加熱爐自動出鋼及報警系統的設計

李娟

摘要：加熱爐是軋鋼工業必須配備的熱處理設備，隨著加熱爐在線材生產線的廣泛使用，自動化水平不斷提高，加熱爐自動出鋼應運而生。本文對加熱爐原有出鋼控制進行技術改進，并設計完成自動出鋼及相關配套程序，提高了連續軋制生產過程中的出鋼效率，有效提高了高速線材廠生產線的產量。

關鍵詞：加熱爐;自動出鋼;報警系統

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）32-0107-02

1 前言

原出鋼模式需要靠人為盯著前一根鋼坯的尾部位置來出第二根鋼，容易出現誤差。不同規格的出鋼速度不一樣，尾部除磷出來的溫度偏低。鋼坯慢速通過除磷機時鋼坯過冷，甚至有軋進軋機損傷軋輥的現象。針對以上這些問題，本文對加熱爐自動出鋼進行了技術改造，并設計了報警系統，從而有效提高了生產效率。

2 加熱爐工作結構和原理

加熱爐采用西門子PLC的S7-400型作為控制系統，分別控制儀表系統與電氣系統。儀表系統控制燃燒系統、汽包水冷系統等的加熱爐溫度與壓力等。電氣系統控制加熱爐坯料輥道、步進梁、液壓站等地輸送。改造后的加熱爐具有高效的加熱及輸送功能，能夠對爐內鋼坯進行精確定位跟蹤，對爐內溫度和爐壓進行快速響應控制，順利完成加熱爐的自動出鋼。

2.1 加熱爐進出鋼技術參數

鋼坯條件：坯料技術要求應滿足YB/T2011-2004標準。坯料斷面規格：160×160mm。坯料長度規格：12000mm，短尺坯不小于8m，且短尺坯數量不大于10%。鋼坯出爐溫度：1050～1200℃。

2.2 裝料

當允許裝料的信號到達后，加熱爐裝料爐門打開，爐內裝料輥道由慢轉的0.2m/s轉速加速到1.25m/s。當鋼坯頭部通過爐門前金屬檢測器時，經過一段延時后，爐內進料輥道減速停止。按照布料圖的要求，將坯料準確停放在設定位置。當坯料尾部通過爐門前金屬檢測器后1.5秒，裝料爐門關閉。待允許裝料推鋼機前進的信號到達后，裝料推鋼機將坯料推正，然后返回起始位置，完成裝料過程。

2.3 步進動作

在軋機要鋼信號確認以后，步進系統接收到指令開始正循環動作，按上升速度控制要求完成上升動作;活動梁上升到位后，在聯鎖條件保證的條件下，步進梁前進。然后下降將鋼坯放在固定梁上，步進梁退回到起始位置，完成一次正循環。這樣周期性動作，將鋼坯一步一步往前輸送。

2.4 出鋼

當活動梁開始前進時，出料輥道由低速空轉變為停止，當活動梁到達最前位置后開始下降，軋機側出料爐門打開;當活動梁下降到低于出料輥道面約70mm時，出料爐門開啟達到設定位置后，出料輥道啟動，以與爐外工藝要求的速度運轉，鋼坯開始出爐。當坯料尾部通過爐外光電管時，給出出料完畢的信號，和出料爐門關閉信號以及出料輥道以0.2m/s低速運行信號。

2.5 上料保護

進料爐門對稱側設有爐內緩沖擋板，當出現異常情況時可有效防止入爐鋼坯沖撞爐墻。

2.6 自動控制

鋼坯的裝出料操作、計數和物料跟蹤以及與軋機的信息交換均通過PLC系統進行定時、順序、聯鎖與邏輯控制，實現操作的自動化。

3 系統設計

整個系統的設計主要由自動要鋼系統，過鋼間隔控制系統，過鋼間隔報警系統三部分組成的自動出鋼系統。

3.1 自動要鋼系統

（1）自動要鋼系統最主要的部分就是解決了原來手動要鋼的時間誤差，用自動檢測的信號來代替原來的手動信號。在原來的基礎上增加了一路自動模式，保留原來的手動模式以備緊急情況下手動處理。在自動模式下，軋線系統通過專門鋪設的線路給爐區系統發送出鋼命令，命令設定3秒鐘。加熱爐在條件滿足的情況下接受到命令后開始設定好的一套出鋼循環動作。如果條件不滿足即使接受到出鋼命令也不會有任何動作。軋線系統的出鋼信號分兩種模式，可以通過按鈕進行切換。

（2）一種模式是一號軋機咬鋼信號要鋼。這種模式下當一號軋機的電流大于100A時開始計時，延時給出要鋼命令，延時時間在三號臺畫面可以設置并實時調整。這種模式可靠性很高，從投用以來還沒有發生過信號錯誤的情況。

（3）另一種模式是夾送輥前二號熱檢要鋼，這種模式邏輯和前一種類似，只是把一號軋機咬鋼信號替換成二號熱檢信號。這種模式一般不用，只有軋制到14圓等大規格發生前一根鋼還未咬入一號軋機第二根就必須要出鋼的情況才使用。這種情況下信號也很穩定但穩定性要比咬鋼電流差些。主要是因為第二根出鋼后，第一根在咬鋼的過程中會出現延時咬入，打滑或者咬不進的情況。容易造成跟鋼過緊的情況發生。這種異常情況在輥道速度較慢時候容易產生，于是我們對出鋼輥道的邏輯也做了相應調整，讓鋼坯咬入軋機的時候帶一點沖勁，方便軋機咬入。

（4）出爐輥道控制的調整。出爐輥道分兩段，靠近爐門的一側為1段，靠近軋機的一側為2段。在出爐輥道的兩端有2個熱檢分別是1#和2#熱檢。在原來的基礎上取消了1#熱檢對1段出爐輥道變速的控制，讓一段輥道保持一個相對較高的勻速狀態。這樣有三點好處，一是可以保證任何鋼種都勻速地通過除鱗機，二是減少1段輥道頻繁變速造成1段2段中間相接部分輥道的磨損和損壞。三是減少了鋼坯通過出爐輥道的時間。另外將手動操作中的本地模式連鎖取消，讓二號臺在任何情況下，只要打中斷就可以擁有對輥道的控制權。

3.2 過鋼間隔控制系統

（1）自動要鋼總體上是很穩定的，但總有時候會發生某些異常情況，造成跟鋼過緊憋鋼。為了避免跟鋼過緊，專門設計了控制跟鋼過緊的邏輯控制。

（2）為了控制進鋼的間隔時間，我們在鋼坯到達到二號熱檢和一號軋機中間的某個位置時來檢測一號軋機是否有鋼，如果有鋼則認為跟鋼過緊，此時出爐輥道就會自動停止等待，等一號軋機脫鋼后自動開出來。控制檢測位置的是用二號熱檢延時來做的，延時時間可以由三號臺畫面設定，根據不同的鋼種和設定需要控制的間隔時間。

（3）因為一號夾送輥也是用二號熱檢延時控制的，啟用過鋼間隔控制之后鋼坯如果剛好停在夾送輥入口則會影響鋼坯再次啟動進鋼，所有當投入此功能時，同時取消了一號夾送輥夾送的功能。

3.3 過鋼間隔報警系統

（1）之前做的出鋼和間隔控制功能是為了鋼坯盡量均勻可控的出鋼，但加工過程中的鋼坯軋進軋機最終產生的間隔總不會是恒定不變的，甚至因為某些異常仍造成跟鋼過緊，造成憋鋼，要做到零憋鋼，就要在三號軋機的地方增加了一處報警。這個報警就是用來防止萬一跟鋼過緊了通知操作人員手動干預從而避免憋鋼。此處報警在三號臺畫面有一個大的報警點，并在三號臺控制臺上設置了一個帶聲光報警的旋轉警示燈。確保一旦報警我們的操作人員能夠第一時間發現。從而保證過鋼間隔，避免跟鋼過緊導致的活套憋鋼。

（2）報警的邏輯。我們設計了一段程序來計算三號軋機有鋼信號之間的間隔，一旦這個間隔時間小于三號臺畫面的設定時間則會報警。報警設定時間可以由三號臺根據不同需要來設定。還有一個邏輯是檢測計算當前根鋼的過鋼時間，如果三號軋機的單次有鋼信號持續時間超過了跟鋼過鋼時間5秒則認為鋼坯跟的過緊在三號軋機處連了起來，此時同樣發出過鋼過緊的報警。

（3）一旦軋線有故障或者報警則自動停止要鋼。

3.4 程序設計

部分畫面及程序如下：

4 結論

整個系統的設計精確控制了過鋼節奏，按照每根鋼節省3秒時間算，一天兩條線可以軋制1500根鋼。也就是節省4500秒可以多軋75根鋼。一年可以多軋75*365=27375根×2.35= 64331噸按照每噸鋼的利潤50元計算，一年的利潤在100萬元以上。通過對加熱爐原有自動出鋼控制方式及相關配套程序的改造，減輕了操作人員的勞動強度，優化了加熱爐的出鋼速度，提高了生產效率，提升了經濟效益。

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