【文章內(nèi)容簡介】 5%至 80%。中國冶金行業(yè)的軋鋼加熱爐在產(chǎn)量、爐型結(jié)構(gòu)、機(jī)械化、自動化水平及理論操作上與國外還存在一定的差距，爐子噸鋼燃耗高、效率低，造成了能源的極大浪費因此提高加熱爐效率、搞好加熱爐節(jié)能工作，是降低軋鋼生產(chǎn)成本，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效方法之一。 因此，要想提高燃料利用率，降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質(zhì)量，從而充分創(chuàng)造整個軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益，就要合理地選用加熱爐。爐型結(jié)構(gòu)的選擇：爐型結(jié)構(gòu)是加熱爐節(jié)能與否的先天性條件，因此在加熱爐新建時應(yīng)該盡量考慮到加熱爐節(jié)能的需要。爐型結(jié)構(gòu)的新建或改造，要使燃料燃燒盡可能多的在爐膛內(nèi)發(fā)生，減少出爐膛的煙氣熱損失；要盡可能多的江煙氣余熱回收到爐膛中來，提高爐子的燃料利用系數(shù)；盡量的減少爐膛各項固定熱損失，提高爐子熱效率。 減少爐膛熱損失：爐膛熱損失主要包括水冷、爐門輻射、逸氣、爐襯散熱等熱量損失。減少這部分熱量可以大幅度降低單耗。 煙氣余熱的回收利用：造成大量熱損失的主要原因還有煙道系統(tǒng)熱損失及換熱器換熱效率不高。 換熱器的合理選擇：燃燒器作為加熱裝置，越來越得到人們的重視，燃燒器的技術(shù)進(jìn)步也飛速發(fā)展，應(yīng)用比較廣泛，因此要選擇加熱質(zhì)量和節(jié)能效果比較好的燃燒器。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 步進(jìn)式爐的現(xiàn)狀 美國米蘭德公司于 1967 年 4 月成功設(shè)計出了世界上第一座步進(jìn)梁式加熱爐。同年 5 月由日本中外爐公司為名古屋鋼鐵廠設(shè)計的第二座步進(jìn)梁式加熱爐也成功面世。從此加熱爐進(jìn)入了步進(jìn)式爐的時代。 相對于其他爐型，步進(jìn)梁式加熱爐的優(yōu)點顯而易見。其具體優(yōu)點如下： ①鋼料靠步進(jìn)梁的運動在爐內(nèi)通過，因此鋼料之間可以留出間隙，不會產(chǎn)生粘結(jié)，鋼料之間空出一定間隙，還能縮短加熱時間，對氧化、脫碳要求嚴(yán)格的鋼料，共 43 頁 第 2 頁還因縮短在爐時間而能減少氧化和脫碳。 ②鋼料和步進(jìn)梁之間沒有摩擦，避免鋼料表面在加熱過程中產(chǎn)生劃傷。 ③爐子長度不受推鋼長度的限制。 ④外形不太規(guī)整和厚薄不同的鋼料在裝護(hù)時不受限制。 ⑤爐內(nèi)鋼料在必要時可以利用步進(jìn)機(jī)構(gòu)全部出空或退空，修爐時可以縮短停爐時間，減輕出空爐子的勞動強(qiáng)度，待軋時可將鋼料倒退一段距離，這樣避免了出料端鋼料的冷卻和氧化、脫碳。 ⑥通過改變鋼料之間的間隙、步進(jìn)梁的水平行程和步進(jìn)周期的時間，使加熱操作比較靈活。例如當(dāng)爐子產(chǎn)量降低時可將鋼料間距加大，減少爐內(nèi)裝料量，但鋼料在爐內(nèi)加熱的時間不變。 我國的鋼鐵生產(chǎn)起步較晚，在建國后雖有所發(fā)展，但受歷史和技術(shù)原因，七十年代仍處于世界落后。八十年代后，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的號召下，大量引入外國先進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)有了長足進(jìn)步。至今為止北京鋼鐵設(shè)計研究總院已經(jīng)設(shè)計投產(chǎn)了 40 余座步進(jìn)爐，已遍及熱連軋、型鋼、棒線材、帶鋼、無縫管、開坯、鍛壓等鋼廠以及鋼帶廠，1994 年相繼投產(chǎn)的太鋼、梅山熱連軋廠的步進(jìn)梁式爐，額定產(chǎn)量分別為 180t/h 和 280t/h，重慶鋼鐵設(shè)計研究院為攀鋼 1450 熱連軋廠設(shè)計的步進(jìn)梁式爐，額定產(chǎn)量為 150t/h，也在 1992 年投產(chǎn)。從此國內(nèi)進(jìn)入步進(jìn)式加熱爐的時代。 蓄熱式爐的現(xiàn)狀 ①國外蓄熱式加熱爐的應(yīng)用概況 用蓄熱室來預(yù)熱空氣和燃料是一項較早的技術(shù), 早在 19 世紀(jì)中期就開始應(yīng)用于高爐、熱風(fēng)爐、焦?fàn)t等規(guī)模大且溫度高的爐子, 但傳統(tǒng)的蓄熱室采用格子磚為蓄熱體、傳熱效率低、蓄熱室體積龐大, 其換向閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率比較低, 換向周期長, 因此沒有得到重視。由于 20 世紀(jì) 70 年代的能源危機(jī)后 , 節(jié)能工作得到各個國家的重視, 加之科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性強(qiáng)的換向系統(tǒng)。1982 年英國 Hot Work Development 公司和 British Gas 研究院合作, 成功開發(fā)出第一座使用陶瓷小球作為蓄熱體的新型蓄熱式加熱爐，節(jié)能效果顯著。近 10 年來蓄熱式燃燒技術(shù)得到長足發(fā)展, 很多國家都在研究各種蓄熱式燒嘴和高效蓄熱式燃燒技術(shù)以及高風(fēng)溫燃燒技術(shù)。 ②國內(nèi)蓄熱式加熱爐的應(yīng)用概況 我國蓄熱式加熱爐的開發(fā)研究雖然起步較晚，但在國內(nèi)科研院和軋鋼企業(yè)的共同推動下得到了蓬勃發(fā)展。 加熱爐控制系統(tǒng)的概況 目前加熱爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用有以下主要技術(shù)：共 43 頁 第 3 頁 PLC 及 DCS 控制技術(shù)隨著時代的進(jìn)步和自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC 和 DCS 已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的控制系統(tǒng)，它將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到基礎(chǔ)自動化級和過程控制管理級中同時還采用了 Field Bus 現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行通訊。在以前，對于大規(guī)模的系統(tǒng)通常采用 PLC 作為其電控系統(tǒng)部分，而采用 DCS 作為其回路控制即過程量控制。近年來 DCS 增強(qiáng)了邏輯控制的功能，同樣 PLC 也加強(qiáng)了回路控制的功能，且彼此能互相覆蓋。但對于加熱爐來說通常采用 DCS 來控制儀表系統(tǒng)，因為儀表系統(tǒng)的控制比較復(fù)雜，而開關(guān)量的控制卻相對簡單。電氣控制系統(tǒng)則對 PLC 的開環(huán)模擬量循環(huán)控制周期、采樣刷新周期、模擬量分辨等有嚴(yán)格的要求。因此要保證步進(jìn)梁的檢測控制精度，減少坯料從入爐到出爐的跟蹤誤差，最好采用高速 PLC優(yōu)化軟件設(shè)計，以保障系統(tǒng)的正常運行。 全數(shù)字式傳動技術(shù)的應(yīng)用全數(shù)字直流調(diào)速技術(shù)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展而日趨完善。由于其具有模擬系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，即高智能化的數(shù)字系統(tǒng)，使其具備了高性能的靜、動態(tài)特性以及可靠性高，體積小，免維護(hù)，調(diào)試方便等特點。讓其成為近幾年各工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為廣泛應(yīng)用的調(diào)速裝置。如今全數(shù)字化的交流逆變裝置和全數(shù)字化的可控硅整流裝置己經(jīng)徹底替代了原來的模擬控制的直／交流供電裝置。 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用 現(xiàn)場總線有人把它定義為數(shù)字化、開放式、多點通信技術(shù)；也有人把它稱為應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的系統(tǒng)。因此，現(xiàn)場總線既是自控系統(tǒng)，又是通信網(wǎng)絡(luò)。首先作為自動化系統(tǒng)，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了非常大的變化，是一種由網(wǎng)絡(luò)集成的自動化系統(tǒng)。所以它的最顯著特點是通過網(wǎng)絡(luò)信號的傳送聯(lián)絡(luò)，由單個節(jié)點或者多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來共同完成所要實現(xiàn)的控制功能。其次作為通信網(wǎng)絡(luò)，它所傳送的是開關(guān)閥門，接通、關(guān)斷電源的指令與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運行操作過程之中的設(shè)備、人身的安全，要求信號能夠在電磁干擾、噪聲、粉塵等較為惡劣的環(huán)境下準(zhǔn)確、及時地到位，同時還要具備報文簡短、節(jié)點分散等特征。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機(jī)系統(tǒng)。通俗地講就是由多臺計算機(jī)（或其它計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）通過傳輸介質(zhì)和軟件物理（或邏輯）連接在一起組成的?？偣?43 頁 第 4 頁的來說計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成基本上包括：計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)（可以是有形的，也可以是無形的，如無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)就是看不見的電磁波）以及相應(yīng)的應(yīng)用軟件四部分。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了面向終端的單級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放式標(biāo)準(zhǔn)化計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三個階段。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能主要表現(xiàn)在硬件資源共享、軟件資源共享和用戶間信息交換三個方面。 本課題的主要研究工作蓄熱式步進(jìn)加熱爐具有規(guī)模大，爐內(nèi)熱值利用率高，板坯加熱均勻等特點，是現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)中比較先進(jìn)的加熱設(shè)備。在軋鋼生產(chǎn)過程中，保障加熱爐的正常運行，是整個熱軋線生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、高效運行的基礎(chǔ)。 查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)對蓄熱式步進(jìn)加熱爐的相關(guān)設(shè)備如：裝出鋼機(jī)、步進(jìn)機(jī)械、裝出爐輥道以及板坯跟蹤進(jìn)行初步的研究和分析，提出了相關(guān)的控制策略和算法。設(shè)計實現(xiàn)操作自動化與物料系統(tǒng)的全線跟蹤管理，著重對裝爐側(cè)電氣控制，爐底步進(jìn)機(jī)械控制，出爐側(cè)電氣控制等進(jìn)行了分析和設(shè)計。共 43 頁 第 5 頁第 2 章 加熱爐本體系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng) 加熱爐本體系統(tǒng)電氣控制 助燃風(fēng)機(jī)的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風(fēng)機(jī)運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機(jī)。 煤氣側(cè)引風(fēng)機(jī)的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風(fēng)機(jī)運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機(jī)。 空氣側(cè)引風(fēng)機(jī)的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 聯(lián)鎖控制要求：風(fēng)機(jī)運行過程中如有系統(tǒng)故障時，自動停機(jī)。 點火風(fēng)機(jī)的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 煤氣主管電動蝶閥的控制 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。共 43 頁 第 6 頁 風(fēng)冷管電動閥 控制方式：就地；集中手動。 啟動控制條件：啟動關(guān)系滿足后，點擊啟動按鈕。 停止控制條件：停止條件滿足后，點擊停止按鈕。 裝鋼機(jī)的控制 坯料裝鋼機(jī)主要由托料桿、托料桿平移機(jī)構(gòu)、托料桿升降機(jī)構(gòu)等組成。在滿足允許裝坯料條件下，按照下列順序進(jìn)行控制： 前進(jìn)推鋼（推正）→推正后退→上升（托鋼）→前進(jìn)（送鋼）→下降（放鋼）→后退。 裝鋼機(jī)退回原始位置完成一次裝鋼過程。當(dāng)裝鋼機(jī)到達(dá)中后位時，發(fā)出關(guān)閉裝鋼爐門命令。 出鋼機(jī)的控制 出鋼機(jī)主要由托料桿、托料桿平移機(jī)構(gòu)、托料桿升降機(jī)構(gòu)等組成。運行動作： 前進(jìn)：首先半開出鋼爐門，出鋼機(jī)托料桿由原始位置開始向爐內(nèi)快速移動，當(dāng)接近坯料時減速并最后停在目標(biāo)位置。 上升：出鋼機(jī)升降電機(jī)動作，托料桿上升將固定梁上的坯料托起，同時出鋼爐門全開。 后退：出鋼機(jī)后退，將托料桿上托起的坯料運出爐外，并發(fā)出關(guān)閉出鋼爐門命令。 下降：出鋼機(jī)托料桿下降，將坯料放到輥道上，返回原始位置，完成整個出鋼動作。 裝料爐門升降裝置的控制 當(dāng)收到裝鋼爐門開啟命令時爐門開始上升；當(dāng)收到裝鋼爐門關(guān)閉命令時爐門開始下降。 出料爐門升降裝置的控制 當(dāng)收到出鋼爐門開啟命令（在出鋼機(jī)發(fā)出托鋼指令的同時發(fā)出開啟出鋼爐門命令） 時爐門開始上升；當(dāng)收到出鋼爐門關(guān)閉命令（出鋼機(jī)完成一次出鋼過程向原始位置退回過程中，到達(dá)中后位時發(fā)出出鋼爐門關(guān)閉命令）時爐門開始下降。共 43 頁 第 7 頁 步進(jìn)梁的控制 步進(jìn)梁的運行方式有： （1）正循環(huán)： 步進(jìn)梁從原始位置（后下位）開始上升→前進(jìn)→下降→后退→回到原始位置，完成一個正循環(huán)，使坯料前進(jìn)一步，這是通常采用的運轉(zhuǎn)方式。 （2）逆循環(huán)： 步進(jìn)梁從原始位置（后下位）開始前進(jìn)→上升→后退→下降→回到原始位置，完成一個逆循環(huán)，使坯料后退一步，這是故障時采用的手動運轉(zhuǎn)方式。步進(jìn)梁的運動控制。 步進(jìn)梁的基本動作分為升降運動及水平運動，運動速度由液壓系統(tǒng)比例閥來控制，步進(jìn)梁的運動極限位置以及運動速度改變點（位置）分別由升降缸內(nèi)置線性位移傳感器和平移缸內(nèi)置線性位移傳感器來確定。 加熱爐本體系統(tǒng)儀表控制 該加熱爐分三段控制，即預(yù)熱段、加熱段、均熱段。 蓄熱燒嘴燃燒控制 每個蓄熱燒嘴通過 4 個快切閥控制換向（空氣快切閥、煤氣快切閥、空氣側(cè)排煙快切閥、煤氣側(cè)排煙快切閥） ，每個快切閥帶一個氣缸，每個氣缸有開、關(guān)限位，為保證同步，空、煤氣快切閥共用一個電磁閥，空、煤氣側(cè)排煙快切閥共用一個電磁閥，空、煤氣側(cè)排煙快切閥帶有溫控開關(guān)，排煙溫度過高時自動切斷。 分時間換向和手動換向兩種模式。 換向過程： （1）開始狀態(tài)，所有快切閥狀態(tài)為關(guān)，有關(guān)到位信號；壓缸驅(qū)動， （2）燃燒周期 燃燒狀態(tài)：確認(rèn)排煙快切閥處于關(guān)閉狀態(tài)。打開空、煤氣燃燒電磁閥，空、煤氣快切閥同時打開，快切閥開關(guān)時間一般為 1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過2s 沒有開到位信號，則報警。 燃燒關(guān)閉：關(guān)閉空、煤氣電磁閥，空、煤氣快切閥同時關(guān)閉，快切閥開關(guān)時間一般為 1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過 2s 沒有開到位信號，則報警。此時排煙快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。 （3）排煙周期 排煙狀態(tài)：確認(rèn)燃燒快切閥處于關(guān)閉狀態(tài)。打開空、煤氣排煙電磁閥，空、煤氣排煙快切閥同時打開，快切閥開關(guān)時間一般為 1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過 2s 沒有開到位信號，則報警。 排煙關(guān)閉：關(guān)閉空、煤氣排煙電磁閥，空、煤氣排煙快切閥同時關(guān)閉，快切閥共 43 頁 第 8 頁開關(guān)時間一般為 1s，正常有開到位信號，開關(guān)時間超過 2s 沒有開到位信號，則報警。此時燃燒快切閥也為關(guān)閉狀態(tài)。 時間換向：正常換向都是時間換向，一個換向周期分四段：燃燒時間、燃燒停止時間、排煙時間、排煙停止時間。每個時間可由系統(tǒng)和人工設(shè)定。換向周期調(diào)試時確定。 強(qiáng)制換向：由操作人員或系統(tǒng)，在沒有完成換向周期時，強(qiáng)制結(jié)束。 爐膛溫度調(diào)節(jié) 通過各段的煤氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。 空燃比控制調(diào)節(jié) 通過各段的空煤氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)各段煤氣流量，調(diào)整各段空氣流