步進式加熱爐中節能的爐門控制方法

劉陽++梁丹

摘 要：步進式加熱爐出鋼過程中，爐門處于全開狀態，造成熱量外溢，冷風吸入，會增加能耗。為減少能源消耗，對現有出鋼機控制進行優化，增加爐門位置檢測傳感器，實現爐門出鋼過程中處于半開控制狀態，降低爐門開啟高度，達到節約能源的目的。

關鍵詞：爐門；控制系統；接近開關；半開

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A

一、控制系統改造方案

加熱爐使用西門子PLC的S7-400系統來完成加熱爐的過程控制及過程檢測，使用的軟件分別為西門子公司的Step7和WinCC。

優化前需要將爐門打開到最高極限后，出鋼機才會按照前進—上升—后退—下降—后退的正循環順序有所動作。托臂運行到后下限位時爐門才關閉，爐門和出鋼機的運行相互之間無交叉。爐門控制優化可改變以往運行邏輯，爐門上升動作分兩步完成：爐門先小開啟度提升到位，出鋼機前進，在出鋼機托臂到達前進極限前，爐門再上升到最高位，出鋼機托出鋼坯，托出鋼坯出爐后達后極限時爐門即關閉，與出鋼機下降同時進行，從而減少爐門全開時間。

為防止爐門與出鋼機發生碰撞，程序編寫要充分考慮設備運行的安全性，將爐門開啟高度和出鋼機進退位置互相作為對方的連鎖條件。控制程序流程圖如圖1所示。

根據加熱爐高溫、潮濕的運行環境以及加熱工藝要求，增加接近開個或傳感器檢測爐門中位。依流程圖編寫控制程序，返回中位檢測信號作為連鎖條件。為保證設備穩定運行，當位置檢測設備出現故障，爐門抬升到最高位時，出鋼機停止操作，避免誤動作造成設備損壞。當爐門中位接近開關出現故障時，爐門抬升到最高位，出鋼機不動作，不能自動出鋼。在HMI上增加爐門中位返回指示和半開控制切除對話框，此時勾選此對話框，運行原自動出鋼模式，可實現新舊模式間的切換。

二、控制系統優化前后效果比較

1.優化前運行模式及其影響

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

通過出鋼過程中對出鋼機、爐門的運行過程進行實時測量，得出出鋼機和爐門的運行時序圖及爐門開啟時間，具體數據如圖2所示。

通過出鋼過程中對爐門和出鋼機運行時間進行測量，整個出鋼過程爐門開啟時間長達67s，爐門處于全開狀態時間長達53s。根據爐內壓力與吸入空氣量和熱損失的關系表可知，由于設計因素、操作習慣等原因影響，出鋼時爐門開啟幅度大，開啟時間長，造成爐內熱量外溢。另外，爐膛內外形成一定的對流空間，爐外的冷空氣流入爐內，造成爐內溫度降低，這些都會導致只有通過增加煤氣燃燒才能保證爐內溫度，也相應地增加了爐內空氣量，影響爐內氛圍和燒鋼質量。產生的大量高溫煙氣未經蓄熱體利用而排出爐外，進一步造成熱量損失，惡化操作環境。煙氣增加引起爐壓升高，使得爐門兩側縫隙四處冒火，由此造成的經濟損失及浪費是相當驚人的。

2.改造后設備運行狀態

控制優化后，出鋼時爐門先小開啟度高度抬起，允許托臂通過即可，在出鋼機上升前即將到達前進極限位置時，爐門打到全開位置，實現爐門半開功能。當出鋼機將鋼坯托出爐內到后極限位時，爐門關閉，改變以往出鋼機回到后下限位時爐門再關閉現象，這樣在出鋼機前進和后退過程中可縮短爐門全開時間，有效降低爐內的熱量損失。優化后的爐門運行時序圖如圖3所示。

由圖3中可知，優化后爐門開啟時間由原來的63s縮短為43s，極大地縮短了爐門開啟時間，而爐門全開時間只有20s，縮短了爐門開啟時爐內熱量外溢造成的熱量損失的時間。

該項目的實施，可縮短爐門的開啟時間及出鋼時間，提高操作人員的工作效率；節約煤氣消耗，減少爐外的冷風吸入，使爐頭溫度變化不明顯，有利于減少因爐門開關造成的爐內壓力波動，對保證鋼坯的表面質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量。

參考文獻：

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