,大大降低了系统造价;电动)掌握阀门变为电磁阀门,增加了一般烧嘴的空燃比一般为 1:4 左右,当烧嘴在满负荷工作时,燃气流速、火焰外形、热效率均可达到正确状态,但当烧嘴流量接近其最小流量时,热负荷最小,燃气流速大大降低,火焰外形达不到要求,热效率急剧下降,高速烧嘴工作在满负荷流量 50%以下时,上述各项指标距设计要求就有了较大的差距;脉冲燃烧就不然,无
12、论在何种情形下,烧嘴名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用只有两种工作状态,一种是满负荷工作,另一种是不工作,只是通过调整两种状态的时间 比进行温度调剂,所以采纳脉冲燃烧可补偿烧嘴调剂比低的缺陷,需要低温掌握时仍能保 证烧嘴工作在正确燃烧状态;在使用高速烧嘴时,燃气喷出速度快,使四周形成负压,将 大量炉内烟气吸人主燃气内,进行充分搅拌混合,延长了烟气在炉内的滞留时间,增加了 烟气与制品的接触时间,从而提高了对流传热效率;4 系统简介4.1 系统构成系统拓扑图见图 2;图 2 系统拓扑图本加热炉
13、自动化掌握系统由基础自动化系统L1 )和过程运算机掌握系统L2 )共同构成;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用本系统一级基础自动化掌握系统由淬火炉电气传动部分、回火炉电气传动部分和淬火炉仪控部分、回火炉仪控部分四个掌握站;淬火炉电气传动部分 PLC 为 S7 315-2DP 带 4 个 ET200M 从站和 3 个 PROFIBUS-DP 卡的西门子变频器 MM440 系列,实现辊道的顺控,钢管在入炉辊道上的定位掌握,步进梁掌握的功能;淬火炉传动系统采纳变频掌握,变频器是由西门子公司供应的
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