钢坯加热炉温度控制系统

内蒙古科技大学

过程控制课程设计论文

题目：钢坯加热炉温度控制系统

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目录

钢坯加热炉温度控制系统设计摘要 (1)

第一章引言 (2)

1.1加热炉温度控制技术的发展 (2)

1.2 加热炉一般结构与控制原理 (3)

1.3加热炉生产工艺 (4)

第二章加热炉温度控制系统 (5)

2.1串级系统控制概述 (5)

2.2 温度控制系统概述 (6)

2.3 加热炉炉温基本控制方案 (6)

2.3.1 炉温基本控制方案一 (6)

2.3.2 炉温基本控制方案二 (7)

2.3.1 炉温控制改进方案 (8)

2.4调节器正反作用的确定 (9)

2.4.1副调节器作用方式的确定 (9)

2.4.2主调节器作用方式的确定 (9)

第三章仪器选型 (10)

3.1温度传感器的选择 (10)

3.2流量变送器的选择 (10)

3.3执行器选择 (11)

3.4调节器的选择 (11)

第四章总结 (13)

参考文献 (14)

钢坯加热炉温度控制系统设计

摘要

加热炉是冶金行业生产环节中重要的热工设备。加热的目的之一是提高钢的塑性。钢在冷态下可塑性很低，为了改善钢的热加工条件，必须提高钢的塑性。一般来说，钢的热加工温度越高，钢的可塑性越好。钢的加热温度越低，加工所消耗的能量越大，轧机的磨损也越快，而且温度过低时还容易发生断辊事故。加热的另外一个目的是使钢的内外温度均匀。由于板坯内外的温差，使得金属内部产生应力，这样经过轧制过程后容易造成质量缺陷和废品。通过加热炉的均热使断面上温差缩小，避免出现危险的温度应力。板坯的加热质量直接影响到钢材的质量、产量、能源消耗以及轧机寿命。正确的加热工艺可以提高钢的塑性，降低热加工时的变形抗力，及时为轧机提供加热质量优良的板坯，保证轧机生产顺利进行。反之，如加热工艺不当，例如加热温度过高，会发生板坯过热、过烧，轧制时就要造成废品。

加热炉的燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的非线性分布参量的随机过程。对于这种复杂的控制对象，即使是经验丰富的操作人员，也很难全面考虑各种因素的影响，准确地控制燃烧过程，造成炉温经常偏高或偏低，这些都严重影响了加热炉加热质量和燃耗，甚至影响正常生产。

加热炉的生产任务是按轧机的轧制节奏将钢材加热到工艺要求的温度水平和加热质量，并在优质高产的前提下，尽可能地降低燃料消耗，减少氧化烧损。连续加热炉的操作水平直接影响产品的质量、产量和生产消耗指标，钢坯的出炉温度要求在 1 150～1 250℃，靠操作工人调节阀门来控制炉温的效果很差，粘钢和硬断轧辊的事故时有发生，而且能源消耗特别大，所以国内外关于加热炉自动控制的研究一直受到重视，发展得比较快，也取得了较为丰硕的成果。

关键字：加热炉、温度控制、过程控制

第一章引言

加热炉是热轧生成中的一个重要环节，它直接影响设备稳定、板坯加热质量、燃料消耗、生产节奏等。钢坯加热是否满足工艺要求将直接关系到钢材产品的内在质量。然而在钢坯加热工程中，钢坯温度是不能在线连续测温的，这也就意味着不能采用传统的回路控制策略实现钢坯温度的控制。由于钢坯加热过程呈现非线性、强耦合、高阶和时变等复杂特征，钢坯出炉温度与多项工艺参数有关，且存在着不可测扰动因素，因此钢坯升温过程与各个工艺参数之间关系的精确数学模型难以建立。实际中，由于炉内气氛的温度与钢坯温度具有一定的函数关系，因此常采用控制炉内气氛温度的方法来达到间接控制钢坯温度的目的。

1.1加热炉温度控制技术的发展

国内外早在五十年代，就开始对加热炉的热过程及板坯加热过程进行了较为深入的研究，在以后的四十多年间，各国学者相继做了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果，但他们的工作着重于炉内辐射换热与板坯加热。在六十年代中期以前，工业炉的生产控制系统还停留在比较简单的电器基础自动化控制和人工调整的水平，往往是根据操作者的观测和经验来判断是否接近目标值，然后通过人工操作进行修改和调整;随着市场对产品质量的要求越来越高，对于工业炉的控制精度要求也越来越高，不论是均热炉、加热炉还是退火炉等，在各行各业都广泛应用;并且随着竞争越来越激烈，各行各业在不断提高产品质量的同时，也通过提高技术装备水平来实现大幅降低产品成本，因此工业炉的自动化技术得到了充分的发展。

60年代末，英国一个钢厂首先实现了用计算机控制加热炉的生产过程，日本在加热炉采用计算机控制方面的工作虽然起步在60年代中期，但发展速度很快， 1971年新日本钢铁公司大分厂223smm带钢热连轧机实现了从加热炉到卷取机全部采用计算机自动控制;1980年，世界上第一个二级最佳化控制系统由法国斯坦因一霍特公司与法国所索拉克钢铁公司联合开发，并在 1982年所索拉克公司热轧带钢厂的3座加热炉上成功投入使用。从此以后，工业炉计算机控制系

统经过不断的实践完善。

国际上最佳化模型及自适应控制技术的发展开始于九十年代，并且在实际的生产运用中效果较好，不仅大大降低了生雨本，对于产品质量的提高起到了相当的作用，这以法国、德国和日本为代表。

国内，近二十年来，随着计算机技术和现代控制理论的迅猛发展，人们已不满足炉内辐射换热与板坯加热过程的离线数值计算，而是把离线数学模型在线化，并应用于计算机控制系统中。最近几年来，随着现代控制理论的进一步发展，实现计算机随机优化自动控制、开发热轧生产过程调度与管理系统等，是目前国内外比较关注的研究内容。

1.2加热炉一般结构与控制原理

目前，钢铁企业轧钢系统采用的加热炉一般为两段或三段式加热炉，钢坯在炉内的运动形式一般为步进式或推钢式，下面就将这几种形式简要介绍一下（1）两段式加热炉

沿路长分为加热段和预热段两部分，按加热方式又可分为“单面加热”和“双面加热”两种炉型。一般当坯料厚度大于100mm是采用双面加热。在两段式加热炉的加热过程中，为保证产量通常加大加热段炉温设定点，这就使出炉钢坯表面和中心存在较大的温差，严重时影响正常轧制。所以，两段式加热炉在实际使用中产量受到一定限制。

（2）三段式加热炉

目前钢铁企业各轧钢厂加热炉普遍使用的一种炉型。它分为预热段、加热段和均热段，相对于两段式加热炉它增加了均热段。该类型加热炉加热段炉温一般比两段式高出50——100℃，在进入均热段式钢坯表面温度已达到或高出出钢温度，在均热段钢坯断面温度逐步均匀，并在一定程度上消除“黑印”。三段式加热炉非常有利于轧机产量的提高。

（3）步进式加热炉

依靠步进梁的顺序、往复运动使被加热钢坯从炉尾移动到出料端，中间经过各加热段，最终是钢坯达到规定的温度后出炉。由于钢坯在加热炉内前、后、上、下均匀受热，所以加热效果良好。加热后，钢坯断面受热均匀，钢坯表面不产生“黑印”、不“粘钢”，工人操作方便，所以目前加热炉内钢坯的运动形式大部分