在線固熔爐在軋鋼中的應用

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

在線固熔爐在軋鋼中的應用

于洪深

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

介紹了在線固溶爐的主要組成以及各部分的工作原理。

在線固溶爐；電氣控制系統；溫度控制

一、在線固熔爐的布局與系統組成

1.在線固熔爐的布局

在線固熔（DST Direct Solution Treatment）工藝是軋鋼中重要的一個環節。與離線固溶相比，在線固溶的效率更高，能源消耗更少而且良品率也更有保障。

如圖1所示，DST位于軋線吐絲機的下游，系統的主要功能是將不銹鋼盤卷加熱到一個特定的溫度，然后用水降溫。盤卷的加熱會在一個加熱爐內進行，而后通過特殊的爐輥形成的傳送裝置運輸。通過爐子之后，噴水降溫模塊會對盤卷進行降溫處理。爐子的進出口處裝有專用爐門，而降溫部分是不封閉的。

圖1 DST規劃圖

2.燒嘴系統

DST被分成10個分區，每個分區有獨立的溫度控制系統，如圖2所示，系統是由燒嘴、熱電偶、控制器構成的閉環。

圖2 燒嘴和溫度分區

3.電氣控制系統

圖3所示為DST的電氣控制系統，根據現場實際要求分為控制室與電氣室?？刂剖遗c操作室在一起，主要處理各個模擬信號與重要參數的閉環控制；電氣室主要由配電部分、安全繼電器部分、功率部分組成。

圖3 DST電氣控制系統

（1）主電氣柜+A1

電氣柜分為9個部分。

第一部分：進線斷路器，主電源和緊急電源供電。斷電時的自動切換裝置。

通過控制柜門上的儀器檢測進線主電源的電壓和電流。

第二部分：主要有380V交流電和電動機空開。

第三部分：控制電壓230V交流變壓器和配電模組。24V直流單元和配電模組。

PLC輸入輸出單元U20：內部信號+A1和Zone 6～10的空氣閥門。

第四部分：Zone 1～10溫度控制以及1#到3#燃氣環線安全繼電器。

PLC安全信號輸入輸出單元U10和U50，U10和CPU1相連，U50和CPU2相連，安全相關的信號并聯到這兩個單元。

第五部分：爐內爐輥變頻器。

第六部分：爐內爐輥變頻器。

第七部分：噴淋部分爐輥變頻器。

第八部分：PLC輸入輸出單元U30和U40，U30負責Zone 1～5氣體供給線路+燒嘴閥門位置指示。U40負責Zone 6～10的燒嘴閥門位置指示。

第九部分：PLC輸入輸出單元U60和U70。U60控制Zone 1～5燒嘴閥門。U70負責多種設備的控制，例如煙道排出風機，爐門電機，水噴淋等，電機保護箱，本地控制面板+DSSG接口。

（2）PLC控制柜+A2

中央西門子S7-400PLC含有兩個414-2DP CPU。CPU1控制DST線路中所有的功能，而CPU2只處理和CPU1對應的安全功能。這種雙CPU設計是為了達到更高的安全程度。

I/O模塊用于系統內所有的模擬量輸入輸出和+A2內部信號。安全相關信號并聯到兩個輸入輸出模塊，其中一個模塊使用CPU1進行處理，另一個使用CPU2處理。系統提供Proibus和以太網的通信單元、紅外線溫度計信號轉換器、過程控制器Eurotherm模塊2704，該模塊可以顯示爐內氧氣含量，安裝于前門。

（3）通信連接

PLC和操作員站間使用局域網進行通信。+PC1和+PC2分別通過雙絞網線連接至+A2和+A1?？刂剖液碗姎馐业目刂乒裢ㄟ^光纖連接，即150m帶有卡口的預制光纖（BFOC）。另外，還有300m長的預制FO線用于和2級DSSG系統通信。Profibus DP用于控制級的通信系統，即中央PLC和輸入輸出單元的通信、變頻器和BCU的通信。+A1和+A2之間的雙重通信連接通過150m預制的單工電纜實現。FO電纜BCU總線通過標準Profibus電纜連接到主電氣控制柜。

二、DST系統的操作模式

1.DST的啟爐步序

操作員通過HMI啟動操作系統。啟動前，所有閥門均為關閉狀態，爐子處于冷卻狀態。前后門必須通過本地操作盒手動關閉。啟動前，參數必須按如下要求設定。

（1）吹掃時間：應該大約吹掃6倍的爐子體積的流量。

（2）吹掃之后最長時間操作：就是允許在無焰溫度以下操作爐子的時間。當這段時間過去后，對任何燒嘴的點火操作都需要再次吹掃。

（3）最少點火燒嘴數量：在啟動主燒嘴之前，必須啟動最小數量的點火燒嘴。由于點火燒嘴是按順序一個個啟動的，所以也要設定燒嘴啟動之間的時間。

（4）整體重啟：在爐內溫度低于無煙模式溫度（750℃）下點火或啟爐將會被要求整體重啟。

如果在最大吹掃時間以內發生停爐或是安全繼電器動作，系統會從第5步啟爐；反之，整體重啟同樣也會被執行。

（5）爐膛吹掃：步驟4，出于維修目的此步驟可以單獨激活。

（6）泄漏測試：步驟5，1～3號燃氣環線的測漏通過Krom Schr?der閥門控制器TC410自動進行。當PLC發出開始命令給控制器TC410之后相應的進口閥門會打開同時在設定的時間內檢測燃氣壓力的情況，如果壓力正常則返回OK反之則返回Failure。泄漏測試同樣可以進行手動操作。在無煙模式下重啟會重新進行泄漏測試。

（7）啟動點火燒嘴：步驟6，啟動命令按順序提交至BCU。點火燒嘴會在BCU鎖住之前自動進行4次點火嘗試。被鎖住的燒嘴必須在BCU上復位。在規定最大吹掃后之間內必須點燃至少一個點火燒嘴，否則將會執行整體重啟。

（8）升溫：步驟7，當升溫步序被激活后，Zone 6～10的主燒嘴會與點火燒嘴同步啟動。之后燒嘴會在PID溫度控制器和“Swap”控制器的共同作用下工作。

2.生產模式

當爐內溫度上升到目標溫度之后系統進入步驟8“Main Operation”。該狀態可以通過HMI畫面進行選擇或者是通過網絡接口進行遠程控制。

根據錄入的生產數據，PLC會計算爐輥的速度和分區的溫度設定值。接口信號DO1，即操作準備就緒信號，是當達到生產溫度時設定的。此時爐門打開在中間狀態。當盤卷接近爐子時，入口處的紅外線溫度計會檢測到接近的盤卷（盤卷的溫度也會被記錄為信息或參考量）。當盤卷進入爐子時，功能反饋量會補償初始的溫度損失。PLC通過速度數據和進入時間計算在爐子內盤卷的位置。

在經過DST之后，根據紅外線高溫計的顯示，當坯料進入噴淋冷卻部分的入口時水冷閥門就會打開。

3.待料模式

對于生產模式來說，待料模式可以根據控制模式通過HMI或者遠程端口進行選擇。通過爐內對坯料的跟蹤，系統可以確定爐內是否為空，在最后一個盤卷通過之前系統不會切換為Standby狀態。

4.擺動

當存在任何可能造成爐輥停止工作的干擾，如果溫度大于200℃，爐輥會自動進入擺動模式，向前旋轉再逆向轉（一圈向前另一圈反向）。噴淋單元的擺動會和爐內爐輥的擺動同時開始。擺動模式能夠通過HMI和DSSG接口（DI3）在本地或遠程選擇。

三、DST的溫度控制

1.爐內的安全保護

（1）Zone 1～5的熱電偶：每個分區共有4個熱電偶（1#、2#、3#、4#），其中2個（2#、3#）用來測量控制回路的實際溫度。它們的值都會顯示在HMI上，但是用于系統控制的溫度可以在兩者之間最低、最高、平均進行選擇。如果其中一個熱電偶斷路，它會自動在計算時斷開并使用相連的熱電偶的數據用做計算。如果測得值差異較大，就會產生報警。如果兩個熱電偶都斷路，那么它們所在的分區就會關閉。

另外2個熱電偶（1#、4#）會用做高溫限制和無焰燃燒模式的溫度開關。

陽新那事兒都過去十年了，冇想到今朝話趕話，大梁把這陳年舊賬都翻出來了。他隨即覺會到傷了我，連忙說：“我脾氣急你莫見怪，我是怕你吃虧。那東洋人個個歹毒，去那兒能有個好的？你不為了我著想，也要為槐生著想啊?！?/p>

出于安全方面的考慮，控制用熱電偶（2#、3#）會追蹤爐內的溫度，用作判斷爐內是否為無焰模式的依據：如果有控制電偶指示冷，就算開關電偶顯示為熱，它也不可能進入無焰燃燒模式。

（2）Zone 6～10的熱電偶：每個區域有2個熱電偶。2#用作回路控制，同時可以進行過高溫度保護（在1 170℃），這個保護通過PLC處理（無開關控制）。1#熱電偶控制無煙模式的判定（無焰燃燒模式750℃）?？刂朴脽犭娕家矔粉櫆囟龋⒆隼錈岚踩珎浞?；如果有熱電偶指示冷，就算開關顯示為熱，它也不可能進入無焰燃燒模式。

2.溫度范圍

爐內主要溫度的定義如下。

（1）無焰燃燒溫度。溫度上限設置為750℃。燒嘴可以在該上限之上不監控火焰。在上限之下時，只有BCU初始燒嘴可能運轉。

（2）操作溫度。當所有的分區到達該溫度時，設定到900～950℃，爐子進行主操作和standby模式，可以選擇生產模式。

（4）過高溫度：溫度上限設定在1 170℃，更高的溫度會導致關閉。

3.溫度控制回路

對于溫度控制，每一個分區都有一個PID控制器，在PLC中通過帶有標準Step7功能的FB41塊實現。具體的控制參數能夠從HMI上選擇。

在自動模式中，設定值SP是分區要求的溫度。過程量PV和SP相比較，差值用作PID的輸入?？烧{節的參數有Gain、TI/積分時間、TD/微分時間和TM_ LAG?？刂频妮敵鯫P，0～100%，連接至分區的邏輯交換器。在手動模式中，輸出量直接通過HMI的MAN VALUE進行設定。Zone 1～5的一個額外功能是可以給輸出直接加入一個反饋信號。

下圖4所示為溫度PID控制器的控制原理圖，具體的參數輸入位置通過DB塊符號名的形式標出。

溫度PID控制器的輸出為功率給定信號TIC-OP，此信號決定了Swap控制的方式。輸入，輸出和參數被連接到每個Zone控制器的數據塊。

圖4 溫度PID控制器

4.燒嘴控制

表1中表示了每個分區在不同加熱輸入要求時需要多少個燒嘴及其功率值。

表1 每個分區加熱器的最大流量和功率

Swap功能：溫度控制系統是通過Swap功能實現溫度的均勻控制的。Zone 1～5區每個燒嘴的工作時只有兩種狀態：ON/OFF。為了使打開燒嘴數量與燃氣流量（功率）成正比必須保證管線內部的燃氣壓力穩定。

系統會根據當前的功率給定來決定每個燒嘴開啟的時間、控制器輸出信號TIC-OP、和中的循環時間。由溫度PID控制器計算出的TIC-OP將會被一個最大的合理值限制。

TM711

：B

：1671-0711（2014）09-0035-03

2014-08-25）