过程控制系统课程设 (4)(DOC)

过程控制工程

课程设计

课程设计名称：步进式加热炉系统控制 2013 年 12 月至2014 年 1 月

专业：测控技术与仪器

班级：仪 1041

学生姓名：袁恺

指导老师：聂建华

任务：

小组任务我负责的是炉温控制设计这方面的内容。在生产工艺中，炉温的控制分为三段、预热段、加热段和均热段，每段的作用不同，上下限温度也不同。工业上要求步进式加热炉预热段温度为750℃～1100℃；加热段的温度为1250℃～1300℃；均热段的温度为1150℃～1250℃。在炉温的控制方案中选择双交叉限幅控制控制方案。当系统中的炉膛温度降低时，被高选器选中，它直接改变空气流量控制器的给定值，命令空气量增加。然后由于空气增加，使其变送器输出增加，同时燃料增加。这一过程保证在增加燃料且前，先加大空气量，使燃烧完全。当系统中的炉膛温度升高时，温度控制器输出减少，因而它被低选器选中，作为燃料流量控制器的给定值而命令燃料降量。燃料量降低，经变送器的测量信号被高选器选中，作为空气流量控制器的给定值，命令空气降量。这样就实现了提量时先提空气量，后提燃料量，降量时先降燃料量，后降空气量的逻辑要求。在现实中，还需要考虑到的是燃烧过程的烟气含氧量控制，这是为了实现最优控制的比较好的选择。烟气的成分主要有氧气，一氧化碳，二氧化碳，和未燃烧烃（有时会有氮气，氮气主要是用来“清洗”锅炉，保证炉内在加热时杂志气体尽可能少）通过氧化锆等氧气测量仪器可分析氧气氧含量。根据燃烧反应方程式，可计算出使燃料完全燃烧时所需的氧量，从而可得所需的空气量称为理论空气量Qt，但是实际完全燃烧所需的空气量为Qp，要是超过理论计算的量，就要有一定的过剩空气，理论上应控制在8%~15%的过剩空气量最为优秀。

目录

一、步进式加热炉工艺流程及控制简介 (4)

二、PLC系统硬件选型与系统连接 (8)

三、煤气/空气流量控制、加热炉的炉温控制、炉压控制技术方案

3.1煤气/空气流量控制系统设计 (14)

3.2炉温的控制系统设计 (15)

3.3炉膛压力的控制系统设计 (17)

四、步进式加热炉控制系统的软件设计 (18)

4.1 软件系统介绍

4.2 步进式加热炉控制系统的监控显示画面

4.3 系统流程图

五、附录 (23)

附录A

附录B

一、步进式加热炉工艺流程

⒈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。

⑵步进式加热炉特点

和推送式连续加热炉相比，步进式加热炉具有以下优点：

1.可以加热各种形状相比的料坯，特别适合推送式炉不便加热的大板坯和异型坯。

2.生产能力大，炉底强度可以达到800-100kg/m2 h,与推送式炉相比，加热等量的料坯，炉子长度可以缩短10%-15%。

3.炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象。

4.炉子的灵活性大，在炉长不变的情况下，通过改变料坯之间的距离，就可以改变炉内料块的数目，适应产量变化的需要。而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着料坯在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热要求。

5.单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床。两面加热的情况比较复杂，对黑印的影响要看水管绝热良好与否而定。

6.由于坯料不在炉底滑道上滑动，料坯的下面不会有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要这些维修费用。

7.轧机故障或停轧时，能踏步或将物料退出炉膛，以免料坯长期停留炉内造成氧化和脱碳。

8.可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程自动化。

步进式加热炉存在的缺点：

和同样生产能力的推送式炉相比，造价高15%-20%；其次步进式炉（两面加

热的）炉底支撑水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的推送式炉。经数据表明，在同样小时产量下，步进式炉的热耗量比推送式炉高160KJ。

⒉步进式加热炉的结构

⑴步进式加热炉结构图

图（1）

(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

密封问题。目前有滑板式密封和水封两种密封形式，前者密封较差，水封密封较

好。

图(2) 步进式加热炉炉底结构