加熱爐全過程自動控制

董一鳴

摘 要：唐鋼一鋼軋加熱爐全過程自動控制系統是在加熱爐開環電氣控制基礎上，根據實際生產的工藝要求，建立物料跟蹤模型，同時將加熱爐與軋機、連鑄間的生產過程協調統一進行自動化控制，實現了輥道自動、智能排產、裝鋼自動、爐內燃燒自動、出鋼自動的全自動過程控制，從而提高了生產效率，降低加熱爐能耗和鋼坯氧化燒損，提高板坯加熱質量，降低了勞動強度，具有較高的推廣價值。

關鍵詞：全過程；加熱爐；自動裝鋼

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0043-01

唐鋼一鋼軋廠1700線連鑄至加熱爐整個過程一直采用的是手動模式，板坯切割完成后，依靠人工操作將板坯信息發送至加熱爐，并將實物板坯運送至加熱爐，加熱爐接受到數據信息后需手動傳至加熱爐一級控制系統，系統進行輥道定位和裝鋼，隨后加熱爐操作人員手動控制步進梁，當板坯達到出鋼位置，人工確認溫度正常后根據生產情況，進行手動出鋼。整個生產過程的數據傳送和實物板坯運送都需要人工控制，存在著效率低下、錯誤率高、數據傳輸速率低等缺點，此外，板坯在加熱過程中的煤氣熱值及爐內各段加熱溫度也依靠人工設定，加熱效率低，精度差。針對1700線加熱爐的落后狀況，進行加熱爐全過程自動控制課題研究和設計，具有降成本、提質量、增效率的重要意義。經過2017年4月對加熱爐自動控制改造項目的實施達到了理想的效果。

1 系統搭建

加熱爐燃燒控制系統采用一臺PLC控制，1個主機架，4個擴展機架，PLC采用S7-400系列；一臺汽化冷卻PLC實現汽化冷卻系統的過程控制任務，1個S7-400系列主機架；一臺電氣PLC控制輥道、裝鋼機、裝料爐門、步進梁、出鋼機、液壓系統、汽化冷卻系統的電氣控制等，1個S7-400系列主機架，4個ET200M遠程機架，采用采用S7-300系列模塊。系統采用2臺工控機，其中加熱爐裝料操作室采用一臺工控機，用于控制加熱爐的裝料，該計算機完成坯料的測長、記錄鋼坯的爐號、鋼號、完成坯料爐內跟蹤等功能；加熱爐出料操作室采用一臺工控機，用于控制加熱爐的出料操作。

2 輥道的自動控制

當按下裝料操作臺的【自動啟動】按扭時，系統將按二級計算機發送的板坯裝爐計劃或由加熱爐計算機輸入的板坯裝爐計劃，控制輥道自動運行。此時從連鑄4臺熱送小車輥道來的板坯經入爐輥道A1上的對射式激光探測器CMD1有效確認，鋼坯并經A1輥道編碼器PGA1測長驗證。板坯經過A2、A3輥道到達A4、A5輥道進行稱重，所得數據傳入加熱爐計算機。稱重結束后板坯退回到A2、A3輥道按爐內布料圖進行定位。至此輥道上的自動操作已全部完成。

3 智能排產

連鑄生產板坯有長短之分，按照相應長度做出單排裝料與雙排裝料的智能排產系統。

3.1 長板坯（9000～15000mm）

如果A2、A3輥道上是長板坯，則自動選用單排布料方式，自動合上離合器。并且使用爐前對射式激光探測器CMD4、CMD5，完成板坯的爐前定位，如上次是靠左定位，則本次用靠右定位，以均衡步進梁的受力。PLC發出A2定位完成信號和A3定位完成信號后，A2、A3輥道停止動作。定位完成后，如果爐內兩排的空位都大于該板坯的寬度加間隙，裝鋼機前進到由PLC算出裝鋼機應該前進的距離后，板坯被推至步進梁上，完成裝鋼過程。然后后退到裝鋼機原點。如果爐內的空位只要有任何一個不大于該板坯的寬度加間隙，兩裝鋼機都將停在原點位置等待，當爐內空位滿足條件后，再繼續前進完成裝鋼過程。1#裝鋼機與2#裝鋼機進退速度的同步，以給定1#裝鋼機速度，以1#裝鋼機的速度反饋作為2#裝鋼機的速度設定。兩臺變頻器一臺工作于恒轉矩，另一臺工作于恒功率。

3.2 短板坯（6000～7000mm）

PLC自動選擇雙排布料方式，自動分開離合器。當A2、A3輥道上都檢測到有鋼時，分別完成A2、A3輥道上的板坯爐前定位，等到PLC發出A2定位OK和A3定位OK，停止 A2、A3輥道動作。如果爐內兩排的空位同時都大于該板坯的寬度加間隙，那么裝鋼機前進直到前進到位將板坯推入爐內，完成裝鋼過程，兩推鋼機停止前進，然后同時后退到原點；如果爐內無空位，兩裝鋼機都將停在原點位置等待，待爐內空位滿足條件后，再繼續前進完成裝鋼過程。

4 裝鋼的自動控制

當按下裝料操作臺【1道裝鋼自動】或【2道裝鋼自動】按扭時，如果設備正常，裝鋼機和裝料爐門將進入自動工作狀態。首先1#、2#進料爐門打開，打開到位后，裝料機前進進行板坯推正工作，當裝料機編碼器PG101、PG102發出到位信號后，裝料機將根據板坯寬度進行裝料機退回工作，以保證裝料機托爪不伸出板坯邊緣。板坯推正后使用液壓驅動的裝鋼機從輥道上提升板坯，當提升到位后裝鋼機行走制動器得電，松開抱閘，電機啟動帶動裝鋼機前進將板坯送入爐內計算好指定位置（裝鋼行程），當裝料機編碼器PG101、PG102發出到位信號后，液壓缸驅動裝鋼機下降將板坯放在步進梁上，下降到位后，裝鋼機行走制動器得電，松開抱閘，電機啟動帶動裝鋼機后退回到裝鋼機原點，當發出后退到位信號后，裝料爐門下降到位后，完成一個裝鋼操作。

5 爐內的自動控制

步進梁通過上升、前進、下降、后退的4個動作，將板坯從裝料端向出料端輸送，步進梁具有“輕抬輕放”功能，減少對步進梁絕熱層的損壞。步進梁的步距為550mm，板坯在爐內前進的同時，位于爐兩側的蓄熱式燃燒系統對板坯進行上下左右四面加熱。板坯到達出料端時，已經達到要求加熱的溫度950-1150℃。步進機構具有反向運動功能，鋼坯經過步進機構的反向功能，可以從出料側退到裝料側。當保溫時間長，步進機構具備踏步、等高功能，防止板坯懸臂過大影響坯料在爐內的運送。

（1）步進周期自動操作。當出料側的熱金屬激光探測器UV1、UV2檢測無鋼，且裝鋼機、出鋼機處于原始位置時，可以進行步進周期自動操作。步進梁自動做上升—前進—下降—后退的正循環運動，再由操作者通過按鈕自動或手動操作出鋼。

（2）踏步和等高自動操作。由裝料操作者通過按鈕操作，步進梁只進行上升和下降動作。步進梁由原始位置開始進行循環動作，上升到極限—延時—下降，使坯料在爐內原地踏步，這是待軋時間小于一小時時采用的運轉方式。踏步時，上升和下降的總時間可比正常工作的周期時間加長，連續踏步的持續時間可在2～10分鐘內選擇。

（3）等高踏步自動操作。由裝料操作者通過按鈕操作，步進梁只進行上升和下降動作。步進梁由原始位置開始進行循環動作，上升到定梁高度—延時—下降，使坯料在爐內原地踏步，并可得到多點托鋼，進一步減少水印，這是待軋時間超過一小時時采用的運轉方式。等高踏步時，上升和下降的總時間可比正常工作的周期時間加長，連續等高踏步的持續時間可在2～10分鐘內選擇。

6 出鋼的自動控制

當按下出料操作臺上的【自動】按鈕并按下【1道出鋼自動】或【2道出鋼自動】按扭時，接到軋線發出的要鋼信號（此時出料操作臺上1道鋼坯到位或2道鋼坯到位指示燈亮）時，根據坯料布置情況，先打開1#、2#出料爐門，爐門上升到位后，行走機構制動器得電，松開抱閘，出鋼機按事先計算好的出鋼行程控制出鋼臂伸入爐內取鋼位置，出鋼機編碼器201MG、202MG發出到位信號，出鋼機升降制動器得電，松開抱閘，出鋼臂從步進梁上提升板坯，提升到位后，出鋼臂后退到處鋼輥道處，到位后控制出鋼機下降將板坯放在出料輥道上，下降到位后，控制出鋼機退回到原始位置，到位后控制出料爐門下降，下降到位后，一個出鋼周期完成。

7 實施效果

加熱爐由手動操作改變為全周期自動操作模式：當按下裝料操作臺或出料操作臺上的【全自動】按鈕時，如果此時滿足全自動運行條件，系統將按照二級計算機發送的板坯裝爐計劃，自動控制輥道、裝料爐門、裝鋼機、步進梁、出料爐門、出鋼機按加熱爐設備的規定動作，順序、連續不斷地周期完成出鋼和裝鋼操作。出鋼周期由軋鋼產量確定，出鋼信號由軋機提供。此控制方案極大的提高了送坯效率和準確度，簡化鋼坯庫的操作，橫移臺車實現無人操作，可減少用工人數4人/班，產量提高24.7%，年創效274.5萬元。