步进式加热炉中节能的炉门控制方法

刘阳++梁丹

摘 要：步进式加热炉出钢过程中，炉门处于全开状态，造成热量外溢，冷风吸入，会增加能耗。为减少能源消耗，对现有出钢机控制进行优化，增加炉门位置检测传感器，实现炉门出钢过程中处于半开控制状态，降低炉门开启高度，达到节约能源的目的。

关键词：炉门；控制系统；接近开关；半开

中图分类号：TG307 文献标识码：A

一、控制系统改造方案

加热炉使用西门子PLC的S7-400系统来完成加热炉的过程控制及过程检测，使用的软件分别为西门子公司的Step7和WinCC。

优化前需要将炉门打开到最高极限后，出钢机才会按照前进—上升—后退—下降—后退的正循环顺序有所动作。托臂运行到后下限位时炉门才关闭，炉门和出钢机的运行相互之间无交叉。炉门控制优化可改变以往运行逻辑，炉门上升动作分两步完成：炉门先小开启度提升到位，出钢机前进，在出钢机托臂到达前进极限前，炉门再上升到最高位，出钢机托出钢坯，托出钢坯出炉后达后极限时炉门即关闭，与出钢机下降同时进行，从而减少炉门全开时间。

为防止炉门与出钢机发生碰撞，程序编写要充分考虑设备运行的安全性，将炉门开启高度和出钢机进退位置互相作为对方的连锁条件。控制程序流程图如图1所示。

根据加热炉高温、潮湿的运行环境以及加热工艺要求，增加接近开个或传感器检测炉门中位。依流程图编写控制程序，返回中位检测信号作为连锁条件。为保证设备稳定运行，当位置检测设备出现故障，炉门抬升到最高位时，出钢机停止操作，避免误动作造成设备损坏。当炉门中位接近开关出现故障时，炉门抬升到最高位，出钢机不动作，不能自动出钢。在HMI上增加炉门中位返回指示和半开控制切除對话框，此时勾选此对话框，运行原自动出钢模式，可实现新旧模式间的切换。

二、控制系统优化前后效果比较

1.优化前运行模式及其影响

出钢过程中，出钢机共分七步完成。第一步炉门打开到最高位，出钢机第一步前进到前进极限；第二步上升到托臂与步进梁水平相同位置；第三步出钢机上升到上极限位托起钢坯；第四步出钢机托出钢坯到出炉辊道中间位置；第五步出钢机下降到步进梁水平位置，将钢坯放到辊道上；第六步出钢机继续下降到下极限位；第七步出钢机退回到后极限，等待下一次出钢。

通过出钢过程中对出钢机、炉门的运行过程进行实时测量，得出出钢机和炉门的运行时序图及炉门开启时间，具体数据如图2所示。

通过出钢过程中对炉门和出钢机运行时间进行测量，整个出钢过程炉门开启时间长达67s，炉门处于全开状态时间长达53s。根据炉内压力与吸入空气量和热损失的关系表可知，由于设计因素、操作习惯等原因影响，出钢时炉门开启幅度大，开启时间长，造成炉内热量外溢。另外，炉膛内外形成一定的对流空间，炉外的冷空气流入炉内，造成炉内温度降低，这些都会导致只有通过增加煤气燃烧才能保证炉内温度，也相应地增加了炉内空气量，影响炉内氛围和烧钢质量。产生的大量高温烟气未经蓄热体利用而排出炉外，进一步造成热量损失，恶化操作环境。烟气增加引起炉压升高，使得炉门两侧缝隙四处冒火，由此造成的经济损失及浪费是相当惊人的。

2.改造后设备运行状态

控制优化后，出钢时炉门先小开启度高度抬起，允许托臂通过即可，在出钢机上升前即将到达前进极限位置时，炉门打到全开位置，实现炉门半开功能。当出钢机将钢坯托出炉内到后极限位时，炉门关闭，改变以往出钢机回到后下限位时炉门再关闭现象，这样在出钢机前进和后退过程中可缩短炉门全开时间，有效降低炉内的热量损失。优化后的炉门运行时序图如图3所示。

由图3中可知，优化后炉门开启时间由原来的63s缩短为43s，极大地缩短了炉门开启时间，而炉门全开时间只有20s，缩短了炉门开启时炉内热量外溢造成的热量损失的时间。

该项目的实施，可缩短炉门的开启时间及出钢时间，提高操作人员的工作效率；节约煤气消耗，减少炉外的冷风吸入，使炉头温度变化不明显，有利于减少因炉门开关造成的炉内压力波动，对保证钢坯的表面质量和减少钢坯氧化烧损都有很大作用，可提高加热炉的燃烧工艺质量。

参考文献：

[1]邱星魁，葛 丽.自动控制在加热炉步进梁运动中的应用[J].电脑知识与技术，2011（5）.

[2]石学勇，陈文仲，李新光，等.蓄热式加热炉PLC控制的开发设计[J].冶金能源，2008（1）：58-61.endprint