科学论坛 啊Ｉ 冷轧全氢罩式退火炉控制系统应用 宋晓云李晓刘丽英王海鹏张凯 （菜钢自动化部１程所山东莱钢 ２７１１０４） ［摘 要］冷轧引入洛伊公司的全氢罩式退火炉２４台 设备多，工艺过程复杂，对控制系统的硬、软件要求很高。本文重点介绍了全氢罩式退火炉的 控制内容以及为满足控制要求所配置的控制系统。 ［关键词］全氢罩式退火炉控制系统 中图分类号：ＴＵ９７６＋．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２０１０）１２ ００７９ ０１ １引言 却。当入口阀被打开几分钟厉，炉台气氛循环风机以低速再启动，几分钟后切 由于Ｈ２比ＨＮ有更好的热传导性，而１００％的Ｈ２比ＨＮ的脱碳能力更强，用 换到高速运行。直至达到预先设定的冷却温度，停止喷淋冷却。关闭入口 Ｈ２作保护气体的罩式退火炉处理过的带钢表面的碳渣含量更少，机械特性更 阀，打开排水阀。在入口阀被关闭数分钟后，冷却空气风机将再启动数分钟，以 均匀，能满足汽车制造业和冰箱、洗衣机等家电行业对钢材品质的严格要 排除残留在内罩表面的水分。 求。所以，全氢罩式退火炉目前已在一些冶金行业的现代化冷轧生产线中得 ３ ３安全联锁 到普遍采用。但由于罩式退火炉的工艺过程较复杂，控制的设备和介质数量 全氢罩式退火炉因为用１００％氢气作保护气氛，所以安全联锁在控制中显 较多，特别是采用１００％的氢气作保护气氛，安全保护尤为重要，稍有不慎就可 得尤其重要。氢气阀泄漏、炉台／内罩系统不密封和炉膛气氛氧的含量过 能引起重大事故甚至爆炸。因此，全氢罩式退火炉的控制非常复杂，对控制系 高是ｊ种严重影响到生产安全的情况。针对这三种情况，进行…‘系列安全联 统的要求也更高。 锁设计。 ２工艺过程 （１）在开始每个退火过程前测试所有控制器和变送器的功能并对氢气阀进 洛伊高性能罩式退火炉用来对冷轧碳素钢带卷进行均匀化和再结晶处 行密封测试：如发现故障则报警并锁死后面的顺序控制步骤，直到故障排除。 理。罩式炉设备包括：退火炉台、内罩、加热罩、冷却罩、公辅设施 （２）在退火过程开始和过程中测试炉膛和公辅管道的密封性：如在开始发 供应和处理系统、Ｈ２／Ｎ２阀站。 现故障则报警并锁死后面的顺序控制步骤直到故障排除，如在过程中发现故障 基本工艺流程为：带卷与对流垫板一‘起堆放在退火炉台上。把内罩放 则报警并进行氮气紧急事故吹扫。 上，压紧到气密状态。然后在内罩中注入氮气，把加热罩放在内罩上面， （３）在氮气替换空气的过程中测量吹扫量和时间，监控炉氛中的氧气含量： 点火，用氢气置换氮气，接着带卷在受控的氢气保护性气氛中退火。当退 如发现故障则报警并将退火炉台停用。 火时间达到后，用吊车提起加热罩，把加热罩放到另‘个准备退火的炉台 （４）在氢气吹扫时，监控炉氛中的氧气含量：如发现故障则报警并停ｌＥ氢气 上，然后把冷却罩放到内罩上进行冷却。达到预置的温度时，启动喷水冷 吹扫，进行氮气紧急事故吹扫。 却系统。当冷却时间到达时，用氮气置换氢气。关闭喷水冷却系统，移 ４控制系统配置 开冷却罩和内罩，从炉台上卸出带卷。此时，退火炉台就可以进行接下来 因为全氢罩式退火炉不仅有复杂的回路控制，而且有许多顺序控制，所以 的退火循环了。 控制系统采用西门子Ｓ７—３００（带ＯＰ？７７Ｂ操作面板），上位监控计算机由 控制的介质有氢气、氮气、煤气、空气和冷却水。主要控制的设备 用于监督退火炉台和能介装置的ＰｒｏＶｉｅｗ系统组成，配置１个工程师站和１ 有炉台循环风机、冷却罩风机、加热罩烧嘴、备受控介质的入口阀和出口阀 个操作员站。 等。 拧制系统各部分的主要控制功能分担如下： ３控制系统功能 ４ １炉台ＰＬｃ 根据不同数量、材质和性能要求，钢卷退火时间一般在３０—４０小时。 对氢气阀和内罩／炉台系统进行冷态、热态气密性测试：在氮气预吹扫 下面就一个退火炉台的控制进行介绍。 时，测量和监控氧气体积含量：设定并储存多阶段的加热曲线（时间～温度）和 全氢罩式退火炉控制功能主要有顺序控制、加热控制、冷却控制和安 氢气吹扫曲线（时间一温度，流量）：监控内罩里的压力：加热罩的预吹扫、温度 全联锁等。其中，顺序控制的工艺过程较复杂，设有ｊ＝Ｆ常生产的１ ４个阶段和 监控以及烧嘴逻辑通／断控制 燃烧废气控制；喷淋冷却温度和流量控制 最终 故障处理的特殊阶段，因为在控制上无显著特点，所以不再叙述。下面着重介 氮气吹扫控制：炉台气氛循环风机转速控制：所有模拟量测量信号，包括温度、 绍 下加热控制、冷却控制和安全联锁。 流量的设定值：向所属炉台操作站提供数据，接受操作站发送的控制命令和设 ３ １加热控制 定值。 （１）采用多只热电偶对退火炉各个部分进行温度监控并在 同的温度 ４ ２公辅ＰＬＣ 控制阶段参与控制 借助ＰＩＤ控制软件包控制冷却水进水总管流量和煤气进气总管压力：氮气 双只热电偶（ＴＥＯ０２）安装在内罩气氛中，测量炉氛温度。热电偶（ＴＥ９１６） 吹扫顺序控制：液压站系统控制：氮气／氢气引射风机控制：供电控制：终冷台 安装在加热罩上，用于控制加热罩的温度。ＴＥＯ０２中的一只和ＴＥ９１６通过专用 电机控制：公辅介质（液压、废气、氮气、氢气、燃气、气动阀气源）的状态和 于热电偶的ＡＩ模块与ＰＬＣ系统连接。 报警监控：向公辅操作站提供数据，接受其发送的控制命令和设定值。 上位机输入一个加热罩温度设定点并传送给炉台ＰＬＣ系统，ＰＬＣ系统通过 ４ ３操作站 单个地开／关控￥￣ＪＪＪｎ热罩的烧嘴调节加热罩的温度。ＴＥＯ０２中的第二只连接 显示所有ＤＩ／ＤＯ状态、过程状态、报警、故障和所有模拟量测量值及ＰＬＣ 到ＣＦ柜内的温度控制器用于过热保护。 内的所有固定设定值：设定和显示多阶段的加热曲线（时间一温度）和氢气吹扫 ＴＥ９１６仅用于在加热阶段的温度控制（最高８５０￣Ｃ），除非分段退火时选择 曲线（时间温度，流量）：由带安全检查的菜单驱动所有控制命令和退火段的 过陡的梯度而导致达到加热罩极限温度时，则控制又换回到ＴＥ９１６上。当达到 温度、流量等设定值的输入，显示实时／历史曲线。 要求的温度时，会切换￣ＩＪＴＥＯ０２。当ＴＥＯ０２（最大温度设定点７５０￣Ｃ）负责炉料温 ４．４工程师站 度控制时，ＴＥ９１６仅用于防止加热罩过热及如果超出容许极限则产生切断。 具备所有操作站的监控功能，并对其有优先权，如果操作站发生故障，在工 （２）加热罩烧嘴开／关循环控制和按选定温度曲线进行温度控制 程师站上可完成故障操作站的监控功能：在车间炉台总貌画面中显示各炉台工 温度控制由烧嘴点火触发，并按选定的温度曲线维持温度，加热过程持续 作进程（装料／卸料、加热罩、冷却罩、内罩的提升／放置、冷态密封测试、 到达到卷心设定温度以及设定的退火时间结束。 加热、冷却、紧急吹扫），统计炉台、加热罩、冷却罩、内罩当前的使用情况 ３．２冷却控制 和工作等。 （１）带加热罩的冷却 如果气密性测试成功且退火周期已结束，若已预先设定需要进行控制冷却 则可开始用仍然设爱于炉台上的加热罩进行控制冷却。 （２）利用冷却罩冷却 内罩辐射冷却之后，设置冷却罩。一旦插上冷却罩的电气连接插头，冷却 空气风机自动启动。只要冷却时有氢气存在，炉台气氛循环风机就以高速运 行。当炉氛温度达到设定值且炉台气氛循环风机停转一段时间，冷却空气风 机停转。几分钟后打开炉台喷淋冷却水入口阀，关闭排水阀，开始以喷淋冷 科技博览ｌ ７９
