毕设论文--火退炉自动测控系统设计-说明书.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：退火炉自动测控系统设计 学生姓名：徐振江学 号：200440503234专 业：测控技术与仪器班 级：测控042班指导教师：李忠虎 副教授48内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）退火炉自动测控系统设计摘 要本文是基于罩式退火炉的结构及退火原理而设计的一套罩式退火炉自动测控系统，主要包括炉膛温度控制、炉膛压力控制、燃料压力控制和冷却器排水温度控制。罩式退火炉退火处理是冷轧带钢的一个重要环节，其作用是消除加工硬化的现象，使晶粒均匀和组织稳定，而罩式退火炉又有多种形式，本文只对目前常用的氮氢型保护气体单垛式紧卷罩式退火炉的自动测控系统进行说明。从冷轧带钢退火工艺、罩式退火炉的工作原理、罩式退火炉的工艺参数到罩式退火炉的退火程序都作了详细的说明，并列举目前常用的控制系统作参考。此次设计的测控系统主要用到DDZ型仪表，本文用组态王设计了上位机监控程序，用CAD设计了罩式退火炉自动测控系统图，并对各个系统进行了详细介绍。关键词： 罩式退火炉；自动测控系统；组态王；监控程序内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Annealing Furnace Automatic Monitoring and Control System DesignAbstractThis article is based on the Bell-type annealing furnace and annealing the structure of a set of principles designed hood-type annealing furnace automatic monitoring and control system, including the furnace temperature control, chamber pressure control, fuel pressure control and drainage cooler temperature control.Bell-type annealing furnace annealing of cold rolled strip is an important link, and its role is to eliminate the phenomenon of work-hardening, so that grain uniform and organizational stability, and the hood-type annealing furnace has many forms, the paper only on the current common N-protection hydrogen gas-tight single-stack hood-type annealing furnace volume of automatic monitoring and control system description. Cold-rolled strip from the annealing process, Bell-type annealing furnace of the principle of the Bell-type annealing furnace process parameters to the hood-type annealing furnace annealing process is a detailed description, and cited the current control system commonly used for reference. The design of the monitoring and control system is mainly used DDZ-type instruments, the paper was designed by Wang configuration PC monitoring program, using CAD design of the Bell-type annealing furnace automatic monitoring system map, and the various systems for the detailed briefing.Keywords: Bell-type annealing furnace; Automatic control system; KingView; Monitoring program内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 冷轧窄带钢生产的重要地位11.2 冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度11.2.1 冷轧带钢退火的目的11.2.2 冷轧带钢退火的原理21.2.3 冷轧带钢卷退火工艺制度21.3 研究罩式退火炉自动测控系统的意义41.4 本文主要研究内容5第二章 冷轧带钢退火工艺及设备72.1 冷轧带钢退火工艺及操作72.2 罩式退火炉92.2.1 单垛式紧卷罩式炉92.2.2 单垛式紧卷罩式炉技术性能及设备构成92.2.3 罩式炉退火程序152.3 罩式退火炉自动测控系统常用的控制方案172.3.1 罩式退火炉微机控制172.3.2 全氢罩式退火炉自动控制18第三章 罩式退火炉自动测控系统总体设计203.1 总体设计思路203.2 总体测控系统设计图21第四章 罩式退火炉自动测控系统设计234.1 罩式退火炉自动测控系统设计234.1.1 炉膛温度控制234.1.2 燃料压力控制264.1.3 炉膛压力控制274.1.4 冷却器排水温度控制284.2 仪表功能及选型304.2.1 热电偶和热电阻304.2.2 调节器304.2.3 温度变送器354.2.4 记录仪354.3 上位机监控程序设计36结束语43参考文献44附录A 报表窗口程序45附录B 罩式退火炉自动测控系统设计图47致谢48 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引言1.1 冷轧窄带钢生产的重要地位冷轧带钢广泛用于汽车制造、食品包装、家用电器、交通运输、农业机械、民用小五金、轻工、仪表、通讯和军事工业等各行各业，是非常重要的通用钢材。据不完全统计，目前我国每年可生产冷轧宽带钢和窄带钢约400万t和100万t，在相当长一段时间内仍存在较大缺口，每年需花费大量外汇从国外进口冷轧带钢。由此可知，发展冷轧窄带钢生产对于减小冷轧带钢的缺口、缓解供需矛盾、节约外汇和促进国民经济的发展等，都起着相当重要的作用。建设宽带钢冷轧机需要资金多，建设周期长，还必须有充足的资源和技术力量等，比较困难。相反，窄带钢冷轧机比较容易建设和掌握。因此，近年来冷轧窄带钢生产在我国的中小城镇和边远地区发展很快。显然，它对促进地方工业的发展和逐步缩小城乡差别与地域间经济发展水平的差距，具有重要作用。尤其需要指出，有些品种和规格（如工具钢、弹簧钢和合金钢等）的冷轧带钢和精密机器制造、通讯、仪表与军事工业等特殊行业需要的极薄高精度、高强度带钢等，只能在冷轧窄带钢轧机上生产。冷轧窄带钢轧机的这个作用，是宽带钢轧机所不能取代的。因此，冷轧窄带钢生产在国民经济和军事工业发展中更具有特殊的意义。1.2 冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度1.2.1 冷轧带钢退火的目的退火的目的一是消除冷轧带钢加工硬化、降低硬度、软化金属、恢复带钢的塑性变形能力，以便于进一步进行冷轧或其他加工；二是改善组织结构，产生所需要的晶粒大小和取向。通过对温度、时间的控制使晶粒具有一定的大小和形状，从而改善钢的力学性能和物理性能。1.2.2 冷轧带钢退火的原理所谓退火就是将钢加热到一定温度，并保持一定时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理方式。在退火过程中将发生回复、再结晶及晶粒长大等结构上的变化。从热力学角度看，退火就是提高金属材料内部组织和结构的热力学稳定性，从而保证所需求的性能指标。1.2.3 冷轧带钢卷退火工艺制度冷轧带钢卷在保护气体中进行退火，不氧化，也不产生脱碳，称为光亮退火。冷轧带钢卷退火工艺制度，主要根据退火钢种、化学成分、带钢尺寸、卷重以及产品质量技术要求等因素制定，当然也和使用的退火炉型和装备技术水平有着直接的关系。冷轧带钢卷退火工艺制度还需根据多年生产实践以及各钢种工艺试验逐步修订，不断完善。 加热速度的制定加热速度的制定主要取决于钢种的导热系数。钢种的化学成分中碳含量和合金元素含量对导热系数影响较大。若碳含量高、合金含量高，则导热系数小，加热速度应慢些，以避免内外温差过大造成组织和性能不均匀。从室温到400，加热速度一般情况下是不控制的。单垛式紧卷罩式炉是间歇式的退火方式，而加热罩是连续式作业，当一台炉加热罩保温结束后，加热罩立即吊扣到另一台已经准备好的炉台上继续生产，这样即符合正常组织生产规律，也不浪费资源。加热罩热状态下继续生产，炉内钢卷从室温升到400是很快的。钢卷在400以前并没有发生再结晶，内部组织也无显著变化，加热速度的快慢对性能影响是不大的。 从400加热到保温温度，加热速度对带钢退火质量是有影响的。对于氮氢型保护气体罩式炉，一般升温速度控制在3050/h之间。当然钢种不同、带钢宽度和厚度不同，加热速度也不同。对于碳含量低、厚度1.2mm的带钢，容易出现带钢层间粘结缺陷，而不易出现性能不合格缺陷，可以适当提高加热速度；对于碳含量高、厚度1.2mm的带钢，不易出现带钢层间粘结缺陷，而容易出现性能不合格缺陷，可以适当降低加热速度。 保温温度和保温时间的制定碳钢再结晶开始温度为450500。再结晶温度与带钢内部组织状态有直接关系。例如，在轧制过程中冷加工变形量越大，晶格歪扭和晶粒被拉长的现象越严重，带钢内部储存的内能也越大，在较低的温度就能进行再结晶。与上述情况相反，就不易形成再结晶，必须在较高的温度下才能进行再结晶。保温温度的选择范围也就是带钢再结晶的温度范围，主要根据钢种、带钢厚度、卷重以及产品要求而确定，同时还应考虑罩式炉内保护气体种类和炉台循环风机能力。碳含量高、带钢厚度大以及卷重大时，加热时间需长些，保温时间也要长些。氢气导热系数比氮气导热系数高出6倍多。当保护气体含氢量高时，炉台循环风机能力大可提高保护气体循环量，提高加热能力，这样，加热时间可以短些，保温时间亦可适当短些。 冷却速度和出炉温度的制定根据多年生产实践和国内外关于冷轧带钢退火理论的论述，冷却速度一般情况下是不限制的，因为冷轧速度对一般钢种是不影响轧件性能的，而且加快冷却速度，可以提高退火能力。但是，对于特殊要求的钢材，例如重深冲用汽车板，在500以上冷却时，速度太快会导致冲压性能变坏，因此采用不卸加热罩冷却到550500。出炉温度主要是以带钢卷出炉后与空气接触不产生氧化为依据来确定，同时应该考虑在冷却罩和分流快速冷却设备的作用下，出炉温度还有回升现象，从160减去回升温度值，即为出炉温度。例如：回升温度50，则出炉温度应该是110。1.3 研究罩式退火炉自动测控系统的意义退火工艺在决定钢材的机械性能方面起着重要的作用。在这一工艺中，高精度的仪表和控制装置是满足当今优质产品市场竞争需要的一种根本手段。罩式退火炉在决定钢材质量上起着关键的作用，因此是先进过程控制系统的首选设备。设计罩式退火炉自动测控系统的意义主要体现在以下几个方面： 提高产品性能产品性能的提高主要体现在钢材的机械性能，因钢种不同退火分初退火、中间退火和成品退火。初退火主要是对45号钢以上和合金钢、高合金钢的热轧板卷。因为这些钢强度高、硬度高，冷轧难以进行，所以要进行初退火，以降低硬度和消除硬化，为冷轧做好组织准备。生产中优质高中碳钢的初退火一般采用不完全退火或再结晶退火。中间退火目的是为了消除第一次冷轧的加工硬化、消除内应力、降低硬度、恢复塑性，以便继续进行冷轧。中间退火一般采用再结晶退火。除非特殊需要，一般尽量合理选用原料，不搞中间退火和二次轧制。成品退火用于消除冷轧造成的内应力和加工硬化，使钢板具有标准所要求的力学性能、工艺性能及显微组织结构。为达到这一目的，一般采用再结晶退火。当生产50号钢，而又要求其组织为片状珠光体时，只能采用完全退火来达到这一要求。根据钢种和性能要求也可进行其他相应的热处理。 降低设备维护成本通过设计罩式退火炉自动测控系统，可以实现罩式退火炉的自动控制，从而减少人为的操作。如炉温的控制，能够使炉温按照设定的值进行调节，当高出炉温的高限时便会产生报警，既保证了产品的质量，也保证了炉体的安全。 提高生产效率设计一个好的罩式炉自动测控系统可以有效地提高生产效率，通过对燃料流量和空气流量的比值控制可以使燃料燃烧得充分，通过对温度的反馈将温度调节在允许的范围内，可以使罩式退火炉能够不间断地有效进行，既提高了生产效率，又能保证产品的质量合格。1.4 本文主要研究内容针对罩式退火炉设计自动测控系统，在保证其能正常运行的情况下，还必须考虑系统的质量及运行成本。主要研究内容可以概括如下： 控制系统类型的确定设计一个控制系统，首先必须得确定这个控制适用何种类型的控制系统，如炉温的控制最好采用串级控制系统，从两个位置采集过来的信号通过比较，从而可以对炉温进行更为准确的控制，使炉膛内部温差始终控制在一个允许的范围之内。而炉膛压力控制采用单回路控制系统即可，利用炉膛压力反馈值去控制炉气排气阀的开度。 控制规律的选择过程工业中常见的被控参数有温度、压力、液位和流量。工业用控制器常见的有开关控制器、比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器、比例积分微分控制器。控制器控制规律的选择可以参照下面一些基本原则： 对于不太重要的参数，例如中间储罐的液位、热量回收预热系统等，控制一般要求不太严格，可考虑比例控制，甚至采用开关控制； 对于不太重要的参数，但是惯性较大，又不希望动态偏差较大，可考虑采用比例微分控制器，但是对于系统噪声较大的参数，例如流量，则不能选用比例微分控制器； 对于比较重要的，控制精度要求比较高参数，可采用比例积分控制器； 对于比较重要的，控制精度要求比较高，希望动态偏差较小，被控对象的时间滞后比较大的参数，应当采用比例积分微分控制器。 控制器正反作用的选择对于一个反馈控制系统来说,只有在负反馈的情况下,系统才是稳定的,为了保证能构成负反馈,系统开环总放大倍数必须为负值，而系统开环总放大倍数是系统中各个环节放大倍数的乘积。这样，只要知道了对象、控制阀和测量变送装置放大倍数的正负，再根据开环总放大倍数必须为负的要求，就可以确定出控制器的正、反作用。 控制系统的投运和整定系统投运就是将系统由手动工作状态切换到自动工作状态。这一过程是通过控制器上的手动自动切换开关从手动位置切换到自动位置来完成的，但是这种切换必须保证无扰动地进行。对于型仪表，由于它们有比较完善的自动跟踪和保持电路，可以保证不论偏差是否存在，随时都可以进行手动与自动切换而不会引起扰动。系统整定就是对一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数（、TI、TD）的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。第二章 冷轧带钢退火工艺及设备2.1 冷轧带钢退火工艺及操作冷连轧板带生产由于产品品种不同，其设备组成也不同，一般为酸洗机组、冷连轧或酸洗-冷连轧联合机组、退火机组（罩式退火炉、连续退火机组）、平整机、涂层或镀层机组（彩色涂层机组、热镀锌机组、电镀锌机组和电镀锡机组）、横剪切机组、纵剪切机组、重卷检查机组、压形机组以及包装机组等。冷轧生产以热轧产品（主要是热轧板、卷）为原料，经酸洗去除其表面的氧化铁皮后通过冷轧机在常温下进行轧制。为消除冷加工硬化现象，冷轧后的钢卷一般在罩式炉内进行再结晶退火，用平整机保持平整并提高其表面光洁度。部分冷轧产品将在表面镀（涂）以金属镀层或非金属涂层，生产镀（涂）层带钢（钢板）。作为冷轧原料的热轧板卷，经开卷机开卷后，送往盐酸连续酸洗机组进行酸洗以清除铁锈。钢板酸洗后需经清水漂洗，以除去钢板表面上残留的酸液，有的还要进行碱洗。在酸洗生产线产生盐酸酸洗废液和酸、碱废水。酸洗后的钢板送冷轧机组进行连续轧制。钢板在冷轧后要进行必要的热处理（如退火处理）。板卷热处理一般采用罩式退火炉，并在其内罩通入保护气体（H2、N2等）。冷轧过程中需要用乳化液或棕桐油做润滑、冷却剂（润滑轧辊及轧件等），因此产生废乳液和含乳化液及油的冷废水。冷轧生产的板、卷还要进行平整机平整、检查涂油、卷取、打捆等，而后作为成品入库。近来为节能高效，把无缺陷的热铸坯直送轧钢加热炉加热或直接轧制。轧区的任务是把钢区来的铸坯轧制或用其他工艺生产各种成品钢材，主要是板（热轧板带、中厚板、冷轧板带、各类涂层镀层板等）、管（无缝钢管、电焊钢管、大口径钢管、各种异型钢管等）、型材（棒、线、重轨、H型钢等）和其他钢材（火车轮箍等）。轧钢主要的自动控制系统有加热炉和退火炉自动控制系统，板带轧制的厚度、位置、张力、温度、板形自动控制系统，型钢轧制的微张力、级联速度及阻断、轧线速度设定自适应和活套自动控制系统。其中的冷连轧包括退火炉的自动控制系统。退火炉最常用的一般为连续退火炉和罩式退火炉。图2.1是各种冷轧产品的工艺流程图，从图中可以看出，因钢种不同，工艺流程图也有所不同，如冷轧退火常见的普通深冲板从原料经过酸洗、冷轧、退火、平整、剪切等工序，而镀锌板则需要经过一个连续镀锌的工序。图2.1各种冷轧产品的工艺流程图2.2 罩式退火炉2.2.1 单垛式紧卷罩式炉单垛式紧卷罩式炉的规格是用炉型来表示的，炉型大小取决于装料的几何尺寸。 例如：炉型为200/460型，200代表退火钢卷最大外径为200cm；460代表退火钢卷垛最大高度为460cm。采用cm作为单位，是一种通常的表示方法。 为了提高退火能力，必须增加装炉量，装炉量大小取决于卷重和装料高度。卷重与钢锭、连铸坯、初轧机、热连轧机以及冷轧机都有密切关系，也是体现近现代钢铁工业技术水平的综合标志。 目前我国主要大型钢铁公司冷轧钢卷最大外径有1800mm、1850mm、2000mm、2050mm、2500mm以及2550mm.钢卷垛最大高度有4200mm、4400mm、4600mm、4900mm以及5300mm。炉型有180/420型、185/440型、200/460型、200/530型、205/490型、255/490型以及255/530型。最大卷重有15t、19t、21t以及45t等。单垛式罩式炉技术是伴随着冷轧技术的发展逐渐发展起来的。50年代，单垛紧卷罩式炉加热罩采用高压喷射式煤气烧嘴单列径向布置，加热罩炉衬是轻质粘土砖砌筑。炉台对于保护罩和加热罩均是砂封方式。装有一般炉台循环风机。就其烧嘴而言，烧嘴径向布置，对眷烧嘴部位的钢卷局部温度偏高，烧嘴与烧嘴之间部位的钢卷局部温度偏低，当燃烧室挡火板砖脱落的时候上述现象更为严重，同时严重烧损保护罩，降低了保护罩的使用寿命。60年代，高压喷射式烧嘴为双列切向布置，并有平行或交错两种布置方式，通过生产实践认为双列烧嘴交错方式布置为好，并将下排烟方式改为上排烟方式。这种罩式炉改善了温度的均匀性，但是，煤气和空气混合配比仍然不能控制，需进一步改进。2.2.2 单垛式紧卷罩式炉技术性能及设备构成单垛式紧卷罩式炉由于退火钢种、炉型以及供应能源条件等原因，技术性能各有不同。在这里以某冷轧厂热处理车间185/440型单垛式紧卷罩式炉为例进行叙述。技术性能主要包括：炉型：185/440型单垛式紧卷罩式炉；退火钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、深冲钢以及低合金钢；用途：在保护气体下进行再结晶光亮退火；退火钢卷最大外径：1850mm;钢卷垛最大高度：4400mm;钢卷最大卷重：15t；最大装炉量：60t;最高退火温度：750；炉台小时能力：1t/h;加热罩小时能力：2t/h;燃料：高焦炉混合煤气，高炉煤气体积：焦炉煤气体积7：3；燃料发热值：7110kJ/m3;烧嘴：低压套管式烧嘴，两列交错切向布置；烧嘴前煤气压力：30003500Pa;煤气最大消耗量：370m3/h;烧嘴前空气压力：30003500Pa;空气最大消耗量：750 m3/h（当1.2时）;空气预热温度：250300；最大废气量：1080m3/h;保护气体成分：2%5%H2，其余N2；保护气体质量：露点40，O210ppm;保护气体最大消耗量：30m3/h;炉台保护气体最大压力：1200Pa;炉台循环风机能力：风量为2000024000m3/h，风压为1200Pa;冷却水供水温度：20；冷却水供水压力：0.20.3Mpa;分流快冷工艺冷却水排水温度：42；炉台冷却水用量：35m3/h;分流快冷工艺用水量：20m3/h。单垛式紧卷罩式退火炉设备设计一般应该考虑以下几个方面： 为了使退火钢卷的力学性能均匀，必须均匀地、快速地对钢卷进行加热。 为了提高生产能力，当钢卷垛中钢卷最冷点达到规定的退火温度后，必须迅速地冷却到出炉温度。 退火过程中煤气、保护气体、冷却水以及电力等能源消耗应尽量少，从而降低退火产品成本。 操作简单，安全生产。 采用先进的计算机对退火工艺实现程序控制和监督。 单垛式紧卷罩式炉主要设备有：加热罩、炉台、炉台循环风机、快速冷却设备、保护罩、对流板、钢卷吊钳、对流板吊具。 加热罩加热罩是单垛式紧卷罩式炉的主要设备。加热罩主要几何尺寸是由最大外径和钢卷垛最大高度决定的。加热罩在设计时应力求减轻重量，特别是当加热罩的重量已成为车间起重能力的决定因素时，就更应该考虑。加热罩由钢结构的金属壳体、炉顶横梁、燃烧系统、排烟系统、空气预热器以及炉衬砌筑等组成。 炉台炉台是罩式炉的主体设备，从某种意义上讲，也可以说是罩式炉的永久性设备。 在设计罩式炉的时候，是以退火产量来计算炉台数量的，而后计算加热罩数量，一般情况下，加热罩数量与炉台数量相匹配时，加热罩数量应比炉台数量充裕。 在组织罩式炉生产的时候，应以不影响生产和浪费煤气为原则，加热结束的加热罩，必须立即扣到另一个准备生产的炉台上，一般情况下不允许热状态加热罩落地。 炉台要承受钢卷垛和保护罩的全部重量。炉台应该具备承载能力、抵抗反复加热和冷却变形能力，并应具有不漏气、绝热性能好、蓄热量小以及结构简单等特点。 炉台循环风机 炉台循环风机是罩式炉的重要设备，是在罩式炉正常退火生产过程中不可缺少的设备，它是决定罩式炉退火产品质量和产量的关键性设备。炉台循环风机立式安装在炉台中心，保护罩内的保护气体进行强制循环，从加热开始直到冷却结束出炉，整个退火周期连续运转。炉台循环风机属于无壳离心式风机，它的运转是从钢卷垛的内腔吸入保护气体，经过分流盘，沿着保护罩内壁上升被加热（冷却阶段时被冷却），然后保护气体经过对流板进入钢卷垛的内腔，此时以高速度冲刷钢卷端部，对钢卷进行加热（冷却阶段时进行冷却）。经过对流板回到钢卷内腔的保护气体流回炉台循环风机入口处，这样形成连续不间断的循环保护气体气流。使用炉台循环风机将会加速钢卷的加热和冷却、缩短退火周期、提高炉温均匀性。炉台循环风机不启动的时候，炉内保护气体不能进行强制循环，加热时，其热量只能是利用钢卷外圈径向和保护罩壁之间的辐射热方式来传递，而钢卷层间纵向对流传热受到影响。由于钢卷层间存在空气夹层，而空气的导热系数比退火钢卷的钢板导热系数小得多，这样径向加热速度远远低于轴向加热速度，所以不启动炉台循环风机时，钢卷加热或冷却速度十分缓慢。炉台循环风机不启动时炉内保护气体不能进行强制循环，炉内上部温度高，底部温度低，钢卷垛外圈温度高，内圈温度低，产生了炉温不均匀。如果启动炉台循环风机会改变这种炉温不均匀现象，所以说罩式炉退火质量好坏很大程度上是由炉台循环风机决定的。 快速冷却设备 快速冷却设备的作用及型式在罩式炉冷却阶段使用快速冷却设备。罩式炉整个退火周期中，冷却阶段占用时间较长，直接影响退火产量。带有分流快速冷却设备的罩式炉冷却阶段占用时间和加热阶段占用时间一般情况下是各占一半。如果没带有分流快速冷却设备，则罩式炉冷却阶段占用时间将大大超过加热阶段占用时间。开始吊出加热罩时，炉内温度在700左右，这时与室温的温度梯度较大，炉温下降较快。当炉温较低时，单靠自然散热冷却效率 很低，严重影响退火能力。在罩式炉整个退火过程中，加热时间进一步缩短还是有限度的，而冷却阶段采用快速冷却设备，对于缩短冷却时间，提高退火能力还是大有潜力的。 目前，快速冷却设备大多和冷却罩同时使用。快速冷却设备可以为分流快速冷却设备和全流快速冷却设备两种。炉内全流快速冷却设备结构紧凑、简单、造价低。但因冷却器盘圆形管装在炉台分流盘中，加热阶段不能通入冷却水，只有在冷却阶段高温（500）通冷却水，这样对冷却器管的材质和形状等提出较高要求，而且冷却器的能力也受到限制，尤其在操作时必须认真遵守操作程序，以免发生爆炸事故。某冷轧厂曾安装3台炉内全流冷却设备进行试验，应用几炉后，有一次开始通水量过多，造成盘圆形冷却水管抬起事故。这种冷却方式，炉台数量多，长期应用于大生产，安全无把握，不宜提倡。 分流快速冷却设备 所谓分流快速冷却设备是指在炉台中心照常安装一台炉台循环风机，按着没安装分流快速冷却设备一样，正常操作运转。而另外安装一套单独系统，包括一台分流风机、冷却器、控制蝶阀以及管路等。在分流快速冷却设备工作时，分流风机只能从炉内一侧吸入1/31/4的保护气体，而不是全部保护气体进行快速冷却，故称作分流快速冷却设备。设备主要由分流风机、冷却器、控制蝶阀、波形管以及管路等组成。该设备安装在炉台下部，在进行分流快速冷却的时候，当炉气热电偶温度达到500后，开始启动分流快速冷却分流风机。温度过高时接通分流快速冷却设备不能起到提高冷却速度的作用。500时接通可以减弱热交变应力，这一热交变应力对保护罩有损害。高温急剧下降保护罩可能产生轻微的不密封现象。分流风机把一部分热保护气体，从保护罩一侧抽到分流快速冷却系统中，经过水冷却器使热保护气体冷却到50左右，然后把冷却后的冷保护气体再送回到保护罩另一侧。在分流风机出口管路中安装一个控制蝶阀，不使用分流冷却设备时，关闭此蝶阀。采用分流快速冷却设备可以大大缩短钢卷的冷却周期，从而使罩式炉的罩台比由原来的1：3降到1：2。 保护罩生产时保护罩位于钢卷垛与加热罩之间，罩式炉通过保护罩对钢卷进行间接加热或冷却。保护罩的作用是保护钢卷在保护气体中进行退火，保证保护罩内保护气体具有一定的压力，防止保护气体泄漏和外部气体侵入。保护罩的设计要求是导热性能好、传热面积大、造价低、使用寿命长。保护罩材料目前基本上一致认为应根据不同炉温而采用相应材料的耐热钢，必须保证保护罩在工作条件下不发生氧化起皮和不发生热变形，保证保护罩高温强度。 对流板对流板又分底部对流板、中间对流板以及顶部对流板。底部对流板安装在炉台的分流盘上面，承受钢卷垛全部重量，因此较厚，上面带有导向条，下面为平板。中间对流板位于钢卷之间，两面均带有导向条，中间夹焊平板，主要作用是使保护气体气流通过钢卷端部进行加热或冷却，是热交换的重要手段，其次，对两个钢卷进行隔离，防止钢卷在退火过程中钢卷端部粘连。顶部对流板盖放在钢卷垛顶部，上面是平板，中间有孔，下面带导向条，主要作用是防止保护气体气流全部从钢卷垛中腔通过，影响炉温均匀性和退火能力。顶部对流板在国内各种罩式炉中均有设计，可是在生产中绝大部分不使用，其原因是顶部对流板直径小于钢卷外径，又盖放到钢卷垛顶部，盖上或吊卸十分困难，又不安全。为了解决上述问题，顶部对流板外径和中间对流板外径可以采用同样的尺寸，同中间对流板同样操作。曾对最终冷却台顶部对流板采用过此种改进，解决了上述操作困难问题。对流板在退火过程中具有加速热交换的作用。 罩式炉用吊具 目前较先进的大型罩式炉在生产过程中主要使用两种吊具，一种是立式吊钳，另一种是对流板吊具（也用于保护罩或冷却罩）。2.2.3 罩式炉退火程序图2.2是罩式退火炉的退火程序，罩式炉退火程序具体过程如下： 收料、配料及装料。收料时要检查与核对来料，如有松卷、中心阻塞等现象要及时处理。配料时应把工艺同、规格同、内径同、钢种同的放在一炉。当钢卷规格不同时，按上薄下厚、上窄下宽、上小下大的原则配料。按配好的料顺序装炉。 扣内罩、密封检查。扣上内罩，内罩要压紧密封。然后进行密封检查。120200罩式炉，先关闭保护气体出口阀，打开进口阀，充气80s，关闭进口阀，30s后若压降不超过200Pa，即认为密封合格，否则认定不合格，进行处理。图2.2罩式炉退火程序1-装料;2-密封检查;3-预吹洗;4-吹洗;5-高温加热;6-加热退火;7-空冷;8-冷却;9-快速冷却;10-一次冷却 冷吹。密封检查合格，打开保护气体进出口阀，用保护气体赶走内罩里空气，冷吹时间一般为3h。冷吹时间不够，内罩中空气排不尽。有的车间采气检验合格后，方结束冷吹，以保安全。 扣外罩、点火、加热、热吹。冷吹结束，扣上外罩，用点火棒按顺时针方向，逐个将烧嘴点着，开始加热升温、保温过程。在加热过程中，保护气体进出口阀始终打开，用保护气体吹洗，使加热温度均匀。热吹一直持续到保温结束。吹洗结束关闭保护气体出口阀。 一次冷却。揭外罩后，扣冷却罩，钢卷在内罩中冷到150左右，吊走冷却罩，关闭进气阀，打开出气阀，放散半小时，吊内罩，带钢出炉。 二次冷却。出炉的带钢吊放到二次冷却台架上，或停放场地中继续冷却到4050。在每一过程进行前，必须先检查相应的设备是否完好，状况是否符合要求。如外罩扣好后，先检查烧嘴是否全部关闭，炉座上的冷却水是否畅通等，才能启动炉台循环风机和助燃风机，然后开启煤气主开闭器，并打开放散阀，等放散结束再点火。2.3 罩式退火炉自动测控系统常用的控制方案2.3.1 罩式退火炉微机控制自80年代以来，许多国家采用了一种与炉体一体化带有微机的智能化温控装置，并取得了良好的效果。为了提高生产效率和自动化水平，张店钢铁厂选用了一种具有程序给定功能和调节功能的TCW温度程序控制系统，以炉台温度作为控制变量，对带钢卷的升温、保温进行全过程指示、记录和PID调节，实现了炉温自动控制。罩式退火炉温度控制系统选用TCW型温度程序控制器（内设Intel-8039单片微型计算机）为主进行现场温度调节控制，配以记录仪表、检测装置、变送装置和大电流可控硅触发模块组成微机程序控制系统。该控制系统实际上是一台微机程序逻辑控制器，通过编程器把热处理工艺程序存储在存储器中。它可以存储6条8段的温度程序控制曲线，系统分辨率不大于0.1%，时间设定范围为1999min，具有4种工作状态，也可由操作者在装置板上自行设定各程度段的温度值和时间值，超上、下限报警值和PID值，当按工艺要求编程结束，可按键复查，对所预设置参数据进行校核，校核无误后按下“运行”键。即可按规定的程序曲线控温。在温控过程中，根据要求可随时监视当前程序段设定值大小。系统采用PID调节方式，其数值可根据需要使用设定的PID值或据对象特性直接设定和调整。为了方便操作，减少电网对控制系统的影响，系统采用了直观的人机对话的形式输入各种参数，调节器采用脉宽调制型过零触发控制方式。控制系统的主要功能是按设定的热处理工艺曲线进行自动运行；微机系统合理利用，做到一机多用；对露点温度无误差自动补偿；在线PID参数和给定值；自动记录显示内、外罩温度；PID参数和给定值的输入提示、故障显示；系统事故的自动报警、掉电保护和故障自诊断。 在罩式退火炉上应用微机控制系统，操作直观方便，深受现场工人的欢迎。功能上能满足一般热处理工艺对温度控制系统的要求，生产中可选用较佳升温方式进行温度自动控制。一机多用，用一人操作即可，从而减少车间工艺定员。能消除操作失误，从而克服炉温不均现象，使冷轧带钢卷质量稳定，生产效率提高。2.3.2 全氢罩式退火炉自动控制全氢罩式炉是一种目前退火工艺水平很高的罩式退火设备，具有生产效率高、退火产品质量优，介质、能量消耗低等优点，是改善和提高冷轧产品特别是冷轧带钢表面质量的重要设备，其主要优点是利用氢气的强还原性和密度小、热传导性高等特点, 与高速旋转的炉台循环风机相配合, 使炉内气氛具有高的流动速度和传热速度, 炉温均匀。冷轧钢卷经退火后, 力学性能优良、均匀, 带钢表面清洁光亮, 生产效率高。在冷轧产品的生产中得到了普遍应用。控制系统设计：根据全氢罩式炉工艺的特点和实施自动控制的需要，按最优性价比的标准，选择西门子的PLC。本控制系统设计为一个PLC控制2台全氢罩式退火炉的系统模式，系统由SIEMENS公司的PROFIBUS现场总线组成，包括S7400控制器，分布式I/O ET200，OP操作面板和CIMPLICITY显示基本监控画面。系统网络由两级组成，上位控制计算机和S7400之间为PROFIBUSFMS协议，主控制站S7400与远程I/O之间为PROFIBUSDP协议。重要控制回路的实现方法： 氢气流量自动调节退火加热和均热期间要进行氢气吹扫，在保证钢卷质量情况下使用最少的氢气流量，以节能降耗、节约成本，而且炉内气氛压力必须保持稳定。根据此特殊工艺要求，在退火过程前期采用氢气流量控制，后期采用炉内压力控制，并使内罩压力控制在一定范围。氢气流量调节阀采用时序控制。就现场使用情况来看，此控制方式可完全达到工艺要求，使生产每吨钢卷的氢气达到较低用量。 退火过程温度控制退火过程温度按工艺过程分为两段，加热段和均热段。加热段采用初始燃烧量来控制燃烧过程，均热段采用温度控制燃烧过程。根据此罩式炉设备情况，退火过程的燃烧控制PID调节器采用串级控制调节来完成，温度环为主环，燃气流量为副环控制，并在副环控制中进行相关的经验校正值系数来优化流量值的设定值。在实际运行中，此种控制方式较好，均热段温度偏差小于3。 循环风机的变频控制在退火过程中，炉内气氛随工艺过程不同而不同，这对循环风机要求较高，在不同介质和不同温度情况下的风机转速需进行变速控制，此处采用西门子变频器进行风机变速控制。经过反复试验，得出退火过程不同气氛和不同温度下对应的循环风机的变频控制过程。 旁路风机及旁路冷却阀的行程控制在退火过程的快冷过程中，旁路冷却风机对不同介质和不同温度情况下也有不同要求。针对这种情况，旁路冷却风机和旁路冷却阀的动作需按行程控制。经过现场使用，行程控制的方式满足快冷过程的工艺要求。第三章 罩式退火炉自动测控系统总体设计由罩式退火炉的原理、结构、运行过程、各个参数及成本的要求，并结合其