双蓄热步进梁式加热炉的控制与优化

摘要

加热炉是轧钢生产企业主要的耗能设备，其控制目标是在获得满足轧机开轧所要求的钢坯温度分布的前提下，实现最小的钢坯表面烧损和能耗的经济指标。这在提倡低碳经济的今天，如何提高产品质量，同时又能进一步降低能耗具有重要的意义。
　　本文以天钢高线的加热炉为背景，介绍了蓄热室的历史与发展，双蓄热步进梁式加热炉的工作原理，加热炉控制技术的研究现状。加热炉的工艺流程，包括坯料流程，步进系统，汽化冷却系统，炉膛燃烧系统。
　　加热炉控制系统硬件采用西门子S7-400系列PLC，并对PLC的性能进行了阐述。介绍了电气PLC和仪表PLC的硬件组成，I/O硬件，网络设备及网络构成，编程软件和HMI画面软件的选择。
　　介绍了基础自动化的网络组态，热工控制采用经典的双交叉限幅控制，研究了炉膛温度和压力的检测与控制，结合脉冲方式的蓄热室燃烧控制。在安全措施方面，设计了仪表系统报警及控制安全连锁逻辑保护系统，并设计了独立的防煤气泄漏报警及保护。对于电气基础自动化，步进梁能够实现缓起缓停，装钢辊道和出钢辊道都采用变频控制，可实现正反转，并与炉外辊道速度实现同步。
　　高线加热炉只有L1级没有L2级，只能实现半自动化，仍然需要操作工参与调节炉温，这在一定程度上很难保证产品质量和节能效果。基于这种情况本文建立了加热炉动态数学模型，在这种动态数学模型的基础上，提出了炉温优化设定方法，并进行了仿真。同时提出了各种待轧情况下炉温优化决策。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 蓄热室的历史与发展

1．2 双蓄热步进梁式加热炉的工作原理

1．3 加热炉控制技术的研究现状

1．3．1 国外加热炉控制理论研究情况

1．3．2 国内加热炉控制理论研究状况

1．4 论文选题背景和研究意义

1．5 论文结构与内容

第2章 加热炉的工艺流程

2．1 双蓄热步进梁式加热炉简介

2．2 加热炉炉区坯料流程描述

2．3 步进系统

2．3．1 步进机械结构

2．3．2 步进梁的运动

2．4 固定梁与活动梁错位技术

2．5 风机传动方式

2．6 汽化冷却系统

2．6．1 除氧给水系统

2．6．2 汽包

2．6．3 循环泵

2．6．4 水梁冷却回路

2．7 炉膛燃烧系统

2．7．1 燃烧介质

2．7．2 蓄热体

2．8 本章小结

第3章 加热炉控制系统设计

3．1 控制系统结构设计

3．2 控制系统配置

3．3 网络组态

3．4 软件选择

3．4．1 编程软件

3．4．2 上位机监控软件与实现功能

3．5 本章小结

第4章 加热炉的基础自动化控制

4．1 基础自动化控制系统组成

4．2 燃烧控制

4．3 汽包液位和蒸汽系统控制

4．4 炉膛压力检测和控制

4．5 换向控制

4．6 汽化循环系统控制

4．6．1 仪表部分

4．6．2 电气控制

4．7 仪表系统报警及安全保护控制

4．7．1 自动停炉

4．7．2 紧急手动停炉

4．8 防煤气泄露保护

4．9 加热炉电气基础自动化

4．9．1 设备动作过程概述

4．9．2 步进梁的电气控制

4．9．3 装出料控制

4．9．4 坯料跟踪

4．10 本章小结

第5章 加热炉动态数学模型

5．1 引言

5．2 步进式加热炉的特点

5．3 加热炉炉温模型

5．4 加热炉钢坯温度预报模型

5．4．1 不稳定导热方程

5．4．2 不稳定导热边界条件

5．5 加热炉炉壁温度计算模型

5．5 机理模型

5．6 本章小结

第6章 加热炉炉温优化方法

6．1 引言

6．2 基于机理模型的炉温优化设定

6．3 仿真研究

6．4 待轧加热炉温度决策

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 下一步工作展望

参考文献

致谢