【正文】 。推鋼式爐有長度短、產(chǎn)量低，燒損大，操作不當時會粘鋼，鋼坯斷面溫差較大，板坯背面滑軌擦痕多，難以實現(xiàn)管理自動化等難以克服的缺點，而步進梁式加熱爐是靠專用的步進機構(gòu)，在爐內(nèi)做矩形運動來移送板坯，板坯之間可以留出空隙， 板坯和步進梁之間沒有摩擦，出爐板坯通過托出裝置出爐，完全消除了滑軌擦痕，又有適合加熱斷面較大的坯料、鋼坯加熱斷面溫差小、加熱均勻以及可出空爐料，爐長不受限制，產(chǎn)量高，生產(chǎn)操作靈活等特點，其生產(chǎn)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求 [3]。由于自動化及計算機應(yīng)用不僅節(jié)省人力，更重要的是能把工藝 參數(shù)嚴格控制在規(guī)定值范圍之內(nèi)監(jiān)控生產(chǎn)過程，甚至于自尋最優(yōu)而使工藝過程優(yōu)化，所以能達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能降耗以及降低成本。加熱爐采用計算機控制系統(tǒng)，一般能節(jié)能 5%左右，減少氧化燒損%左右，在頻繁改變生產(chǎn)計劃、坯料鋼種和規(guī)格的情況下，其節(jié)能和減少板坯氧化燒損的效果將更加顯著。 1979 年 12 月召開的全國軋鋼會議， 對我國軋鋼工業(yè)現(xiàn)狀及其以后發(fā)展方向進行了全面深入的討論，提出應(yīng)用連鑄逐步代替初軋，用連續(xù)式冷熱寬帶鋼內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 軋機代替勞特式中板軋機和迭軋薄板軋機，用冷軋硅鋼片代替熱軋硅鋼片，用連續(xù)式棒材、型材軋機代替橫列式軋機，用步進式加熱爐代替推鋼式加熱爐等等。 80 年代后期開始我國各大鋼鐵公司相繼引進或改建成了具有國際水平的全連續(xù)、全自動化步進式 加熱爐。 （ 2）產(chǎn)量大幅度提高，現(xiàn)在都在 100 萬噸 /年以上。傳動系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。 原始的步進式爐只用于加熱推鋼機無法推進的落板坯或異形坯，隨著軋機的大型化和連續(xù)化，推鋼式爐已不能滿足軋機產(chǎn)量和質(zhì)量的要求。 步進式爐具有以下特點：（ 1）爐子長度不受鋼坯厚度的限制，不會拱鋼，爐子可以建得很長，目前有些爐子已接近 60 米長，一個步進式爐可以代替 — 2 個推鋼式爐。（ 3）爐內(nèi)鋼料易于清空，減少停爐時清除爐內(nèi)鋼料的時 間。（ 5）水管黑印小，即能得到尺寸準確的軋材。（ 7）沒有出料滑坡，減少了由于滑坡高差作用而吸入爐內(nèi)的冷空氣。 (9)生產(chǎn)能耗大幅度降低 ,從煉鋼連鑄后開始全連續(xù)的直接生產(chǎn)。 (11)生產(chǎn)自動化水平非常高，原加熱爐的控 制系統(tǒng)大都是單回路儀表和繼電器邏輯控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)也大多是模擬量控制式供電裝置，現(xiàn)在的加熱爐的控制系統(tǒng)大多數(shù)都具有內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 二級過程控制系統(tǒng)和三級生產(chǎn)管理系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)都是全數(shù)字化的直流或交流供電裝置。兩面供熱的步進式爐爐底水管較多，熱損失大。因此，盡管步進式爐有很多優(yōu)點，僅由于它造價太高，目前在中小型廠全面推廣還不適宜。目前國內(nèi)的 加熱 爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過控制燃料、助燃空氣流量的大小來使爐內(nèi)的溫度、燃燒氣氛達到工藝要求。隨著工業(yè)爐工業(yè)的迅猛發(fā)展，脈沖式燃燒控制技術(shù)也應(yīng)運而生，并在國內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好的使用效果。隨著寬斷面、大容量的工業(yè)爐的出現(xiàn)，必須采用脈沖燃燒控制技術(shù)才能控制爐內(nèi)溫度場的均勻性。燃料流量可通過壓力調(diào)整預(yù)先設(shè)定，燒嘴一旦工作，就處于滿負荷狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時的燃氣出口速度不變。控制圖見圖 1。由于每個燒嘴在燃燒時都是在高燃燒能力下工作，燒嘴出口氣流速度高，爐氣循環(huán)強烈，避免了局部高溫的出現(xiàn)，因而改善了爐溫均勻性 。 2）節(jié)能。 3） 保證控制系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)。 4）控制回路取消流量測量回路和調(diào)節(jié)回路，溫度控制回路調(diào) 整容易和設(shè)置 5） 可以降低了煙氣中 NOx 的排放量減少對空氣的污染 普通燒嘴的調(diào)節(jié)比一般為 1： 3 左右，當燒嘴在滿負荷工作時，燃氣流速、火焰形狀、熱效率均可達到最佳狀態(tài)，但當燒嘴流量接近其最小流量時，熱負荷最小，燃氣流速大大降低，火焰形狀達不到要求，熱效率急劇下降，高速燒嘴工作在滿負荷流量 50%以下時，上述各項指標距設(shè)計要求就有了較大的差距。在使用高速燒嘴時，燃氣噴出速度快，使周圍形成負壓，將 爐 內(nèi)煙氣吸人主燃氣內(nèi)，進行充分攪拌混合，延長了煙氣在 爐 內(nèi)的滯流時間，增加了煙氣與制品的接觸時間，從而提高了對流傳熱效率，另外， 爐 內(nèi)煙氣與內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 燃氣充分攪拌混合，使燃氣溫度與 爐 內(nèi)煙氣溫度接近，提高 爐 內(nèi)溫度場的均勻性，減少高溫燃氣對被加熱體的直接熱沖擊。并且，由于只需要兩位式開 關(guān)控制，執(zhí)行器也由原來的氣動（電動）閥門變?yōu)殡姶砰y門，增加了系統(tǒng)的可靠性，大大降低了系統(tǒng)造價。對于不同材質(zhì)的鋼坯必須按照不同的升溫曲線進行鋼坯的烘烤。 2)對爐壓的控制，必須保證爐膛壓力為微正壓。如果壓力過低，則會在 爐子縫隙處吸入大量的冷空氣，這必然降低爐溫，又使加熱時間延長，浪費了大量的能源。 課題研究的主要工作及意義 課題的意義 加熱爐作為鋼鐵工業(yè)軋鋼生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備和耗能設(shè)備，鋼坯溫度控制和過程自動化控制水平直接影響到能耗、燒損率、廢鋼率、產(chǎn)量、量等指標。針對具有高度復(fù)雜性的加熱燃燒過程，基于精確數(shù)學(xué)模型的控制方法在應(yīng)用上受到很大限制 ，傳統(tǒng) PID 控制不能適應(yīng)多變的加熱爐工況，難以滿足溫度控制精度和升溫實性要求。我國冶金工業(yè)有大量的加熱爐，運用脈沖式燃燒技術(shù)輔以全自動控制系統(tǒng)，在節(jié)能降方面潛力巨大。對本人在以后的學(xué)習中加對熱爐控制系統(tǒng)深入的應(yīng)用研究起到較大的推動作用。在控制系統(tǒng)中 通過在 PLC 編程， 對爐溫控制采用實際值與給定的 上下限值 比較， 通過調(diào)節(jié)占空比， 再將予調(diào)好空 /燃比的燃料以極高的速度，通過燒嘴，噴入爐內(nèi)燃燒以控制爐溫 ； 在對爐壓的控制中采用 PID 調(diào)節(jié)器來減小爐溫與 給定值之間的差值 ； 脈沖燃燒步進式加熱爐實現(xiàn) 整個生產(chǎn)過程全部自動控制 。 爐內(nèi)板坯通過步進梁的運動，經(jīng)過爐子的預(yù)熱段、加熱段、均熱段充分加熱，達到軋制要求溫度后，運行至出料端激光檢測處并完成最后一次步進運動，經(jīng)激光檢測器檢測及步進梁行程控制系統(tǒng)和爐內(nèi)坯料跟蹤系統(tǒng)計算，鋼坯在爐內(nèi)準確位置的信號被送往出鋼機，出鋼機托起鋼坯出爐，準確將鋼坯放在出爐輥道中心線上，再由出爐輥道輸送到粗 軋機軋制 [10]。加熱爐的特點是熱負荷不隨時間變化，爐內(nèi)各段溫度要求比較穩(wěn)定，且分布均勻。預(yù)熱段長度較長，可以充分利用煙氣來預(yù)熱裝入爐內(nèi)的鋼坯，從而提高燃料的利用率。鋼坯經(jīng)預(yù)熱段預(yù)熱后進入加熱段，加熱段是加熱爐中最重要的段，鋼坯在加 熱段被加熱的程度決定了鋼坯是否能被燒透、爐口能否正常出鋼。若均熱段溫度過高，將出現(xiàn)鋼體打滑現(xiàn)象，溫度過低，不能出鋼。本設(shè)計中加熱爐為三段式加熱爐，分為預(yù)熱段，加熱段，均熱段，其中預(yù)熱段、加熱段、均熱段采用上端 脈沖燃燒控制。用無水冷隔墻隔開，可以精確控制各段爐溫以及爐膛壓力 ，減少各段之間的輻射干擾。通過每對燒嘴的 脈沖 燃燒，加強了爐氣在爐內(nèi)的擾動，增強了爐氣對鋼坯的傳熱。 進式加熱爐與推鋼式加熱爐相比，其基本的特征是鋼坯的移動是通過固定梁和載有鋼坯的移動梁進行的，在固定梁上的鋼坯，通過移動梁反復(fù)地上升、前進、下降、后退的矩形運動，一個循環(huán)運動過程使鋼坯在爐內(nèi)的梁上發(fā)生滑動就前進一步。在接到軋機要鋼信號后，步進梁就將固定梁上最終料位處的鋼坯托放在出料懸臂輥上面，然后送出進入軋線軋制。 固 定 梁移 動 梁上升下降前 進后 退固 定 梁 水 平 面12 34 圖 步進式爐內(nèi)鋼坯運動軌跡的示意圖 爐底由固定梁和移動梁 (步進梁 )兩部分所組成。開始動作時，移動梁由 1 點垂直上升到 2 點的位置，在到達固定梁平面時把料坯托起；接著移動梁載著料坯沿水平方向移動一段距離從 2 點到3 點；然后移動梁再垂直下降到 4 點的位置，當經(jīng)過固定梁水平面時又把料坯放到固定梁上。這樣移動梁經(jīng)過上升 — 前進 —下降 — 后退四個動作，完成了一個周期，料坯便前進 (也可以后退 )一步。移動梁往復(fù) — 個周 期所需要的時間和升降進退的距離，是按設(shè)計或操作規(guī)程的要求確定的。 移動梁的運動是可逆的，當軋機故障要停爐檢修，或因其他情況需要將物料退出爐子時，移動梁可以逆向工作，把料坯由裝料端退出爐外。 加熱爐采用端進料、端出料，這樣由爐尾推料機直接推送出料，不需要單獨設(shè)出料機，而且適合較寬的料坯，可以幾個爐子共用一個輥道，占用車間 面積小，操作也比較方便。 其中加熱溫度和爐膛壓力對鋼坯質(zhì)量影響較大，而且可控。 在實際生產(chǎn)中，鋼坯的 加熱時間往往是變化的。在生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過程中，爐子生產(chǎn)率小于軋機的產(chǎn)量時，常常為了趕上軋機的產(chǎn)量而造成加熱不均，內(nèi)外溫差大，甚至有時為了提高出爐溫度而將鋼表面燒化，而其中間溫度尚很低，造成加熱質(zhì)量很差。如遇到上述情況，應(yīng)對爐子結(jié)構(gòu)及操作方式作合理的改造或調(diào)整，使爐子產(chǎn)量和軋機產(chǎn)量相適應(yīng)。若 溫度偏低則 不能很好的進行軋制 ，以致難以達到 所需固定成型 效果。 加熱 溫度對 鋼坯 的影響特性 顯 示 ： (1)從提高質(zhì)量和產(chǎn)量的角度出發(fā)，應(yīng)盡可能選擇較高溫度。但若超過最適宜值，則會內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 使 鋼坯 抗壓強度迅速下降，嚴重時有可能造成 鋼坯 熔融粘結(jié)。因為，高溫 加熱 設(shè)備的投資與能耗巨大，所以盡可能 的 降低 加熱 溫度以提高設(shè)備使用年限和降低燃 料、電力消耗是十分重要的。實際選擇 加熱 溫度，通常應(yīng)兼顧上述兩個方面。 綜合考慮影響加熱過程的各個因素，加熱溫度和爐膛壓力對于鋼坯質(zhì)量的影響頗大，而且是一個可以控制的量，所以選擇溫度和爐膛壓力作為被控參數(shù)。 預(yù)熱段為緩慢加熱區(qū)，爐膛溫度稍低；加熱段為快速加熱區(qū)，溫度 在爐內(nèi)最高；均熱段主要是消除鋼坯表面和芯部的溫度差，使整個鋼坯的溫度適合于軋制要求。 鋼坯在爐內(nèi)隨著溫度場的變化逐漸被加熱到軋制溫度。 每段爐溫各自獨立控制，每段取爐頂 溫度為測量值。 [11][12] 煤氣和空氣流量配比的控制 在使用煤氣作燃料的燃燒控制系統(tǒng)中，當煤氣的熱值和壓力一定時，煤氣和空氣只有按一定的比例混合才能充分燃燒。它是在單閉環(huán)比 值控制的基礎(chǔ)上，增設(shè)了主流量控制回路而構(gòu)成。通過比值控制副流量即內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 空氣流量也將比較平穩(wěn)。另一個優(yōu)點是提降負荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器即燃料控制器的給定值，就可以提降燃料流量，同時副流量即空氣流量也就自動跟蹤提降，并保持兩者比值不變。設(shè)計的燃料流量與空氣流量雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖如下： 流 量 控 制 器 1 控 制 閥 1 燃 料 對 象流 量 變 送 器 1K流 量 控 制 器 2 控 制 閥 2 空 氣 對 象流 量 變 送 器 2F 1F 2——給 定 圖 燃料流量和空氣流量構(gòu)成的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 在 本設(shè)計 時序脈沖燃燒控制系統(tǒng)中，同樣因為燒嘴要被頻繁地點燃和熄滅，因此要求空氣的流量在隨煤氣流量變化時要有快速的跟隨性。氣動比例調(diào)節(jié)閥通過一個連接管路和主煤氣管路相連，當主煤氣閥打開時，氣動比例閥通過連接管路對煤氣流量進行采樣，并按 照一定的比例打開主空氣閥。當主煤氣閥關(guān)斷時，主空氣閥也即刻關(guān)斷。 [13] 脈沖燃燒控制 脈沖燃燒是以一定時間間隔，將燃料按予調(diào)好的空 /燃比以極高的速度，通過燒嘴，按照 一定的 時序噴入爐內(nèi)燃燒。但是，在脈沖燃燒供熱方式下，每一個燒嘴在打開期間，噴出的燃料和空氣流量和‘大流量’狀態(tài)下是相同的，僅僅是打開的時間變的短了。這樣，可以得到的直接好處是 : （ 1） 火焰長度不變，導(dǎo)致被加熱坯料的溫度均勻性不變 。這樣，減少了坯料在保溫狀態(tài)下的氧化燒損 ； （ 3） 很容易對加熱 爐的爐溫進行量化控制。 2 圖 8 個燒嘴給加熱爐某供熱區(qū)供熱的時序圖 (保溫時 ) 圖中， T：脈沖周期； t：燒嘴燃燒時間； Tp： 燒嘴周期相位差時間； n：脈沖燒嘴總數(shù) nTTp? 圖中 以 8 個燒嘴給加熱爐某供熱區(qū)供熱的時序圖 (例 )，每一條時序曲線對應(yīng)著一個燒嘴的工作 狀態(tài)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 按照上圖的時序進行燒鋼，經(jīng)過一段時間后，在進 /出鋼平衡的情況下， 爐內(nèi)溫度會達到一個穩(wěn)定狀態(tài)。也就是要求的供熱量隨著負荷的變化而變化，或者是隨著工藝要求變化而變化的問題。 圖 8 個燒嘴給加熱爐某供熱區(qū)供熱的時序圖 (升溫時 ) 上圖表示當爐膛溫度控制要求本爐的供熱量在 50%的情況下，每個燒嘴控制脈沖的ON/OFF 時序圖。本過程全部由 PLC 完成 。即合理的時序分配。但是 對不同供熱區(qū)， t/T 則可能不同。 在本設(shè)計中由于要控制 8 個燒嘴， 并且在預(yù)熱段，加熱段，均熱段 三段中都要控制，在 PLC 中 TP 的延時程序太多，既浪費時間又浪費內(nèi)存，故在本設(shè)計中，將預(yù)熱段，加熱段，均熱段三段的每段 8 個燒嘴分為一組，每組燒嘴以固定順序之間 加一個延時時間可調(diào)的時間延時器，這樣 當脈沖信號傳給第一個燒嘴時，第二、第三 … .第八個燒嘴依次以一定的時間延時燃燒，結(jié)束時也是依次 延時 燃燒，這樣就取代了 PLC 中的延時程序，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 14 節(jié)省了時間。 單回路反饋控制系統(tǒng)簡稱單回路控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，卻能解決生產(chǎn)過程中的大量控制問題。單回路控制系統(tǒng)由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象（簡稱對象）或被控過程（簡稱過程）、測量變送裝置、控制器和控制閥。擋板是由氣動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的。 [19] 有關(guān) PI