内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
水平。
环形加热炉是无缝钢管热轧生产线上的重要热工设备,其加热质量直接影响钢管的质量,其能耗和氧化烧结直接影响钢管的成本,其设备状况及操作水平直接影响钢管的产量。因此,保证环形加热炉的最佳生产状况是无缝钢管生产的关键,而加热炉炉温自动控制也就成为了重中之重。
2000年以前，国内冶金企业加热炉大多采用重油和直接燃煤加热炉，只有少部分的企业采用燃气加热炉。对于重油加热炉，在控制上，虽然可以采用先进的控制技术，但由于重油中杂质太多，其流量监测系统寿命短，测量精度很难保证，在实际运行中，大多采用手动为主的燃烧方式。随着石油炼制技术水平的不断提高，重油质量不断下降，但价格却不断上升。冶金企业为了提高钢材质量，降低能源成本，于2000年前后，许多企业将燃油加热炉逐渐改成了然热脏发射炉煤气。煤气发生炉的原料为块煤，因重油与煤的单价相差很大，故通过油改气改造，企业可节约能源运行成本30%—40%。但因热脏发生炉煤气热值低、压力低，升降温度速度慢，较难满足高产的要求。对于热脏煤气发生炉煤气，由于其单台炉煤气产量低，一般采用在加热炉附近建几台共同供气，这种煤气发生路产气量很难精确控制且产气量低、污染大，中间又无储气罐，所以一般用人工方式进行操作。采用冷煤气作为燃料，一方面可以减少污染，另一方面可以将先进的控制技术应用到生产中去，并可降低燃料成本、减少原材料的氧化烧损。
1.3 加热炉的结构及工作方式
按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段，依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以至五段式、六段式等。50～60年代，由于轧机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长，所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的生产率。用这种炉子加热板坯，炉底的单位面积产量达900～1000公斤／（米2·时），热耗约为(0.5～0.65)×106千卡／吨。70年代以来，由于节能需要，又由于新兴的步
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进式炉允许增加炉子长度，所以又增设不供热的预热段,最佳的炉底单位面积产量在600～650公斤/(米2·时),热耗约为(0.3～0.5)×106千卡/吨。
连续加热炉通常使用气体燃料、重油或粉煤，有的烧块煤。为了有效地利用废气热量，在烟道内安装预热空气和煤气的换热器，或安装余热锅炉。
在锻造和轧制生产中，钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热。采用不完全燃烧的还原性火焰(即“自身保护气氛”)来直接加热金属，可以达到无氧化或少氧化的目的。这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热，成功地应用于转底式加热炉和室式加热炉。
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第二章 环形加热炉的工艺
包钢Φ180无缝钢管厂,现有一座环形加热炉,炉子有效直径长度35m。最大入炉根数256根、最大出钢能力120根/h,使用的燃料为高焦炉混合煤气,烟道内设有空气预热器等余热回收装置,环形加热炉内有液压炉底系统、炉外有装料系统、出料系统、扇形辊道、出炉辊道、120个控制烧嘴等设备。采用较先进PLC实现烧钢。
2.1 工艺特点及流程
2.1.1 工艺特点
无缝钢管由于其规格、品种、钢种较多，因而生产工艺与其它轧钢车间相比有较大的差别，因此，环形加热炉的加热工艺也随之具有不同的特点。主要表现在：
⑴环形加热炉具有加热钢种多、批量小、更换规格频繁和加热工艺制度变化大等特点，所以要求环形加热炉必须配备灵活、快速、准确的燃烧控制系统。
⑵由于加热的钢种有很大一部分是合金钢和不锈钢。根据我们以往的经验可知，这部分钢种对加热温度要求十分严格，必须在低温时均匀缓慢的加热，严格禁止在加热过程中产生热应力而导致废品。
⑶加热易脱碳钢种时，为防止高温脱碳，在低温段应采用缓慢加热（以提高心部温度，所小心表温差）；在高温段采用快速加热的供热制度，从而防止钢种脱碳。 2.1.2 工艺流程
环形加热炉分为：1隔热回收段、一个预热段、3个加热段和3个均热段。热回收段主要是利用逆时针流向烟道的高温烟气对进入炉内的管坯进行预热，然后随着炉底的顺时针转动，钢坯依次进入预热段、加热Ⅰ段、加热Ⅱ段和加热Ⅲ段进行加热，在这4段采用空煤气双蓄热的蓄热式燃烧技术；经过加热段之后管坯依次进入均热Ⅰ段、均热Ⅱ段和均热Ⅲ段，均热段燃料为天然气，采用常规燃烧方式。
2.1.2.1炉子辅助设备
⑴排烟系统
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环形路为外侧排烟方式，侧排烟道出炉后扎入地下，后接入烟囱。空气预热置于地下烟道内，结构形式为带插入件的金属管状预热器，换热面积131㎜2，设计入口烟温度720℃，出口烟气温度326℃，预热后空气温度400℃。预热器后设有自动烟道闸板，用于炉膛压力控制。
⑵助燃空气系统
包括助燃风机、热风自动放散阀、三段空气流量孔板等。 ⑶燃烧系统
煤气发射炉三台、烧嘴前手动碟阀等。 ⑷水冷系统
环形炉有液压站需要水冷，炉底水封槽需要少量补充水。 2.1.2.2仪控系统组成
⑴系统仪控检测系统
通过安装在管路孔板上的差压变送器采集并转换成标准信号送入PLC。 ⑵炉压控制
炉压控制包括助燃空气压力控制、煤气压力控制、炉内压力控制三部分，以保证助燃空气和煤气压力稳定，使燃烧顺利进行。
⑶换热器保护
换热器起到节约能源、助燃的作用，换热器的温度不能过高或过低。过高损坏设备，过低会使煤气结露，腐蚀换热器。
⑷燃烧控制
燃烧控制部分由温度控制、空气与煤气的空燃比控制和空气的换向控制几部分组成。
⑸执行机构
执行机构采用PLC输出控制，具有手自动切换功能。
2.2 加热炉总体设计要求
2.2.1 工业控制系统设计的原则
工业控制系统的设计与其他类型控制系统的设计一样都以计算机控制技术和通信技术为基础，但他又有自身的特点。这些特点主要表现在：
⑴实用性：工业控制系统的设计强调控制设备如PLC与工业现场设备如电
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机、开关等之间在功能上要和谐搭配，在控制要求上符合工业控制的行业标准。在系统控制和功能实现上要求简单明确，显示信息直观清楚，操作上要方便易学，便于掌握。
⑵安全性：工业控制系统的目的是通过采用先进的计算机技术，实现工业现场设备的自动化运行，减少人为参与工业控制的行为，其目的就是为了提高系统运行的可靠性和安全性。因此，在实现系统功能的同时，要最大限度的考虑到设备运行期间可能产生的各种故障，并且在系统实现时给出各种故障处理的方法，尽可能减少意外故障引发的灾难性后果，带来生产甚至人身安全的重大损失。
⑶可靠性：工业控制系统必须保证能够连续可靠的运行。为此，必须选用技术成熟可控制的器件，在安装工艺方面尽量提高系统的抗干扰能力，主要的控制设备必须能够防震、防电磁干扰、防尘、防潮，同时必须注意系统的散热或加热，以保证各电子设备工作在收益的温度下。在信号的采集、开关确认等方面都加强，确保系统可靠稳定的运行。在系统设计中必须采用种种措施，确保系统的高可靠性，它包括元器件的选择、冗余设计、环境设计、人机工程设计、故障模式影响及危害性分析、模块化设计、标准规范的组态软件设计等。在控制方面，对系统采取一些安全措施，如手动/自动切换、多级控制、报警和输出锁定等。
⑷开放性：系统在设计时应考虑以后的扩充和升级。在设备的选型时应考虑到其接口的通用性和互联性，不宜采用封闭的、自成体系的设备。 2.2.2 环形加热炉控制系统设计的总体要求
为了实现加热炉这个复杂工业生产过程的自动控制，该控制系统的总体设计应具备以下要求：
⑴安全性设置：从工厂安全要求的角度操作可分为操作员、系统工程师和管理人员三个等级。
⑵控制系统实现工艺流程的自动监控。在生产工段上，各个控制的设备应严格按照工艺规定的顺序启动停止。在上一步未执行完成时，下一步的设备禁止工作。在生产的自动控制过程中还必须考虑对电网的影响，大量设备不能同时启动。
⑶监控功能：具有设备运行状态和过程参数的实时显示，时序流程图程序运行显示，实现监控功能；采用弹出菜单方式进行参数设定、调整及回路控制参数的在线整定，实现控制功能。整个自动化控制系统通过对生产流程的流量、液位、
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