过程控制系统课程设计

步进式加热炉控制系统设计

一、步进式加热炉工艺流程

1. 步进式加热炉简介

⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种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。

（2）步进式炉的几种类型

步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。

单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。

两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。

钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。

交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好

炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以

走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。

（3）步进式炉的优缺点

步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。

原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。

步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。

步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。

2步进式加热炉的结构

⑴步进式加热炉结构图

(2)炉底结构：

从炉子结构看，步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁步进式炉等。

上加热炉只有上部有加热装置，固定梁和移动梁是耐热金属制作的，固定炉 底是耐或材料砌筑的。这种炉子几乎没有水冷结构，所以热耗较低，只能单面加 热，用于较薄钢坯的加热。

与推进式加热炉一样，为了满足加大钢坯的需要，步进式加热炉也发展了以 下的加热方式，出现了上下加热的步进式加热炉。结构图如图( 2)

此炉底是架空的，可以实现双面加热，钢坯没有紧靠在一起，也可以看成是 四面受热。下加热一般只能用侧烧，上加热可以用轴向端烧嘴，也可以用侧烧嘴 或炉顶端烧嘴供热。考虑到轴向烧嘴火焰沿长度方向的温度分布和各段温度的控 制,某些大型步进式炉有明显的炉顶压下， 而下加热段设有端墙，以免各段温度 之间相互干扰。因此这样的步进式炉子长度温度调节有更大的灵活性。如果炉子 宽度较大，火焰长度又较短时，可以在炉顶上安装平焰烧嘴。

(3) 传动机构：

步进式加热炉的传动机构分为机械传动和液压传动， 目前广泛应用的是液压

传动方式。此种传动方式运行稳定、结构简单、运行速度的控制比较准确，占地 面积小、设备质量小、比机械传动有明显的优点。由于步进式炉很长，上下两面 温度差过大，线膨胀的不同会造成大量的弯曲和隆起。 为解决这个问题，目前一 些炉子将大梁分成若干段，各段间留有一定的膨胀间隙，变形虽不能避免，但弯 曲的程度大为减轻，不致影响炉子正常工作。

(4) 密封结构：

为了保证步进梁正常无阻碍的运动，在活动梁和移动梁之间要有一定的间 隙，对步进梁来说则在梁支撑穿过炉底部分有保证它运动的足够大的开孔。 这些 缝隙或开孔的存在虽然是必要的，但也容易吸入冷风，影响加热质量和降低燃料 利用率，也可能造成炉气外逸，危害炉底下部设备，对轧钢用步进炉则必须考虑 密圭寸问题。目前有滑板式密圭寸和水圭寸两种密圭寸形式， 前者密圭寸较差，水圭寸密圭寸较 好。

3.步进式加热炉工艺流程

一般情况下，加热炉沿炉膛长度方向分为预热段、加热段和均热段。进料端

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