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1、摘要 加热炉是将物料或工件加热的设备。在冶金工业中加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。连续加热炉广义来说，包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉。由于本设计的内容是关于步进梁式加热炉，所以要对其做一些简单的介绍:步进式连续加热炉靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 本文以厚板加热炉的技术改造为研究背景，对目前国内外加热炉控
2、制技术的发展和现状进行了综述。介绍了加热炉集散控制系统的主要构成、系统配置及工控组态软件的功能，深入分析了集散控制系统对步进式加热炉燃烧的自动控制原理，实现了双交叉限幅燃烧控制、流量控制、加热炉炉温控制、炉压控制、煤气总管和空气总管的压力控制等。关键词：步进式加热炉，燃烧工艺流程，集散控制系统 目 录一、绪论 3二、步进式加热炉 42.1步进加热炉概述42.2步进式加热炉的工艺过程5三、DCS选型83.1 JX-300系统概要83.2系统的整体结构83.3系统主要设备和软件93.4系统的主要特点 103.5硬件选型 10四、步进式加热炉控制系统设计124.1炉温控制 124.2流量控制 144
3、.3炉压控制 19 五、监控系统硬件连接及软件使用255.1 系统软件255.2 通信网络265.3 组态软件29六、实时监控操作画面316.1工艺流程图 316.2温度报警图 316.3温度实时/历史趋势图及报警记录图326.4阀门控制简图 33七、心得体会34八、参考资料35一、绪论随着世界人口的不断增加以及国民经济的迅速发展，能源危机日益加深。在1973年发生第一次石油危机以后，开发新能源和节能的研究便成为世界各国关注的主要课题。自70年代中期以来，各工业先进园对各种燃烧设备的节能控制进行了广泛深入的研究，大大降低了能耗。冶金工业是耗能大户，其中钢坯加热炉就占钢铁工业总能耗的25。因此，
4、提高加热炉热效率、降低能耗，对整个钢铁工业节能具有重要意义，在国内外都得到了广泛的重视。随着现代化轧机向连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，对钢坯加热质量的要求也越来越高，从而也对加热过程提出了更高的要求。加热炉是钢铁工业轧钢生产线关键设备之一，也是主要的耗能设备。加热炉燃烧过程具有非线性、强耦合、不确定性、分布参数特性，是一个高度复杂的工业过程。钢坯加热的质量直接影响到钢材的质量、产量、能源消耗和轧机寿命，加热炉燃烧过程控制技术成为钢铁企业研究的重要课题之一，在国内外都得到了广泛的重视。从双交叉限幅燃烧控制、流量控制、加热炉炉温控制、炉压控制、煤气总管和空气总管的压力控制等方面进行深入
5、研究。二、步进式加热炉2.1步进加热炉概述加热炉即是将金属加热至轧制温度要求的工业炉。最初，在轧线规模和效率的限制下，小型的均热炉即可满足轧线需求。均热炉即是坑状的加热炉，上面有炉盖。均热炉内温度不分段，原坯在炉中加热至轧制温度，在轧线需要时由人工的方式将原坯送入轧线。这种炉生产能力低，炉子热效率较低。在轧线生产效率的提升的情况下，新建均热坑虽然是一种解决方法，但是受到生产场地和距离等因素限制。推钢式加热炉是更大型的连续加热炉。按照原坯进入轧线的顺序，原坯在推钢式加热炉内，由推钢机向前推行。由于原坯仅需要在出炉前达到轧制温度，因此推钢式加热炉炉内的温度并不一致，而是分为几个温度段，这样就避免了
6、热量的浪费。一般的，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段。进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。推钢式加热炉由于是推钢机手臂将原坯推入炉中，因此原坯之间没有间隙。而由于推钢机手臂的原因，炉长不能大幅增加。在5060年代，轧线的生产效率迅速提高，为了提高单位炉底面积的生产率，开始在进料端增加供热段，取消不供热的预热段。但是供热段的长度增加，意味着高温原坯的数量增加。由于推钢式加热炉的原坯之间处于一种“接触”状态，因此容易出现粘钢，拱钢
7、。1967年4月，由美国米德兰公司设计的全世界第一座“二面供热步进梁式加热炉，在美国格兰拉特城钢铁公司问世;紧接着同年5月，日本中外炉公司设计的全世界第二座步进梁式加热炉又在日本名古屋钢铁厂投产。这两座步进梁式加热炉的投产，宣告加热炉进入了崭新的时代。相对于推钢式加热炉，步进梁式加热炉的优点显而易见。首先，步进梁式加热炉中的原坯是放置于横跨整个加热炉的步进梁上，并由步进梁的运动带动其向前移动，因此步进梁式加热炉的炉长(规模)理论上可以不受限制。其次，步进梁式加热炉中的原坯不是用“推动”的方式移动，因此原坯之间有一定距离，这就完美的解决了粘钢，拱钢的故障问题。并且原坯之间不相互接触，炉内热气可以
8、使原坯更加均匀的加热。由于步进梁式加热炉的炉长受限的因素少，其最大特点是规模大。原苏联契涅波维茨钢铁厂热带车间所用的步进梁式加热炉，炉内宽11.25m，有效炉长49.59m，炉子产量达420比;德国克勒克纳公司的不莱梅钢铁厂热轧线采用的步进梁式加热炉，产量400曲;法国索拉克热轧带钢铁厂的步进梁式加热炉，有效炉长53.9m，产量更达到525t/h。随着近二十年来控制理论和电子技术的长足进步，在DCS等先进控制系统的带动下，步进梁式加热炉又在最优炉温控制和节能等方面取得突破。如今的步进梁式加热炉，己经向着功能多，规模大，耗能少的方向发展。功能多，既可以适应多种不同原坯，如板坯、方坯等;规模大，即
9、单位时间的产量高;耗能少，即符合国际能源和污染排放的规定。我国的钢铁生产起步较晚，在建国后虽有所发展，但受历史和技术原因，七十年代仍处于世界落后。八十年代后，在国家经济建设的号召下，大量引入外国先进技术，国内钢铁生产有了长足进步。我国在1979年投产的步进梁式炉长为犯.5米，生产能力为270比t/h。步进梁式加热炉虽然优点多，但其投资也较其他加热炉高。若引进外国技术，投资更会增加一倍。随着我国钢铁技术的发展，我国已经逐步开始自行设计步进梁式加热炉，并使用国产加热炉部件。近年来在国家提出“节能减排”的目标指引下，一大批钢铁企业开始对其生产线进行大规模改造。而加热炉是钢铁厂重耗能重污染的单位，因此
10、其改造相当普遍。2.2步进梁式加热炉工艺过程步进梁式加热炉是整个系统的核心部分。步进梁是一种梁式的搬运装置，分为定梁和动梁。步进梁的工作原理如图1.2所示。固定梁移动梁固定梁水平面3214下降上升图2.2步进式炉内钢坯的运动炉底由固定梁和步进梁组成。开始钢坯放置在固定梁上，这时移动梁位于钢坯下面最低点1。开始动作时，移动梁由1点垂直上升到2点的位置，在到达固定梁水平面时把钢坯托起，接着移动梁载着钢坯沿水平方向移动一段距离从2点到3点；然后推动梁再垂直下降到4点位置，当经过固定梁水平面时又把钢坯放到固定梁上。这时钢坯实际已经前进到一个新的位置。这样移动梁经过上升-前进-下降-后退四个动作，完成了
11、一个周期，钢坯便迁进一步。然后开始第二个周期，不断循环使钢坯一步步前进。移动梁往复一个周期所需的时间和升降倒退的距离，是按操作和设计的要求规程确定的。可以根据不同钢种和断面尺寸确定钢材在炉内加热的时间，并按加热时间的需要，调整步进周期的时间和进退的行程。为了对钢坯实现有效地加热，步进式加热炉沿炉长方面分为：预热段、加热段和均热段，如图2.3所示。图2.3步进式加热炉工艺图步进式加热炉加热段分为I加热段和II加热段。预热段长度较长，可出充分利用烟气来预热装炉钢坯，从而提高燃料的利用率。钢坯在加热初期会因温差过大而产生热应力，因此要求控制升温速度。钢坯经过预热段预热后进入加热段，加热段是加热炉中最
12、重要的段，钢坯在加热段被加热的程度决定了钢坯是否能被烧透、炉口能否正常出钢。均热段主要将钢坯均匀加热到规定的出钢温度。若均热段温度过高，将出现钢体打滑现象，温度过低，则不能出钢。三段的温度互相耦合，互相影响。加热炉的热工制度主要包括：温度制度、燃料燃烧制度帮炉压割度等。为了保证燃烧的正常进行，一般采用双交叉限幅燃烧控制系统和带动番补偿的炉膛压力控制系统，同时对煤气的温度，压力与助燃控制的温度、压力以及热风放散温度分别进行控制。图2.1 步进式加热炉工艺流程图三、DCS选型基于DCS控制技术的步进式加热炉控制系统简介。3.1JX-300系统概要浙江浙大中控自动化有限公司于1997 年推出了全数字
13、化的新一代的集散控制系统JX-300。该系统不仅具有原JX-100 集散控制系统的一切功能和优良的性能， 更吸纳了九十年代在微处理器、CRT 图形显示和络通讯等领域的最新技术，成为近几年国外著名DCS 系统在中国市场的最主要竞争对手。公司本着不断改进完善系统性能，最大限度地满足应用需要的原则，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了JX-300 的性能和功能，使其兼具了高速可靠的数据输入输出、运算、过程控制功能和 PLC 联锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化的、结构灵活、功能更加完善的新型开放式集散控制系统。区别于早期推出的JX-300 系统，我们称该新型系统为JX-300X。JX-300X 的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnet II。 通过在JX-300X 的通讯网络上挂接总线变换单元（BCU）可实现与JX-100、JX-200、JX-300 系统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU）可实现JX-300X 与PLC等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS）和相应的应用软件Advantrol-PI 可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网
