專利名稱：一種熱處理爐自動冷卻方法及冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼板(或鋼帶)熱處理領(lǐng)域中的輻射管加熱保護(hù)氣氛熱處理爐，具體 的指一種熱處理爐自動冷卻方法及冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
保護(hù)氣氛熱處理爐是鋼板(或鋼帶)熱處理線上的關(guān)鍵設(shè)備，它一般采用純度為 99. 99%的N2或者N2和H2的混合氣體作為保護(hù)氣氛、利用輻射管進(jìn)行間接加熱，例如中厚 板保護(hù)氣氛輥底式熱處理爐、冷軋帶鋼立式連續(xù)退火爐、冷軋帶鋼熱鍍鋅連續(xù)退火爐、棒材 連續(xù)退火爐等。上述熱處理爐具有產(chǎn)量高、爐溫均勻、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，受 到大規(guī)模生產(chǎn)廠家的青睞。一般來說，熱處理爐在以下三種情況時需要進(jìn)行降溫操作(1)事故狀態(tài)下的停 爐降溫；(2)生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)換時的生產(chǎn)過渡降溫；(3)同種產(chǎn)品的工藝降溫(如退火工藝時， 熱處理產(chǎn)品需要在爐內(nèi)進(jìn)行緩慢冷卻，并且降溫速度在控制范圍內(nèi))。為了提高熱處理爐的 產(chǎn)品適應(yīng)性及生產(chǎn)作業(yè)率，熱處理爐不僅需要具有加熱保溫的功能，而且需要具有冷卻降 溫的功能。授權(quán)公告號為CN 200967829的專利《用于帶鋼連續(xù)退火爐的輻射加熱及冷卻裝 置》，給出了采用輻射管內(nèi)通冷風(fēng)的方式，以實(shí)現(xiàn)對帶鋼進(jìn)行間接冷卻。該方式使輻射管不 僅具有間接加熱功能，而且具備間接冷卻功能，節(jié)省了爐內(nèi)空間，提高了設(shè)備利用率。然而，實(shí)際生產(chǎn)中采用上述輻射管通冷風(fēng)間接冷卻鋼板(或鋼帶)及熱處理爐的 爐膛(即空爐降溫)時，通風(fēng)冷卻過程需采用手動操作或者HMI (人機(jī)接口)簡單集中控 制，其降溫過程控制精度極低，對于有降溫速度要求和溫度精度要求高的情況，會嚴(yán)重影響 鋼板(或鋼帶)質(zhì)量。發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是提供一種熱處理爐自動冷卻方法及冷卻系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)熱處理 爐冷卻降溫過程的自動控制，并得到較高的控制精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種熱處理爐自動冷卻方法為首先從熱處理爐 的爐膛內(nèi)采集溫度信號，得到熱處理爐的實(shí)際爐溫值PV;然后根據(jù)熱處理爐的爐溫設(shè)定值 SP和測得的實(shí)際爐溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管的通風(fēng)頻率和持續(xù)時間；再將輻 射管通風(fēng)頻率和持續(xù)時間的控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖控制時序信號；最后將脈沖控制時序信號 傳遞給閥門控制器，以控制空氣電磁閥按所述通風(fēng)頻率和持續(xù)時間打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射 管內(nèi)脈沖供風(fēng)冷卻，即完成了熱處理爐自動冷卻工作的一個周期。本發(fā)明提供的一種熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)包括熱處理爐的爐膛、位于爐膛內(nèi)的輻 射管以及與輻射管連通的空氣管道，所述空氣管道上設(shè)有空氣電磁閥。其特別之處在于它 還包括依次連接的熱電偶、溫度變送器、溫度控制器、脈沖控制器和閥門控制器，所述熱電 偶設(shè)置于爐膛內(nèi)，所述閥門控制器的輸出端與空氣電磁閥的控制端連接。進(jìn)一步地，所述溫度控制器為PID控制器。
該冷卻系統(tǒng)的工作過程為在一個工作周期內(nèi)，首先位于爐膛內(nèi)的熱電偶采集溫 度信號并由溫度變送器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化輸出，得到熱處理爐的實(shí)際爐溫值PV ；實(shí)際爐溫值PV輸 入溫度控制器后，溫度控制器根據(jù)熱處理爐的爐溫設(shè)定值SP和測得的實(shí)際爐溫值PV之間 的溫度偏差，計算出輻射管的通風(fēng)頻率和持續(xù)時間，并傳遞給脈沖控制器；脈沖控制器接收 到溫度控制器的控制信號后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖控制時序信號，并將該時序信號傳遞給閥門 控制器；閥門控制器接收到脈沖控制時序信號后，形成空氣電磁閥的控制信號，例如高電 位的開始時刻、持續(xù)時間、結(jié)束時刻等；最后，空氣電磁閥在閥門控制器的控制下，按上述通 風(fēng)頻率和持續(xù)時間打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射管內(nèi)脈沖供風(fēng)。與現(xiàn)有粗放、不可控的冷卻過程相比，一方面，本發(fā)明提供的熱處理爐自動冷卻方 法及冷卻系統(tǒng)，通過數(shù)字化脈沖冷卻的手段和閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱處理爐降溫過程的 自動化，大大提高了熱處理爐的爐溫控制精度和控制水平；另一方面，本發(fā)明適用范圍廣， 可應(yīng)用于各種輻射管間接加熱熱處理爐，例如1型輻射管熱處理爐、W型輻射管熱處理爐、 P型輻射管熱處理爐等，并可用于上述熱處理爐的事故降溫過程、工藝轉(zhuǎn)換降溫過程及工藝 降溫過程。


圖1為熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)的實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1系統(tǒng)在脈沖占空比為20%的情況下，單個閥門控制器的控制時序圖；圖3為圖1系統(tǒng)在脈沖占空比為80%的情況下，單個閥門控制器的控制時序圖；圖4為多個閥門控制器的控制時序圖；圖5為現(xiàn)有熱處理爐輻射管加熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)的實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-輻射管，2-空氣電磁閥，3-空氣管道，4-爐膛，5-熱電偶，6-溫度控制器， 7-脈沖控制器，8-閥門控制器，9-溫度變送器，10-燒嘴，11-燒嘴控制器，12-燃?xì)鈿鈩娱y， 13-燃?xì)夤艿馈?br> 具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的一種熱處理爐自動冷卻方法及冷卻系統(tǒng) 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述實(shí)施例一如圖1所示，該冷卻系統(tǒng)包括熱處理爐的爐膛4、位于爐膛4內(nèi)的輻射管1以及與 輻射管1連通的空氣管道3，且在空氣管道3上設(shè)有空氣電磁閥2。此外，該系統(tǒng)還包括依 次連接的熱電偶5、溫度變送器9、溫度控制器6、脈沖控制器7和閥門控制器8。其中熱電偶5設(shè)置于爐膛4內(nèi)，用于采集爐膛4內(nèi)的溫度信號；溫度變送器9用于對熱電偶5采集的溫度信號進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化輸出，并將輸出地實(shí)際 爐溫值PV輸入溫度控制器6;溫度控制器6為PID控制器，可以根據(jù)熱處理爐的爐溫設(shè)定值SP和測得的實(shí)際爐 溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管通風(fēng)頻率和持續(xù)時間，并傳遞給脈沖控制器7 ；脈沖控制器7接收到溫度控制器6的控制信號后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖控制時序信號，
4并將該時序信號傳遞給閥門控制器8 ；閥門控制器8的輸出端與空氣電磁閥2的控制端連接。閥門控制器8接受到脈沖 控制器7的時序信號后，形成空氣電磁閥2控制信號，于是，空氣電磁閥2按計算得到的頻 率和持續(xù)時間打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射管1內(nèi)脈沖供風(fēng)。圖2和圖3分別表示在所需冷卻能力分別為20%和80%的情況下，空氣電磁閥2 的占空比和脈沖時序?！棒Y”表示閥門控制信號輸出為空氣電磁閥2打開狀態(tài)的命令，“_”表 示閥門控制信號輸出為空氣電磁閥2關(guān)閉狀態(tài)的命令。相應(yīng)的，“■”表示空氣電磁閥2處 于打開狀態(tài)，輻射管通風(fēng)冷卻，“0”表示冷卻閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，輻射管未通風(fēng)冷卻。脈沖控制器7還可以實(shí)現(xiàn)多個閥門控制器8的時序冷卻控制。如圖4所示，在tl 時刻，打開1#空氣電磁閥2，使其鼓風(fēng)冷卻，持續(xù)TO時間后，關(guān)閉1#空氣電磁閥2 ；在t2時 刻，打開2#空氣電磁閥2，使其鼓風(fēng)冷卻，同樣持續(xù)TO時間……依次類推，tn時刻，打開n# 空氣電磁閥2，使其鼓風(fēng)冷卻；tn+1時刻再次打開1#空氣電磁閥，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行控制。 每個空氣電磁閥2被打開的頻率以及持續(xù)的時間，都是溫度控制器6根據(jù)實(shí)際爐溫值PV和 爐溫設(shè)定值SP之間的溫差進(jìn)行計算得到的。實(shí)施例二 圖5所示為一種現(xiàn)有的熱處理爐輻射管加熱器控制系統(tǒng)圖?？梢钥闯雒總€控制周 期內(nèi)，溫度控制器6將熱電偶5實(shí)測的溫度值與爐溫設(shè)定值SP進(jìn)行比較后，生成控制信號 傳遞給脈沖控制器7，脈沖控制器7將溫度控制器6產(chǎn)生的控制信號，轉(zhuǎn)變成燒嘴控制器11 可以識別的脈沖時序信號后，傳遞給燒嘴控制器11，燒嘴控制器11根據(jù)脈沖時序信號，直 接控制空氣電磁閥2和燃?xì)鈿鈩娱y12的開閉動作，控制燒嘴10點(diǎn)火與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射管1 的供熱。本實(shí)施例即可由上述熱處理爐輻射管加熱器改進(jìn)得到。如圖6所示，對于采用圖 5所示的脈沖燃燒控制的熱處理爐輻射管加熱器來說，將燒嘴控制器11作為本發(fā)明冷卻系 統(tǒng)的閥門控制器8，使空氣電磁閥2在熱處理爐的溫度控制器6、脈沖控制器7、燒嘴控制器 11的控制下，實(shí)現(xiàn)通斷頻率和維持時間的控制。在圖1、圖5和圖6中，空氣管道3和燃?xì)夤艿?3的粗實(shí)線表示可接通，細(xì)實(shí)線表 示不通。本發(fā)明的一種熱處理爐自動冷卻方法的實(shí)施例介紹如下本實(shí)施例為某一寬厚板保護(hù)氣氛輥底式熱處理爐，采用I型輻射管間接加熱，脈 沖燃燒控制。其整個供熱系統(tǒng)由224套輻射管加熱器組成，分16區(qū)進(jìn)行控制。每套輻射管 加熱器均包括輻射管1、自預(yù)熱式燒嘴10(SINMAX3M)、燒嘴控制器11 (SCU460)、燒嘴10前 的空氣管道3 (DN65)、燒嘴10前的燃?xì)夤艿?3 (DN40)、空氣電磁閥2 (VMRDN65)和燃?xì)鈿鈩?閥12(0MAL101)，其溫度控制系統(tǒng)包括熱電偶5、溫度變送器9、和PLC S7-400 (集成有溫度 控制器6和脈沖控制器7)。熱電偶5的采樣周期設(shè)定為lmin，溫度控制器6的控制周期為 lmin，脈沖控制器7的脈沖周期為30s。自某一時刻起，熱處理爐需要在25分鐘時間內(nèi)，將當(dāng)前的正火工藝(900°C )調(diào)整 為回火工藝(650°C )。當(dāng)前時刻熱電偶5采樣獲得的實(shí)際爐溫值PV為900°C，爐溫設(shè)定值 SP為650°C。為了避免該冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)大的溫度波動，溫度控制器6首先將爐溫設(shè)定值SP 進(jìn)行分解(例如這里我們設(shè)定降溫梯度為10°C /min,即第1分鐘的爐溫設(shè)定值SP值為890°C，第2分鐘的爐溫設(shè)定值SP值為880°C，第3分鐘SP值為870°C /min......)第1分鐘，溫度控制器6根據(jù)爐溫設(shè)定值SP(890°C )與實(shí)際爐溫值PV(900°C ) 之間的偏差-10°C，計算出該控制區(qū)(例如2#控制區(qū)，8套冷卻系統(tǒng))內(nèi)的脈沖占空比為 20%，即一周期內(nèi)，空氣電磁閥2的打開時間為6s、關(guān)閉時間為24s。溫度控制器6將上述 控制信號傳遞給脈沖控制器7，脈沖控制器7形成如圖4所示的時序信號，燒嘴控制器11根 據(jù)該時序信號，單獨(dú)控制該區(qū)內(nèi)的空氣電磁閥2開啟與關(guān)閉，對該控制區(qū)進(jìn)行冷卻；第2分鐘，溫度控制器6再根據(jù)爐溫設(shè)定值SP(880°C )與實(shí)際爐溫值PV(例如， PV = 889°C )之間的偏差_9°C，計算出脈沖占空比為18%，即一周期內(nèi)，空氣電磁閥2的打 開時間為5. 4s、關(guān)閉時間為24. 6s。脈沖控制器7將溫度控制器6傳來的占空比控制信號 轉(zhuǎn)換成時序信號，燒嘴控制器11根據(jù)該時序信號控制空氣電磁閥2的開閉……這樣不斷執(zhí) 行，直到熱處理爐的爐膛4溫度降至650°C為止。通過以上過程，實(shí)現(xiàn)了熱處理爐由900°C 降至650°C的高精度可控冷卻。
權(quán)利要求
一種熱處理爐自動冷卻方法，其特征在于首先從熱處理爐的爐膛(4)內(nèi)采集溫度信號，得到熱處理爐的實(shí)際爐溫值PV；然后根據(jù)熱處理爐的爐溫設(shè)定值SP和測得的實(shí)際爐溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管(1)的通風(fēng)頻率和持續(xù)時間；再將輻射管(1)通風(fēng)頻率和持續(xù)時間的控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖控制時序信號；最后將脈沖控制時序信號傳遞給閥門控制器(8)，以控制空氣電磁閥(2)按所述通風(fēng)頻率和持續(xù)時間打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射管(1)內(nèi)脈沖供風(fēng)冷卻，即完成了熱處理爐自動冷卻工作的一個周期。
2.一種熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)，包括熱處理爐的爐膛(4)、位于爐膛(4)內(nèi)的輻射管 (1)以及與輻射管(1)連通的空氣管道(3)，所述空氣管道(3)上設(shè)有空氣電磁閥(2)，其特 征在于它還包括依次連接的熱電偶(5)、溫度變送器(9)、溫度控制器(6)、脈沖控制器(7) 和閥門控制器(8)，所述熱電偶(5)設(shè)置于爐膛⑷內(nèi)，所述閥門控制器⑶的輸出端與空 氣電磁閥⑵的控制端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述溫度控制器(6) 為PID控制器。
全文摘要
一種熱處理爐自動冷卻方法首先從熱處理爐的爐膛內(nèi)采集溫度信號，得到實(shí)際爐溫值PV；然后根據(jù)爐溫設(shè)定值SP和實(shí)際爐溫值PV之間的偏差，計算出輻射管的通風(fēng)頻率和持續(xù)時間；再將該控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖控制時序信號；最后將脈沖控制時序信號傳遞給閥門控制器，以控制空氣電磁閥按所述通風(fēng)頻率和持續(xù)時間打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)輻射管內(nèi)脈沖供風(fēng)冷卻，即完成冷卻工作的一個周期。一種熱處理爐自動冷卻系統(tǒng)包括熱處理爐的爐膛、位于爐膛內(nèi)的輻射管以及與輻射管連通的空氣管道，空氣管道上設(shè)有空氣電磁閥。它還包括依次連接的熱電偶、溫度變送器、溫度控制器、脈沖控制器和閥門控制器，熱電偶設(shè)置于爐膛內(nèi)，閥門控制器的輸出端與空氣電磁閥的控制端連接。
文檔編號C21D9/573GK101928821SQ20101026248
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者周末, 張榮明, 支英輝 申請人:中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司