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)領域：
本發(fā)明涉及鋼板(或鋼帶)熱處理領域中的輻射管加熱保護氣氛熱處理爐，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)：
保護氣氛熱處理爐是鋼板(或鋼帶)熱處理線上的關鍵設備，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氣氛、利用輻射管進行間接加熱，例如中厚 板保護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，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)通冷風的方式，以實現(xiàn)對帶鋼進行間接冷卻。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，提高了設備利用率。然而，實際生產(chǎn)中采用上述輻射管通冷風間接冷卻鋼板(或鋼帶)及熱處理爐的 爐膛(即空爐降溫)時，通風冷卻過程需采用手動操作或者HMI (人機接口)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，得到熱處理爐的實際爐溫值PV;然后根據(jù)熱處理爐的爐溫設定值 SP和測得的實際爐溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管的通風頻率和持續(xù)時間；再將輻 射管通風頻率和持續(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頻率和持續(xù)時間打開或關閉，實現(xiàn)輻射 管內(nèi)脈沖供風冷卻，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行標準化輸出，得到熱處理爐的實際爐溫值PV ；實際爐溫值PV輸 入溫度控制器后，溫度控制器根據(jù)熱處理爐的爐溫設定值SP和測得的實際爐溫值PV之間 的溫度偏差，計算出輻射管的通風頻率和持續(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 風頻率和持續(xù)時間打開或關閉，實現(xiàn)輻射管內(nèi)脈沖供風。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-燃氣氣動閥， 13-燃氣管道。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的一種熱處理爐自動冷卻方法及冷卻系統(tǒng) 作進一步的詳細描述實施例一如圖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采集的溫度信號進行標準化輸出，并將輸出地實際 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)熱處理爐的爐溫設定值SP和測得的實際爐 溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管通風頻率和持續(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)時間打開或關閉，實現(xiàn)輻射管1內(nèi)脈沖供風。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。“鬥”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關閉狀態(tài)的命令。相應的，“■”表示空氣電磁閥2處 于打開狀態(tài)，輻射管通風冷卻，“0”表示冷卻閥門處于關閉狀態(tài)，輻射管未通風冷卻。脈沖控制器7還可以實現(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，使其鼓風冷卻，持續(xù)TO時間后，關閉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，使其鼓風冷卻；tn+1時刻再次打開1#空氣電磁閥，如此反復循環(huán)進行控制。 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)實際爐溫值PV和 爐溫設定值SP之間的溫差進行計算得到的。實施例二 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。可以看出每個控制周 期內(nèi)，溫度控制器6將熱電偶5實測的溫度值與爐溫設定值SP進行比較后，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和燃氣氣動閥12的開閉動作，控制燒嘴10點火與關閉，實現(xiàn)輻射管1 的供熱。本實施例即可由上述熱處理爐輻射管加熱器改進得到。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和燃氣管道13的粗實線表示可接通，細實線表 示不通。本發(fā)明的一種熱處理爐自動冷卻方法的實施例介紹如下本實施例為某一寬厚板保護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)進行控制。每套輻射管 加熱器均包括輻射管1、自預熱式燒嘴10(SINMAX3M)、燒嘴控制器11 (SCU460)、燒嘴10前 的空氣管道3 (DN65)、燒嘴10前的燃氣管道13 (DN40)、空氣電磁閥2 (VMRDN65)和燃氣氣動 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)，將當前的正火工藝(900°C )調(diào)整 為回火工藝(650°C )。當前時刻熱電偶5采樣獲得的實際爐溫值PV為900°C，爐溫設定值 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首先將爐溫設定值SP 進行分解(例如這里我們設定降溫梯度為10°C /min,即第1分鐘的爐溫設定值SP值為890°C，第2分鐘的爐溫設定值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)爐溫設定值SP(890°C )與實際爐溫值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，單獨控制該區(qū)內(nèi)的空氣電磁閥2開啟與關閉，對該控制區(qū)進行冷卻；第2分鐘，溫度控制器6再根據(jù)爐溫設定值SP(880°C )與實際爐溫值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，得到熱處理爐的實際爐溫值PV；然后根據(jù)熱處理爐的爐溫設定值SP和測得的實際爐溫值PV之間的溫度偏差，計算出輻射管(1)的通風頻率和持續(xù)時間；再將輻射管(1)通風頻率和持續(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)按所述通風頻率和持續(xù)時間打開或關閉，實現(xiàn)輻射管(1)內(nèi)脈沖供風冷卻，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，得到實際爐溫值PV；然后根據(jù)爐溫設定值SP和實際爐溫值PV之間的偏差，計算出輻射管的通風頻率和持續(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頻率和持續(xù)時間打開或關閉，實現(xiàn)輻射管內(nèi)脈沖供風冷卻，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