劉陽(yáng)++梁丹

摘 要：步進(jìn)式加熱爐出鋼過(guò)程中，爐門處于全開(kāi)狀態(tài)，造成熱量外溢，冷風(fēng)吸入，會(huì)增加能耗。為減少能源消耗，對(duì)現(xiàn)有出鋼機(jī)控制進(jìn)行優(yōu)化，增加爐門位置檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)爐門出鋼過(guò)程中處于半開(kāi)控制狀態(tài)，降低爐門開(kāi)啟高度，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

關(guān)鍵詞：爐門；控制系統(tǒng)；接近開(kāi)關(guān)；半開(kāi)

中圖分類號(hào)：TG307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、控制系統(tǒng)改造方案

加熱爐使用西門子PLC的S7-400系統(tǒng)來(lái)完成加熱爐的過(guò)程控制及過(guò)程檢測(cè)，使用的軟件分別為西門子公司的Step7和WinCC。

優(yōu)化前需要將爐門打開(kāi)到最高極限后，出鋼機(jī)才會(huì)按照前進(jìn)—上升—后退—下降—后退的正循環(huán)順序有所動(dòng)作。托臂運(yùn)行到后下限位時(shí)爐門才關(guān)閉，爐門和出鋼機(jī)的運(yùn)行相互之間無(wú)交叉。爐門控制優(yōu)化可改變以往運(yùn)行邏輯，爐門上升動(dòng)作分兩步完成：爐門先小開(kāi)啟度提升到位，出鋼機(jī)前進(jìn)，在出鋼機(jī)托臂到達(dá)前進(jìn)極限前，爐門再上升到最高位，出鋼機(jī)托出鋼坯，托出鋼坯出爐后達(dá)后極限時(shí)爐門即關(guān)閉，與出鋼機(jī)下降同時(shí)進(jìn)行，從而減少爐門全開(kāi)時(shí)間。

為防止?fàn)t門與出鋼機(jī)發(fā)生碰撞，程序編寫要充分考慮設(shè)備運(yùn)行的安全性，將爐門開(kāi)啟高度和出鋼機(jī)進(jìn)退位置互相作為對(duì)方的連鎖條件?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖1所示。

根據(jù)加熱爐高溫、潮濕的運(yùn)行環(huán)境以及加熱工藝要求，增加接近開(kāi)個(gè)或傳感器檢測(cè)爐門中位。依流程圖編寫控制程序，返回中位檢測(cè)信號(hào)作為連鎖條件。為保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)位置檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障，爐門抬升到最高位時(shí)，出鋼機(jī)停止操作，避免誤動(dòng)作造成設(shè)備損壞。當(dāng)爐門中位接近開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，爐門抬升到最高位，出鋼機(jī)不動(dòng)作，不能自動(dòng)出鋼。在HMI上增加爐門中位返回指示和半開(kāi)控制切除對(duì)話框，此時(shí)勾選此對(duì)話框，運(yùn)行原自動(dòng)出鋼模式，可實(shí)現(xiàn)新舊模式間的切換。

二、控制系統(tǒng)優(yōu)化前后效果比較

1.優(yōu)化前運(yùn)行模式及其影響

出鋼過(guò)程中，出鋼機(jī)共分七步完成。第一步爐門打開(kāi)到最高位，出鋼機(jī)第一步前進(jìn)到前進(jìn)極限；第二步上升到托臂與步進(jìn)梁水平相同位置；第三步出鋼機(jī)上升到上極限位托起鋼坯；第四步出鋼機(jī)托出鋼坯到出爐輥道中間位置；第五步出鋼機(jī)下降到步進(jìn)梁水平位置，將鋼坯放到輥道上；第六步出鋼機(jī)繼續(xù)下降到下極限位；第七步出鋼機(jī)退回到后極限，等待下一次出鋼。

通過(guò)出鋼過(guò)程中對(duì)出鋼機(jī)、爐門的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，得出出鋼機(jī)和爐門的運(yùn)行時(shí)序圖及爐門開(kāi)啟時(shí)間，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。

通過(guò)出鋼過(guò)程中對(duì)爐門和出鋼機(jī)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，整個(gè)出鋼過(guò)程爐門開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)達(dá)67s，爐門處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)53s。根據(jù)爐內(nèi)壓力與吸入空氣量和熱損失的關(guān)系表可知，由于設(shè)計(jì)因素、操作習(xí)慣等原因影響，出鋼時(shí)爐門開(kāi)啟幅度大，開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)，造成爐內(nèi)熱量外溢。另外，爐膛內(nèi)外形成一定的對(duì)流空間，爐外的冷空氣流入爐內(nèi)，造成爐內(nèi)溫度降低，這些都會(huì)導(dǎo)致只有通過(guò)增加煤氣燃燒才能保證爐內(nèi)溫度，也相應(yīng)地增加了爐內(nèi)空氣量，影響爐內(nèi)氛圍和燒鋼質(zhì)量。產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔馕唇?jīng)蓄熱體利用而排出爐外，進(jìn)一步造成熱量損失，惡化操作環(huán)境。煙氣增加引起爐壓升高，使得爐門兩側(cè)縫隙四處冒火，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失及浪費(fèi)是相當(dāng)驚人的。

2.改造后設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

控制優(yōu)化后，出鋼時(shí)爐門先小開(kāi)啟度高度抬起，允許托臂通過(guò)即可，在出鋼機(jī)上升前即將到達(dá)前進(jìn)極限位置時(shí)，爐門打到全開(kāi)位置，實(shí)現(xiàn)爐門半開(kāi)功能。當(dāng)出鋼機(jī)將鋼坯托出爐內(nèi)到后極限位時(shí)，爐門關(guān)閉，改變以往出鋼機(jī)回到后下限位時(shí)爐門再關(guān)閉現(xiàn)象，這樣在出鋼機(jī)前進(jìn)和后退過(guò)程中可縮短爐門全開(kāi)時(shí)間，有效降低爐內(nèi)的熱量損失。優(yōu)化后的爐門運(yùn)行時(shí)序圖如圖3所示。

由圖3中可知，優(yōu)化后爐門開(kāi)啟時(shí)間由原來(lái)的63s縮短為43s，極大地縮短了爐門開(kāi)啟時(shí)間，而爐門全開(kāi)時(shí)間只有20s，縮短了爐門開(kāi)啟時(shí)爐內(nèi)熱量外溢造成的熱量損失的時(shí)間。

該項(xiàng)目的實(shí)施，可縮短爐門的開(kāi)啟時(shí)間及出鋼時(shí)間，提高操作人員的工作效率；節(jié)約煤氣消耗，減少爐外的冷風(fēng)吸入，使?fàn)t頭溫度變化不明顯，有利于減少因爐門開(kāi)關(guān)造成的爐內(nèi)壓力波動(dòng)，對(duì)保證鋼坯的表面質(zhì)量和減少鋼坯氧化燒損都有很大作用，可提高加熱爐的燃燒工藝質(zhì)量。

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