董耿哲

（山西太鋼不銹鋼鋼管有限公司， 山西 太原 030003）

退火是金屬熱處理中的重要工序，通過退火可以達到細化組織、降低硬度、改善切削加工性能、消除內應力等目的。退火爐作為鋼鐵企業(yè)主要設備之一，處于關鍵位置，直接影響產品的質量、產量和成本。因此退火爐的控制在提高生產率、改善質量和節(jié)約能源上具有舉足輕重的意義。性能優(yōu)良的工業(yè)退火爐不僅可以減少對環(huán)境的破壞，還可以減少能源消耗，我國是一個工業(yè)大國，在環(huán)境危機和能源日趨緊張的新形勢下，節(jié)能減排對我國現(xiàn)在的“嚴冬性”鋼鐵行業(yè)至關重要，也是當前符合中國國情的企業(yè)生產的基本原則。

1 生產工藝

輥底爐通過上料鏈條將坯料傳輸至爐體內，共經(jīng)過7個供熱段，每個供熱段包含6個SCU460.D型燒嘴控制器。分段對鋼管進行加熱和保溫，保證鋼管的溫度達到工藝要求[1]。當鋼管加熱到工藝要求并經(jīng)保溫后，鋼管進入下料輥道及過渡輥道，通過鏈式出料機將輥道上的鋼管橫向運輸至收集框內。其供熱段主要參數(shù)見表1。

表1 供熱段主要參數(shù)

不同材質對爐溫的要求：

1）通用奧氏體不銹鋼管（爐溫允許偏差±10℃）。常用材質：12Cr18Ni9、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、06 Cr25Ni20、06Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2、06Cr 18Ni11Nb、06Cr18Ni11Ti。爐溫：1 050 ℃。

2）06Cr18Ni11Nb、06Cr18Ni11Ti等含 Nb 或 Ti穩(wěn)定化得鋼種（爐溫允許偏差±10℃）。固溶處理爐溫：1 100℃。穩(wěn)定化處理爐溫：910～930℃。

3）常用鐵素體不銹鋼管（爐溫允許偏差±10℃）。常用材質：022Cr17Ti、019Cr19Mo2NbTi、022Cr11Ti。爐溫：850℃。

4）06Cr13Al不銹鋼管（爐溫允許偏差±10℃）。爐溫：800℃。

5）2205雙相不銹鋼（爐溫允許偏差±10℃）。爐溫：1 060℃。

2 硬件設計

監(jiān)控級為工控機；主要用途：人機交換界面，輸出指令、顯示參數(shù)與報警。控制級為西門子PLC400、現(xiàn)場總線從站ET200、熱電偶、氧含量分析儀、差壓變送器、SCU460.D型燒嘴控制器、UV火焰檢測；主要用途：分布I/O指令。采集爐壓，燃氣壓力，爐膛溫度，火焰檢測信號燈信息。執(zhí)行級為燃氣閥，空氣閥，點火變壓器，液壓閥等終端；主要用途：執(zhí)行動作命令。

3 軟件設計

3.1 程序設計

使用系統(tǒng)開發(fā)軟件SIMATIC Manager STEP7進行程序，STEP7首先實現(xiàn)CPU414和SCU460.D的硬件組態(tài)及識別，采用POERBUS DP通訊。

首先，對每一組SCD460.D型燒嘴控制器通過SINON公司開發(fā)的軟件OASOFT進行內部程序設計，共21組。主要設計有空氣燃氣的啟動方式同步選擇，對應火焰檢測信號類型選擇，高溫模式投用選擇，每次點火采用吹掃功能選擇。

其次，進行基于模糊預估型PID溫度算法的設計，通過增加一個溫度控制點，增加了燒嘴控制器的控制范圍。實現(xiàn)了42個SCU460.D燒嘴控制器在7個供熱段溫度控制方面更加均勻。

最后，進行控制程序編寫。具體步驟如下：

1）在STEP7項目中創(chuàng)建I/O變量并進行分配，通過DP網(wǎng)絡完成內部和外部變量收集、傳輸和控制。

2）STEP7軟件主要有 LAD、FBD、STL 等幾種編程語言，本系統(tǒng)主要利用STL語言進行變量創(chuàng)建及點火過程控制編寫，利用LAD語言進行邏輯控制編寫，對溫度PID控制采用FBD程序塊進行封裝，輸入端采用臨時變量，不同的區(qū)間控制均調用該類型封裝塊，實現(xiàn)所有區(qū)間的溫度控制。

3）兩種溫度控制模式的設計。高溫模式：在FC功能塊“high temperature control（850℃）”中定義臨界值，設置比較功能塊。溫度反饋值和該值比較后進入無打火燒嘴點火方式，進而降低控制器，變壓器的使用率。保溫模式：在待料過程中，通過用戶設置的待料時間，在FC功能塊“l(fā)ow temperature control（600℃）”中定義臨界值，設置比較功能塊。根據(jù)程序中編譯的Q＝cm（t-t0）吸放熱算法，自動冷卻至最合理最節(jié)能的溫度范圍，實現(xiàn)有效節(jié)能的保溫效果。

3.2 人機界面設計

本系統(tǒng)硬件由西門子工控機、飛利浦液晶顯示器、標準鍵盤、光學鼠標及打印機等組成。監(jiān)控機主板上插有與PLC通訊的CP5611模板。運行WINCC應用系統(tǒng)軟件,內置SQL SERVER 2008數(shù)據(jù)庫。PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)相連接。用來存儲溫度曲線。人機界面主要有系統(tǒng)總貌畫面、燃燒狀態(tài)畫面、參數(shù)設置畫面、空氣燃氣畫面、冷卻水畫面、淬火機畫面、裝料液壓系統(tǒng)畫面、出料液壓系統(tǒng)畫面。其中SCU460.D燒嘴控制器狀態(tài)主要顯示在燃燒狀態(tài)畫面中。包含每個區(qū)的溫度、目前的點火狀態(tài)、高溫模式的運行狀態(tài)、保溫模式的運行狀態(tài)、空氣燃氣的打開比例狀態(tài)、就地遠程的切換指令狀態(tài)、手動自動的切換指令狀態(tài)?？梢暬Ч茫僮鞣奖?，能極大程度滿足現(xiàn)場生產需求。

4 結語

金屬在加熱過程中必須對爐溫和爐內氣氛進行很好的控制，否則就會造成加熱缺陷。比如鋼的氧化、脫碳、過熱、過燒以及加熱溫度不均勻等，這些嚴重地影響金屬的加熱質量，甚至造成廢品。輥底爐采用SINON公司的SCU460.D型點火控制器作為設備的點火控制系統(tǒng)，因其在精度和功能方面的強大控制力，整套點火控制系統(tǒng)全程均由SCU460.D控制終端產生指令執(zhí)行現(xiàn)場電氣元件。實現(xiàn)現(xiàn)場燒嘴燃燒情況的無死角監(jiān)控，降低點火變壓器，點火棒的損耗，燃氣的無功損耗，實現(xiàn)降本增效的目的。