【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)，單靠自然散熱冷卻效率 很低，嚴(yán)重影響退火能力。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。 目前，快速冷卻設(shè)備大多和冷卻罩同時(shí)使用。快速冷卻設(shè)備可以為分流快速冷卻設(shè)備和全流快速冷卻設(shè)備兩種。爐內(nèi)全流快速冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、造價(jià)低。但因冷卻器盤圓形管裝在爐臺(tái)分流盤中，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。某冷軋廠曾安裝3臺(tái)爐內(nèi)全流冷卻設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)用幾爐后，有一次開(kāi)始通水量過(guò)多，造成盤圓形冷卻水管抬起事故。這種冷卻方式，爐臺(tái)數(shù)量多，長(zhǎng)期應(yīng)用于大生產(chǎn)，安全無(wú)把握，不宜提倡。② 分流快速冷卻設(shè)備 所謂分流快速冷卻設(shè)備是指在爐臺(tái)中心照常安裝一臺(tái)爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)，按著沒(méi)安裝分流快速冷卻設(shè)備一樣，正常操作運(yùn)轉(zhuǎn)。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。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。設(shè)備主要由分流風(fēng)機(jī)、冷卻器、控制蝶閥、波形管以及管路等組成。該設(shè)備安裝在爐臺(tái)下部，在進(jìn)行分流快速冷卻的時(shí)候，當(dāng)爐氣熱電偶溫度達(dá)到500℃后，開(kāi)始啟動(dòng)分流快速冷卻分流風(fēng)機(jī)。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。500℃時(shí)接通可以減弱熱交變應(yīng)力，這一熱交變應(yīng)力對(duì)保護(hù)罩有損害。高溫急劇下降保護(hù)罩可能產(chǎn)生輕微的不密封現(xiàn)象。分流風(fēng)機(jī)把一部分熱保護(hù)氣體，從保護(hù)罩一側(cè)抽到分流快速冷卻系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)水冷卻器使熱保護(hù)氣體冷卻到50℃左右，然后把冷卻后的冷保護(hù)氣體再送回到保護(hù)罩另一側(cè)。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。采用分流快速冷卻設(shè)備可以大大縮短鋼卷的冷卻周期，從而使罩式爐的罩臺(tái)比由原來(lái)的1：3降到1：2。⑸ 保護(hù)罩生產(chǎn)時(shí)保護(hù)罩位于鋼卷垛與加熱罩之間，罩式爐通過(guò)保護(hù)罩對(duì)鋼卷進(jìn)行間接加熱或冷卻。保護(hù)罩的作用是保護(hù)鋼卷在保護(hù)氣體中進(jìn)行退火，保證保護(hù)罩內(nèi)保護(hù)氣體具有一定的壓力，防止保護(hù)氣體泄漏和外部氣體侵入。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)。保護(hù)罩材料目前基本上一致認(rèn)為應(yīng)根據(jù)不同爐溫而采用相應(yīng)材料的耐熱鋼，必須保證保護(hù)罩在工作條件下不發(fā)生氧化起皮和不發(fā)生熱變形，保證保護(hù)罩高溫強(qiáng)度。⑹ 對(duì)流板對(duì)流板又分底部對(duì)流板、中間對(duì)流板以及頂部對(duì)流板。底部對(duì)流板安裝在爐臺(tái)的分流盤上面，承受鋼卷垛全部重量，因此較厚，上面帶有導(dǎo)向條，下面為平板。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。頂部對(duì)流板蓋放在鋼卷垛頂部，上面是平板，中間有孔，下面帶導(dǎo)向條，主要作用是防止保護(hù)氣體氣流全部從鋼卷垛中腔通過(guò)，影響爐溫均勻性和退火能力。頂部對(duì)流板在國(guó)內(nèi)各種罩式爐中均有設(shè)計(jì)，可是在生產(chǎn)中絕大部分不使用，其原因是頂部對(duì)流板直徑小于鋼卷外徑，又蓋放到鋼卷垛頂部，蓋上或吊卸十分困難，又不安全。為了解決上述問(wèn)題，頂部對(duì)流板外徑和中間對(duì)流板外徑可以采用同樣的尺寸，同中間對(duì)流板同樣操作。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。對(duì)流板在退火過(guò)程中具有加速熱交換的作用。⑺ 罩式爐用吊具 目前較先進(jìn)的大型罩式爐在生產(chǎn)過(guò)程中主要使用兩種吊具，一種是立式吊鉗，另一種是對(duì)流板吊具（也用于保護(hù)罩或冷卻罩）。 罩式爐退火程序，罩式爐退火程序具體過(guò)程如下：⑴ 收料、配料及裝料。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。配料時(shí)應(yīng)把工藝同、規(guī)格同、內(nèi)徑同、鋼種同的放在一爐。當(dāng)鋼卷規(guī)格不同時(shí)，按上薄下厚、上窄下寬、上小下大的原則配料。按配好的料順序裝爐。⑵ 扣內(nèi)罩、密封檢查?？凵蟽?nèi)罩，內(nèi)罩要壓緊密封。然后進(jìn)行密封檢查。120—200罩式爐，先關(guān)閉保護(hù)氣體出口閥，打開(kāi)進(jìn)口閥，充氣80s，關(guān)閉進(jìn)口閥，30s后若壓降不超過(guò)200Pa，即認(rèn)為密封合格，否則認(rèn)定不合格，進(jìn)行處理。1裝料。2密封檢查。3預(yù)吹洗。4吹洗。5高溫加熱。6加熱退火。7空冷。8冷卻。9快速冷卻。10一次冷卻⑶ 冷吹。密封檢查合格，打開(kāi)保護(hù)氣體進(jìn)出口閥，用保護(hù)氣體趕走內(nèi)罩里空氣，冷吹時(shí)間一般為3h。冷吹時(shí)間不夠，內(nèi)罩中空氣排不盡。有的車間采氣檢驗(yàn)合格后，方結(jié)束冷吹，以保安全。⑷ 扣外罩、點(diǎn)火、加熱、熱吹。冷吹結(jié)束，扣上外罩，用點(diǎn)火棒按順時(shí)針?lè)较?，逐個(gè)將燒嘴點(diǎn)著，開(kāi)始加熱升溫、保溫過(guò)程。在加熱過(guò)程中，保護(hù)氣體進(jìn)出口閥始終打開(kāi)，用保護(hù)氣體吹洗，使加熱溫度均勻。熱吹一直持續(xù)到保溫結(jié)束。吹洗結(jié)束關(guān)閉保護(hù)氣體出口閥。⑸ 一次冷卻。揭外罩后，扣冷卻罩，鋼卷在內(nèi)罩中冷到150℃左右，吊走冷卻罩，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開(kāi)出氣閥，放散半小時(shí)，吊內(nèi)罩，帶鋼出爐。⑹ 二次冷卻。出爐的帶鋼吊放到二次冷卻臺(tái)架上，或停放場(chǎng)地中繼續(xù)冷卻到40~50℃。在每一過(guò)程進(jìn)行前，必須先檢查相應(yīng)的設(shè)備是否完好，狀況是否符合要求。如外罩扣好后，先檢查燒嘴是否全部關(guān)閉，爐座上的冷卻水是否暢通等，才能啟動(dòng)爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)，然后開(kāi)啟煤氣主開(kāi)閉器，并打開(kāi)放散閥，等放散結(jié)束再點(diǎn)火。 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。為了提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，張店鋼鐵廠選用了一種具有程序給定功能和調(diào)節(jié)功能的TCW溫度程序控制系統(tǒng)，以爐臺(tái)溫度作為控制變量，對(duì)帶鋼卷的升溫、保溫進(jìn)行全過(guò)程指示、記錄和PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了爐溫自動(dòng)控制。罩式退火爐溫度控制系統(tǒng)選用TCW型溫度程序控制器（內(nèi)設(shè)Intel8039單片微型計(jì)算機(jī)）為主進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度調(diào)節(jié)控制，配以記錄儀表、檢測(cè)裝置、變送裝置和大電流可控硅觸發(fā)模塊組成微機(jī)程序控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)實(shí)際上是一臺(tái)微機(jī)程序邏輯控制器，通過(guò)編程器把熱處理工藝程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。它可以存儲(chǔ)6條8段的溫度程序控制曲線，%，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。即可按規(guī)定的程序曲線控溫。在溫控過(guò)程中，根據(jù)要求可隨時(shí)監(jiān)視當(dāng)前程序段設(shè)定值大小。系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)方式，其數(shù)值可根據(jù)需要使用設(shè)定的PID值或據(jù)對(duì)象特性直接設(shè)定和調(diào)整。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?？刂葡到y(tǒng)的主要功能是①按設(shè)定的熱處理工藝曲線進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行；②微機(jī)系統(tǒng)合理利用，做到一機(jī)多用；③對(duì)露點(diǎn)溫度無(wú)誤差自動(dòng)補(bǔ)償；④在線PID參數(shù)和給定值；⑤自動(dòng)記錄顯示內(nèi)、外罩溫度；⑥PID參數(shù)和給定值的輸入提示、故障顯示；⑦系統(tǒng)事故的自動(dòng)報(bào)警、掉電保護(hù)和故障自診斷。 在罩式退火爐上應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)，操作直觀方便，深受現(xiàn)場(chǎng)工人的歡迎。功能上能滿足一般熱處理工藝對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，生產(chǎn)中可選用較佳升溫方式進(jìn)行溫度自動(dòng)控制。一機(jī)多用，用一人操作即可，從而減少車間工藝定員。能消除操作失誤，從而克服爐溫不均現(xiàn)象，使冷軋帶鋼卷質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率提高。 全氫罩式退火爐自動(dòng)控制全氫罩式爐是一種目前退火工藝水平很高的罩式退火設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高、退火產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)，介質(zhì)、能量消耗低等優(yōu)點(diǎn)，是改善和提高冷軋產(chǎn)品特別是冷軋帶鋼表面質(zhì)量的重要設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)是利用氫氣的強(qiáng)還原性和密度小、熱傳導(dǎo)性高等特點(diǎn), 與高速旋轉(zhuǎn)的爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)相配合, 使?fàn)t內(nèi)氣氛具有高的流動(dòng)速度和傳熱速度, 爐溫均勻。冷軋鋼卷經(jīng)退火后, 力學(xué)性能優(yōu)良、均勻, 帶鋼表面清潔光亮, 生產(chǎn)效率高。在冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)全氫罩式爐工藝的特點(diǎn)和實(shí)施自動(dòng)控制的需要，按最優(yōu)性價(jià)比的標(biāo)準(zhǔn)，選擇西門子的PLC。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)PLC控制2臺(tái)全氫罩式退火爐的系統(tǒng)模式，系統(tǒng)由SIEMENS公司的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線組成，包括S7－400控制器，分布式I/O ET200，OP操作面板和CIMPLICITY顯示基本監(jiān)控畫面。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由兩級(jí)組成，上位控制計(jì)算機(jī)和S7－400之間為PROFIBUS－FMS協(xié)議，主控制站S7－400與遠(yuǎn)程I/O之間為PROFIBUS－DP協(xié)議。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。根據(jù)此特殊工藝要求，在退火過(guò)程前期采用氫氣流量控制，后期采用爐內(nèi)壓力控制，并使內(nèi)罩壓力控制在一定范圍。氫氣流量調(diào)節(jié)閥采用時(shí)序控制。就現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，此控制方式可完全達(dá)到工藝要求，使生產(chǎn)每噸鋼卷的氫氣達(dá)到較低用量。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。加熱段采用初始燃燒量來(lái)控制燃燒過(guò)程，均熱段采用溫度控制燃燒過(guò)程。根據(jù)此罩式爐設(shè)備情況，退火過(guò)程的燃燒控制PID調(diào)節(jié)器采用串級(jí)控制調(diào)節(jié)來(lái)完成，溫度環(huán)為主環(huán)，燃?xì)饬髁繛楦杯h(huán)控制，并在副環(huán)控制中進(jìn)行相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)校正值系數(shù)來(lái)優(yōu)化流量值的設(shè)定值。在實(shí)際運(yùn)行中，此種控制方式較好，均熱段溫度偏差小于3℃。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)反復(fù)試驗(yàn)，得出退火過(guò)程不同氣氛和不同溫度下對(duì)應(yīng)的循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻控制過(guò)程。⑷ 旁路風(fēng)機(jī)及旁路冷卻閥的行程控制在退火過(guò)程的快冷過(guò)程中，旁路冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)不同介質(zhì)和不同溫度情況下也有不同要求。針對(duì)這種情況，旁路冷卻風(fēng)機(jī)和旁路冷卻閥的動(dòng)作需按行程控制。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。第三章 罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)由罩式退火爐的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行過(guò)程、各個(gè)參數(shù)及成本的要求，并結(jié)合其他罩式退火爐的控制方案，我們可以對(duì)罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)作出總體設(shè)計(jì)。 總體設(shè)計(jì)思路我們可以從罩式退火爐的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行過(guò)程、參數(shù)要求來(lái)理清一下設(shè)計(jì)的思路。⑴ 從罩式爐的結(jié)構(gòu)組成看，罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)部分：① 爐本體的控制；② 燃料及空氣的控制；③ 保護(hù)氣體控制；④ 冷卻水控制。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。在這個(gè)過(guò)程中，溫度控制的直接因素在燃料和空氣的控制上，因此燃料和空氣的作用時(shí)間及流量在這里顯得很重要。，在退火爐升溫前必須經(jīng)過(guò)預(yù)吹洗和吹洗的過(guò)程，這期間向退火爐通入保護(hù)氣體，通入保護(hù)氣體的流量和時(shí)間也需要得到控制，可以采用調(diào)節(jié)保護(hù)氣體的進(jìn)氣閥和出氣閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸Ｗo(hù)氣體直接影響爐膛的壓力和產(chǎn)品的質(zhì)量。在快速冷卻階段，抽取1/3~1/4的保護(hù)氣體通過(guò)冷卻器進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到快速冷卻的目的，在這里對(duì)冷卻水的控制以及如何去掌握好冷卻的時(shí)間也是設(shè)計(jì)的一部分。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。① 溫度參數(shù)如上面所介紹：退火爐最高退火溫度：750℃，如何去控制這個(gè)點(diǎn)，還有為獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，必須保證鋼卷內(nèi)部的溫度和爐膛的溫度差距在一定的范圍內(nèi)，這依不同爐型和不同鋼種具體來(lái)定?？梢钥紤]通過(guò)鋼卷內(nèi)部溫度與爐膛溫度組成一個(gè)溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)爐溫的控制。冷卻器排水溫度一般不高于42℃，此參數(shù)的控制可以通過(guò)一個(gè)單回路控制系統(tǒng)便可以實(shí)現(xiàn)。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。③ 流量參數(shù)流量參數(shù)主要是空燃比的控制，空燃比控制對(duì)于爐溫控制有著重要的作用，還可降低生產(chǎn)成本。 總體測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖從以上分析我們可以設(shè)計(jì)出罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的總體原理圖。，罩式退火爐自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)由爐溫串級(jí)控制系統(tǒng)、燃料壓力控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)及冷卻器排水溫度控制系