【正文】 全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年可生產(chǎn)冷軋寬帶鋼和窄帶鋼約 400 萬(wàn) t 和 100 萬(wàn) t，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍存在較大缺口，每年需花費(fèi)大量外匯從國(guó)外進(jìn)口冷軋帶鋼。因此， 近年來(lái)冷軋窄帶鋼生產(chǎn)在我國(guó)的中小城鎮(zhèn)和邊遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展很快。因此，冷軋窄帶鋼生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事工業(yè)發(fā)展中更具有特殊的意義。在退火過(guò)程中將發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大等結(jié)構(gòu)上的變化。冷軋帶鋼卷退火工藝制度還需根據(jù)多年生產(chǎn)實(shí)踐以及各鋼種工藝試驗(yàn)逐步修訂，不斷完善。從室溫到 400℃，加熱速度一般情況下是不控制的。 從 400℃加熱到保溫溫度，加熱速度對(duì)帶鋼退火質(zhì)量是有影響的。 ⑵ 保溫溫度和保溫時(shí)間的制定 碳鋼再結(jié)晶開(kāi)始溫度為 450~500℃。 保溫溫度的選擇范圍也就是帶鋼再結(jié)晶的溫度范圍，主要根據(jù)鋼種、帶鋼厚度、卷重以及產(chǎn)品要求而確定，同時(shí)還應(yīng)考慮罩式爐內(nèi)保護(hù)氣體種類和爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)能力。 ⑶ 冷卻速度和出爐溫度的制定 根據(jù)多年生產(chǎn)實(shí)踐和國(guó)內(nèi)外關(guān)于冷軋帶鋼退火理論的論述，冷 卻速度一般情況下是不限制的，因?yàn)槔滠埶俣葘?duì)一般鋼種是不影響軋件性能的，而且加快冷卻速度，可以提高退火能力。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 4 研究 罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的意義 退火工藝在 決定鋼材的機(jī)械性能方面起著重要的作用。初退火主要是對(duì) 45號(hào)鋼以上和合金鋼、高合金鋼的熱軋板卷。中間退火一般采用再結(jié)晶退火。當(dāng)生產(chǎn) 50號(hào)鋼，而又要求其組織為片狀珠光體時(shí)，只能采用完全退火來(lái)達(dá)到這一要求。 ⑶ 提高生產(chǎn)效率 設(shè)計(jì)一個(gè)好的罩式爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)可以有效 地 提高生產(chǎn)效率，通過(guò)對(duì)燃料流量和空內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 5 氣流量的比值控制可以使燃料燃燒得充分，通過(guò)對(duì)溫度的反饋將溫度調(diào)節(jié)在允許的范圍內(nèi)，可以使罩式退火爐能夠不間斷 地 有效進(jìn)行，既提高了生產(chǎn)效率，又能保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格。 ⑵ 控制 規(guī)律的選擇 過(guò)程工業(yè)中常見(jiàn)的被控參數(shù)有溫度、壓力、液位和流量。這樣，只要知道了對(duì)象、控制閥和測(cè)量變送裝置放大倍數(shù)的正負(fù)，再根據(jù)開(kāi)環(huán)總放大倍數(shù)必須為負(fù)的要求，就可以確定出控制器的正、反作用。 系統(tǒng)整定就是對(duì)一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過(guò)控制器參數(shù)（δ、 TI、TD）的調(diào)整，使得系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。部分冷軋產(chǎn)品將在表面鍍（涂）以金屬鍍層或非金屬涂層，生產(chǎn)鍍（涂）層帶鋼（鋼板）。酸洗后的鋼板送冷軋機(jī)組進(jìn)行連續(xù)軋制。冷軋生產(chǎn)的板、卷還要進(jìn)行平整機(jī)平整、檢查涂油、卷取、打捆等，而后作為成品入庫(kù)。其中的冷連軋包括退火爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 例如：爐型為 200/460 型， 200 代表退火鋼卷最大外徑為 200cm； 460 代表退火鋼卷垛最大高度為 460cm。 目前我國(guó)主要大型鋼鐵公司冷軋鋼卷最大外徑有 1800mm、 1850mm、 2020mm、 2050mm、2500mm 以及 2550mm..鋼卷垛最大高度有 4200mm、 4400mm、 4600mm、 4900mm 以及 5300mm。 50 年代，單垛緊卷罩式爐加熱罩采用高壓噴射式煤氣燒嘴單列徑向布置，加熱罩爐襯是輕質(zhì)粘土磚砌筑。 60 年代，高壓噴射式燒嘴為雙列切向布 置，并有平行或交錯(cuò)兩種布置方式，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為雙列燒嘴交錯(cuò)方式布置為好，并將下排煙方式改為上排煙方式。技術(shù)性能主要包括： 爐型： 185/440 型單垛式緊卷罩式爐； 退火鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、深沖鋼以及低合金鋼； 用途：在保護(hù)氣體下 進(jìn)行再結(jié)晶光亮退火； 退火鋼卷最大外徑：φ 1850mm。 加熱罩小時(shí)能力： 2t/h。 燒嘴前空氣壓力： 3000~3500Pa。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 11 保護(hù)氣體最大消耗量： 30m3/h。 分流快冷工藝?yán)鋮s水排水溫度：≤ 42℃； 爐臺(tái)冷卻水用量： 3~5m3/h。 ③ 退火過(guò)程中煤氣、保護(hù)氣體、冷卻水以及電力等能源消耗應(yīng)盡量少，從而降低退火產(chǎn)品成本。 ⑴ 加熱罩 加熱罩是單垛式 緊卷罩式爐的主要設(shè)備。 ⑵ 爐臺(tái) 爐臺(tái)是罩式爐的主體設(shè)備，從某種意義上講，也可以說(shuō)是罩式爐的永久性設(shè)備。爐臺(tái)應(yīng)該具備承載能力、抵抗反復(fù)加熱和冷卻變形能力，并應(yīng)具有不漏氣、絕熱性能好、蓄熱量小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)流板回到鋼卷內(nèi)腔的保護(hù)氣體流回爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)入口處，這樣形成連續(xù)不間斷的循環(huán)保護(hù)氣體氣流。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 13 爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)爐內(nèi)保護(hù)氣體不能進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，爐內(nèi)上部溫度高，底部溫度低，鋼卷垛外圈溫度高，內(nèi)圈溫度低，產(chǎn)生了爐溫不均勻。帶有分流快速冷卻設(shè)備的罩式爐冷卻階段占用時(shí)間和加熱階段占用時(shí)間一般情況下是各占一半。在罩式爐整個(gè)退火過(guò)程中，加熱時(shí)間進(jìn)一步縮短還是有限度的，而冷卻階段采用快速冷卻設(shè)備，對(duì)于縮 短冷卻時(shí)間，提高退火能力還是大有潛力的。但因冷卻器盤(pán)圓形管裝在爐臺(tái)分流盤(pán)中，加熱階段不能通入冷卻水，只有在冷卻階段高溫（ 500℃）通冷卻水，這樣對(duì)冷卻器管的材質(zhì)和形狀等提出較高要求，而且冷卻器的能力也受到限制，尤其在操作時(shí)必須認(rèn)真遵守操作程序，以免發(fā)生爆炸事故。而另外安裝一套單獨(dú)系統(tǒng)，包括一臺(tái)分流風(fēng)機(jī)、冷卻器、控制蝶閥以及管路等。溫度過(guò)高時(shí)接通 分流 快速冷卻設(shè)備不能起到提高冷卻速度的作用。在分流風(fēng)機(jī)出口管路中安裝一個(gè)控制蝶閥，不使用分流冷卻設(shè)備時(shí)，關(guān)閉此蝶閥。 保護(hù)罩的設(shè)計(jì)要求是 導(dǎo)熱性能好、傳熱面積大、造價(jià)低、使用壽命長(zhǎng)。 中間對(duì)流板位于鋼卷之間，兩面均帶有導(dǎo)向條，中間夾焊平板，主要作用是使保護(hù)氣體氣流通過(guò)鋼卷端部進(jìn)行加熱或冷卻，是熱交換的重要手段，其次，對(duì)兩個(gè)鋼卷進(jìn)行隔離，防止鋼卷在退火過(guò)程中鋼卷端部粘連。曾 對(duì)最終冷卻臺(tái)頂部對(duì)流板采用過(guò)此種改進(jìn)，解決了上述操作困難問(wèn)題。收料時(shí)要檢查與核對(duì)來(lái)料，如有松卷、中心阻塞等現(xiàn)象要及時(shí)處理。 ⑵ 扣內(nèi)罩、密封檢查。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 16 5123467891 0m3/h,℃時(shí) 間控 制 溫 度底 部 溫 度卷 心 溫 度煤 氣 溫 度保 護(hù) 氣 流 量 圖 罩式爐退火程序 1裝料 。5高溫加熱 。9快速冷卻 。有的車間采氣檢驗(yàn)合格后，方結(jié)束冷吹，以保安全。熱吹一直持續(xù)到保溫結(jié)束。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 17 ⑹ 二次冷卻。 罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)常用的控制方案 罩式退火爐微機(jī)控制 自 80 年代以來(lái)，許多國(guó)家采用了一種與爐體一體化帶有微機(jī)的智能化溫控裝置，并取得了良好的效果。它可以存儲(chǔ) 6條 8段的溫度程序控制曲線，系統(tǒng)分辨率不大于 %，時(shí)間設(shè)定范圍為 1~999min，具有 4 種工作狀態(tài)，也可由操作者在裝置板上自行設(shè)定各程度段的溫度值和時(shí)間值，超上、下限報(bào)警值和 PID值，當(dāng)按工藝要求編程結(jié)束，可按鍵復(fù)查，對(duì)所預(yù)設(shè)置參數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，校核無(wú)誤后按下“運(yùn)行”鍵。為了方便操作，減少電網(wǎng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)采用了直觀的人機(jī)對(duì)話的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 18 形式輸入各種參數(shù)，調(diào)節(jié)器采用脈寬調(diào)制型過(guò)零觸發(fā)控制方式。一機(jī)多用，用一人操作即可，從而減少車間工藝定員。 在冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 19 重要控制回路的實(shí)現(xiàn) 方法 ： ⑴ 氫氣流量自動(dòng)調(diào)節(jié) 退火加熱和均熱期間要進(jìn)行氫氣吹掃，在保證鋼卷質(zhì)量情況下使用最少的氫氣流量，以節(jié)能降耗、節(jié)約成本，而且爐內(nèi)氣氛壓力必須保持穩(wěn)定。 ⑵ 退火過(guò)程溫度控制 退火過(guò)程溫度按工藝過(guò)程分為兩段，加熱段和均熱段。 ⑶ 循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻控制 在退火過(guò)程中，爐內(nèi)氣氛隨工藝過(guò)程不同而不同，這對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)要求較高，在不同介質(zhì)和不同溫度情況下的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速需進(jìn)行變速控制， 此 處 采用西門子變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)變速控制。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用，行程控制的方式滿足快冷過(guò)程的工藝要求。 ⑵ 從罩式退火爐運(yùn)行過(guò)程看，罩式退火爐運(yùn)行過(guò)程分為升溫、保溫和降溫過(guò)程。 ⑶ 從罩式退火爐運(yùn)行系統(tǒng)的參數(shù)看 ，可以從溫度參數(shù)、壓力參數(shù)和流量參數(shù)上考慮。 ② 壓力參數(shù) 此設(shè)計(jì)中涉及到幾個(gè)重要的壓力參數(shù)，包括爐膛壓力、燃料壓力等 ， 兩者都可采用一個(gè)單回路控制系統(tǒng)來(lái)控制 。 爐溫串級(jí)控制系統(tǒng)保證了爐溫控制在允許的范圍之內(nèi)，并通過(guò)空燃比控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣和燃料比值符合要求，既降低了成本，也保證了退火的質(zhì)量。 從 圖 可以看出，此設(shè)計(jì) 利用 兩 支 鎳鉻－鎳硅熱電偶分別檢測(cè) 鋼卷內(nèi)部溫度和 中間保護(hù)氣體的溫度 來(lái)控制爐溫 ； 利用 孔板在燃料和空氣管路上測(cè)量流量控制空燃比的穩(wěn)定 ； 從燃料管道 及爐膛底部各 取一個(gè)壓力檢測(cè)點(diǎn)來(lái)控制燃料的壓力 及爐膛壓力 ； 冷卻器排水溫度檢測(cè)通過(guò)一支熱電阻檢測(cè)水溫控制冷卻水的排水溫度 。如圖 所示。因鋼種、材質(zhì)和爐體的具體狀況不同 ， 退火溫度控制曲線 也會(huì)有所 不同。 在主、副控制器控制規(guī)律的選擇上，因溫度對(duì)象容量滯后比較大，為了克服容量滯后，就需要選用比例積分微分三作用的控制器作為主控制器，而副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了能快速跟蹤，副控制器不帶積分作用，因?yàn)榉e分作用會(huì)使跟蹤變得緩慢。 副 回 路 P I D 調(diào) 節(jié)器燃 料 執(zhí) 行 器K流 量 變 送空 氣 量 調(diào) 節(jié)器空 氣 執(zhí) 行 器流 量 變 送燃 料空 氣 圖 空燃比控制系統(tǒng) 圖 9 5 11 06 21 11 27 38 41 221 331 41 545開(kāi) 方 器9 5 11 06 21 11 27 38 4比 值 器9 5 11 06 21 11 27 38 4電 源1 61 71 81 92 01 1167891 0調(diào) 節(jié) 器9 5 11 06 21 11 27 38 4開(kāi) 方 器2 2 0 V零2 4 V+2 4 V++2 4 V+2 4 V+2 4 V21電 動(dòng) 執(zhí) 行 器1 221 331 41 5451 61 71 81 92 01 1167891 0~ 2 2 0 V1 221 331 41 5451 61 71 81 92 01 1167891 0~ 2 2 0 V記 錄 儀記 錄 儀差 壓 變 送 器差 壓 變 送 器圖 空燃比控制系統(tǒng)接線圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 26 此 設(shè)計(jì) 中 兩 個(gè) 檢測(cè)點(diǎn) 可用 鎳鉻 － 鎳 硅型 熱電 偶 ， 此外 用到的儀表有差壓變送器 、溫度變送器、 壓力傳感器、 壓力變送器、 電動(dòng) 執(zhí)行器 、 調(diào)節(jié)器、開(kāi)方器、安全柵、記錄報(bào)警儀等 ； 燃料 壓力控制 此系統(tǒng)中只要對(duì) 燃料 的流量 加以控制，便可以根據(jù)空煤比來(lái)控制空氣的流量，從而達(dá)到 對(duì)溫度的穩(wěn)定控制。如圖 所示。 在現(xiàn)場(chǎng)中，壓力變化迅速，可以仿照流量系統(tǒng)來(lái)選擇控制器型式和參數(shù)。因?yàn)閴毫Ω哂?1500Pa，砂封會(huì)被吹開(kāi)，而低于 500Pa 時(shí)，爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用會(huì)使內(nèi)罩下的 壓力形成負(fù)壓，所以要嚴(yán)格控制爐膛的壓力。從變送器出來(lái)的信號(hào)送往調(diào)節(jié)器，控制爐膛保護(hù)氣體排氣閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)爐膛壓力的穩(wěn)定。為使此系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)中壓力控制器選用正作用。在分流快速冷卻設(shè)備工作時(shí)，分流風(fēng)機(jī)只能從爐內(nèi)一側(cè)吸入 1/3~1/4 的保護(hù)氣體，而不是全部保護(hù)氣體進(jìn)行快速冷卻，故稱作分流快速冷卻設(shè)備。2冷卻 器 。溫度過(guò)高時(shí)接通快速冷卻設(shè)備不能起到提高冷卻速度的作用。在分流風(fēng)機(jī)出口管路中安裝一個(gè)控制蝶閥，不使用分流冷卻設(shè)備時(shí)，關(guān)閉此蝶閥。當(dāng)閥門開(kāi)度增大時(shí)，冷卻水排出水溫度將下降，對(duì)象放大倍數(shù)為負(fù)，變送器放大倍數(shù)為正。 冷 卻 器MT I CT R A T YT T4 0 14 0 54 0 44 0 2冷 卻 水 排 出 圖 冷卻器排水溫度控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 30 儀表 功能及選型 在此次設(shè)計(jì)中，用到的儀表有 傳感器、 調(diào)節(jié)器、變送器、記錄儀、 執(zhí)行器 、比值器等 、開(kāi)方器 ，在此就一些 主要 儀表 的 選型 方法作簡(jiǎn)要介紹 。它 的特點(diǎn)是使用溫度范圍寬，高溫下性能較穩(wěn)定，熱電熱與溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜，因此 ， 它是目前用量最大的一種熱電偶。 調(diào)節(jié)器 ⑴ 調(diào)節(jié)器的原理 調(diào)節(jié)器將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比 例、積分、微分(PID)運(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度及其他工藝變量的自動(dòng)控制。該式表明，當(dāng)調(diào)節(jié)器無(wú)積分作用( ??IT )或無(wú)微分作用 ? ?0?DT 時(shí)， 1?F ； FKP —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際比例增益； IFT —— 考慮相互干擾系數(shù)后的實(shí)際積分時(shí)間； F