CN101892366A - 辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统及方法 - Google Patents

辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金领域的炉内氧含量和氮耗控制方法，是一种辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，是对辐射管加热无氧化辊底式炉分区控制，将炉膛压力、氧含量与充氮电磁阀门连锁，根据每个分区的炉膛压力和氧含量时时测量值，进行氧稀释和炉压调整的动态控制，确保炉门开启时，炉膛内形成一定的正压力。同时，根据热处理工艺，合理选择常开充氮电磁阀门数目和位置，辐射管加热无氧化辊底式炉实现了正火或回火生产，尤其是淬火生产过程中超低氧含量和低氮耗控制。本发明使用最低的氮耗，显著降低了淬火正火和回火生产过程中辐射管加热无氧化辊底式炉内氧含量。

Description

辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统及方法
技术领域
本发明涉及冶金领域的炉内氧含量和氮耗控制方法，具体的说是一种辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法。
背景技术
由于辐射管加热无氧化辊底式炉具有良好的加热均匀性和无氧化性气氛，热处理后钢板表面质量较好，是生产高技术含量、高附加值中厚板产品的关键热处理设备之一。但是，由于设备使用时间的延长、辐射管加热无氧化辊底式炉充氮方式落后等，尤其是当前炉后配套淬火机设备，造成生产过程中，炉内氧含量异常偏高，炉底辊面结瘤严重的现象，往往在钢板下表面形成辊印、划痕和凹坑等缺陷，轻的要花费大量时间和人力去进行表面修磨，严重的导致钢板改判为协议板，影响企业的经济效益，是目前钢厂热处理生产线上急需要解决的难题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在缺点，提出一种辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，可使炉内氧含量降低，有效解决炉内高含氧量致炉底辊面结瘤的难题。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统，在炉体上设置的20个充氮电磁控制阀，充氮电磁控制阀通过氮气支管与氮气总管相连接，20个充氮电磁控制阀分上下两排设置，每排设置10个；炉体炉膛分为6个区，分别为与上炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛前区、与上炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛中区、与上炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛后区、与下炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛前区、与下炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛中区以及与下炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛后区；炉膛6个区内都设有炉压检测装置和氧含量检测装置，炉压检测装置和氧含量检测装置都与其区对应的充氮电磁控制阀连锁。
辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，按以下步骤进行：
(1)钢板入炉速度设定在15～30m/min，一方面，速度较慢导致炉门开启时间长，空气进入量较大，另一方面，速度过快将导致炉内光栅跟踪混乱，钢板模拟信号和实际位置偏差加剧，加热模型和实际不一致影响钢板热处理后质量；
(2)将上炉膛前区、上炉膛后区、下炉膛前区以及下炉膛后区相对应的充氮电磁控制阀设置为常开状态，当炉门松开时，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为打开状态，当炉门夹紧后，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为关闭状态，这样选择最合理的常开阀门的位置和最少数目，在获得超低氧含量的情况下，降低氮耗；
(3)根据炉膛炉压检测装置和氧含量检测装置设定值和实时反馈值，进行氧稀释和炉压调整的动态赋值：当实际炉膛压力与设定值负偏差绝对值≥5pa或实际炉膛氧含量与设定值正偏差≥10ppm，以设定值为初始参考值，利用公式：
控制偏差Diff＝[(Setppm-Actppm)/Limitppm]×100    (一)
控制器输出Control output＝Diff×Kp(比例部分)+Diff×T/Ti(积分部分)                                              (二)
式(一)中，Setppm为设定氧含量，Actppm为实际氧含量，Limitppm为氧含量测量上限；式(二)中，Kp为增益，Ti为积分时间，T为系统扫描周期；
计算得出一个0～100之内的输出值，将这个值的百分比用作充氮电磁控制阀的阀门开口度给定，根据给定值，利用脉冲周期公式：
t＝52.788*(Control output)0.53            (二)
计算出充氮电磁控制阀的周期充氮时间，其中t范围100～567s；若实际炉压低于规定下限，但氧含量测量值不超过设定值，那么不进行相关运算；当实际炉膛压力或实际氧含量满足限定条件，则关闭充氮阀门；
(4)根据热处理工艺——淬火、正火或回火，调整常开充氮电磁阀门数目和位置，进行循环充氮系统控制，充氮电磁控制阀在上炉膛前区、下炉膛前区、上炉膛后区以及下炉膛后区以炉门为基准就近选择，在上炉膛中区和下炉膛中区以炉膛中间线为基准就近选择，达到“超低氧含量和低氮耗”目的。
(5)钢板出炉速度越快越好，尽量减少炉门开启时间，降低空气流入量，正火或回火钢板出炉速度≥40m/min，淬火由于受工艺条件限定，一般在3～30m/min。
本发明进一步限定的技术方案是：
以上步骤(4)中，正火或回火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5～6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择3～4个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2～3个；淬火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5～6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择4～5个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2～3个。
本发明的优点是：本发明使用最低的氮耗，显著降低了淬火正火和回火生产过程中辐射管加热无氧化辊底式炉内氧含量。正火或回火生产时，炉膛内氧含量由≥2500ppm降至500ppm以下；淬火过程中炉内氧含量由≥6000ppm降至500ppm以下。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
辐射管加热无氧化辊底式炉炉门关闭，整个炉子处于密封状态，空气无法进入炉膛。只有在炉门开启时，炉膛内外形成流通气流，是氧气进入炉膛的主要途径。炉门开启状态包括钢板入炉和钢板出炉。钢板入炉，虽然有垂直对称喷射的氮气幕和网状金属耐热编制帘的保护，但是钢板运行快速行进和炉膛压力小，夹带大量的空气进入炉膛。钢板出炉，钢板快速出炉形成高温气流外溢，会抑制部分空气流入，但是若钢板出炉速度降低，相对钢板快速出炉而言，单位时间形成的外溢气流将会减少，而且随着时间的延长或出炉速度的降低，抑制空气流入作用越来越弱，同时炉膛内炉膛压力接近于0，最终导致空气流入量大幅增加。因此，需要对钢板的入炉和出炉速度进行设置，将钢板入炉速度设定在15～30m/min，一方面，速度较慢导致炉门开启时间长，空气进入量较大，另一方面，速度过快将导致炉内光栅跟踪混乱，钢板模拟信号和实际位置偏差加剧，加热模型和实际不一致影响钢板热处理后质量；钢板出炉速度越快越好，尽量减少炉门开启时间，降低空气流入量，正火或回火钢板出炉速度≥40m/min，淬火由于受工艺条件限定，一般在3～30m/min。
实施例一
本实施例的辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统，结构如图1所示，在炉体1上设置的20个充氮电磁控制阀2，充氮电磁控制阀2通过氮气支管3与氮气总管4相连接，20个充氮电磁控制阀2分上下两排设置，每排设置10个；炉体炉膛分为6个区，分别为与上炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛前区5、与上炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛中区6、与上炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛后区7、与下炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛前区8、与下炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛中区9以及与下炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛后区10；炉膛6个区内都设有炉压检测装置11和氧含量检测装置12，炉压检测装置11和氧含量检测装置12都与其区对应的充氮电磁控制阀2连锁。
辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，按以下步骤进行：
(1)钢板入炉速度设定在15m/min，一方面，速度较慢导致炉门开启时间长，空气进入量较大，另一方面，速度过快将导致炉内光栅跟踪混乱，钢板模拟信号和实际位置偏差加剧，加热模型和实际不一致影响钢板热处理后质量；
(2)将上炉膛前区、上炉膛后区、下炉膛前区以及下炉膛后区相对应的充氮电磁控制阀设置为常开状态，当炉门松开时，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为打开状态，当炉门夹紧后，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为关闭状态，这样选择最合理的常开阀门的位置和最少数目，在获得超低氧含量的情况下，降低氮耗；
(3)根据炉膛炉压检测装置设定值(30Pa)和氧含量检测装置设定值(500ppm)和实时反馈值，进行氧稀释和炉压调整的动态赋值：当实际炉膛压力与设定值负偏差绝对值≥5pa或实际炉膛氧含量与设定值正偏差≥10ppm，以设定值为初始参考值，利用公式：
控制偏差Diff＝[(Setppm-Actppm)/Limitppm]×100        (一)
控制器输出Control output＝Diff×Kp(比例部分)+Diff×T/Ti(积分部分)                                                  (二)
式(一)中，Setppm为设定氧含量500ppm，Actppm为实际氧含量，Limitppm为氧含量测量上限6000ppm；式(二)中，Kp为增益(10～50)，Ti为积分时间(5～50s)，T为系统扫描周期(1s)；
计算得出一个0～100之内的输出值，将这个值的百分比用作充氮电磁控制阀的阀门开口度给定，根据给定值，利用脉冲周期公式：
t＝52.788*(Control output)0.53               (三)
计算出充氮电磁控制阀的周期充氮时间，其中t范围100～567s；若实际炉压低于规定下限，但氧含量测量值不超过设定值，那么不进行相关运算；当实际炉膛压力或实际氧含量满足限定条件，则关闭充氮阀门；
(4)根据热处理工艺——淬火、正火或回火，调整常开充氮电磁阀门数目和位置，进行循环充氮系统控制，充氮电磁控制阀在上炉膛前区、下炉膛前区、上炉膛后区以及下炉膛后区以炉门为基准就近选择，在上炉膛中区和下炉膛中区以炉膛中间线为基准就近选择，达到“超低氧含量和低氮耗”目的。正火或回火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择3个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2个；淬火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择4个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2个。
(5)钢板出炉速度越快越好，尽量减少炉门开启时间，降低空气流入量，正火或回火钢板出炉速度40m/min，淬火钢板出炉速度3m/min。
实施例二
本实施例的辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统结构与实施例一相同，辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，按以下步骤进行：
(1)钢板入炉速度设定在20m/min，一方面，速度较慢导致炉门开启时间长，空气进入量较大，另一方面，速度过快将导致炉内光栅跟踪混乱，钢板模拟信号和实际位置偏差加剧，加热模型和实际不一致影响钢板热处理后质量；
(2)将上炉膛前区、上炉膛后区、下炉膛前区以及下炉膛后区相对应的充氮电磁控制阀设置为常开状态，当炉门松开时，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为打开状态，当炉门夹紧后，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为关闭状态，这样选择最合理的常开阀门的位置和最少数目，在获得超低氧含量的情况下，降低氮耗；
(3)根据炉膛炉压检测装置设定值(30Pa)和氧含量检测装置设定值(500ppm)和实时反馈值，进行氧稀释和炉压调整的动态赋值：当实际炉膛压力与设定值负偏差绝对值≥5pa或实际炉膛氧含量与设定值正偏差≥10ppm，以设定值为初始参考值，利用公式：
控制偏差Diff＝[(Setppm-Actppm)/Limitppm]×100    (一)
控制器输出Control output＝Diff×Kp(比例部分)+Diff×T/Ti(积分部分)                                              (二)
式(一)中，Setppm为设定氧含量500ppm，Actppm为实际氧含量，Limitppm为氧含量测量上限6000ppm；式(二)中，Kp为增益(10～50)，Ti为积分时间(5～50s)，T为系统扫描周期(1s)；
计算得出一个0～100之内的输出值，将这个值的百分比用作充氮电磁控制阀的阀门开口度给定，根据给定值，利用脉冲周期公式：
t＝52.788*(Control output)0.53                   (三)
计算出充氮电磁控制阀的周期充氮时间，其中t范围100～567s；若实际炉压低于规定下限，但氧含量测量值不超过设定值，那么不进行相关运算；当实际炉膛压力或实际氧含量满足限定条件，则关闭充氮阀门；
(4)根据热处理工艺——淬火、正火或回火，调整常开充氮电磁阀门数目和位置，进行循环充氮系统控制，充氮电磁控制阀在上炉膛前区、下炉膛前区、上炉膛后区以及下炉膛后区以炉门为基准就近选择，在上炉膛中区和下炉膛中区以炉膛中间线为基准就近选择，达到“超低氧含量和低氮耗”目的。正火或回火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择4个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择3个；淬火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择5个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择3个。
(5)钢板出炉速度越快越好，尽量减少炉门开启时间，降低空气流入量，正火或回火钢板出炉速度50m/min，淬火钢板出炉速度20m/min。
实施例三
本实施例的辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统结构与实施例一相同，辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，按以下步骤进行：
(1)钢板入炉速度设定在30m/min，一方面，速度较慢导致炉门开启时间长，空气进入量较大，另一方面，速度过快将导致炉内光栅跟踪混乱，钢板模拟信号和实际位置偏差加剧，加热模型和实际不一致影响钢板热处理后质量；
(2)将上炉膛前区、上炉膛后区、下炉膛前区以及下炉膛后区相对应的充氮电磁控制阀设置为常开状态，当炉门松开时，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为打开状态，当炉门夹紧后，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为关闭状态，这样选择最合理的常开阀门的位置和最少数目，在获得超低氧含量的情况下，降低氮耗；
(3)根据炉膛炉压检测装置设定值(30Pa)和氧含量检测装置设定值(500ppm)和实时反馈值，进行氧稀释和炉压调整的动态赋值：当实际炉膛压力与设定值负偏差绝对值≥5pa或实际炉膛氧含量与设定值正偏差≥10ppm，以设定值为初始参考值，利用公式：
控制偏差Diff＝[(Setppm-Actppm)/Limitppm]×100    (一)
控制器输出Control output＝Diff×Kp(比例部分)+Diff×T/Ti(积分部分)                                              (二)
式(一)中，Setppm为设定氧含量500ppm，Actppm为实际氧含量，Limitppm为氧含量测量上限6000ppm；式(二)中，Kp为增益(10～50)，Ti为积分时间(5～50s)，T为系统扫描周期(1s)；
计算得出一个0～100之内的输出值，将这个值的百分比用作充氮电磁控制阀的阀门开口度给定，根据给定值，利用脉冲周期公式：
t＝52.788*(Control output)0.53                   (三)
计算出充氮电磁控制阀的周期充氮时间，其中t范围100～567s；若实际炉压低于规定下限，但氧含量测量值不超过设定值，那么不进行相关运算；当实际炉膛压力或实际氧含量满足限定条件，则关闭充氮阀门；
(4)根据热处理工艺——淬火、正火或回火，调整常开充氮电磁阀门数目和位置，进行循环充氮系统控制，充氮电磁控制阀在上炉膛前区、下炉膛前区、上炉膛后区以及下炉膛后区以炉门为基准就近选择，在上炉膛中区和下炉膛中区以炉膛中间线为基准就近选择，达到“超低氧含量和低氮耗”目的。正火或回火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择3个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2个；淬火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择5个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择3个。
(5)钢板出炉速度越快越好，尽量减少炉门开启时间，降低空气流入量，正火或回火钢板出炉速度60m/min，淬火钢板出炉速度30m/min。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统，其特征在于：在炉体上设置的20个充氮电磁控制阀，所述充氮电磁控制阀通过氮气支管与氮气总管相连接，20个充氮电磁控制阀分上下两排设置，每排设置10个；炉体炉膛分为6个区，分别为与上炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛前区、与上炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛中区、与上炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的上炉膛后区、与下炉膛前端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛前区、与下炉膛中端4个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛中区以及与下炉膛后端3个充氮电磁控制阀相对应的下炉膛后区；所述炉膛6个区内都设有炉压检测装置和氧含量检测装置，所述炉压检测装置和氧含量检测装置都与其区对应的充氮电磁控制阀连锁。
2.用于权利要求1所述辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制系统的控制方法，其特征在于：按以下步骤进行：
(1)钢板入炉速度设定在15～30m/min；
(2)将上炉膛前区、上炉膛后区、下炉膛前区以及下炉膛后区相对应的充氮电磁控制阀设置为常开状态，当炉门松开时，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为打开状态，当炉门夹紧后，将上炉膛中区和下炉膛中区相对应的充氮电磁控制阀设置为关闭状态；
(3)根据炉膛炉压检测装置和氧含量检测装置设定值和实时反馈值，进行氧稀释和炉压调整的动态赋值：当实际炉膛压力与设定值负偏差绝对值≥5pa或实际炉膛氧含量与设定值正偏差≥10ppm，以设定值为初始参考值，利用公式：
控制偏差Diff＝[(Setppm-Actppm)/Limitppm]×100    (一)
控制器输出Control output＝Diff×Kp(比例部分)+Diff×T/Ti(积分部分)                                (二)
式(一)中，Setppm为设定氧含量，Actppm为实际氧含量，Limitppm为氧含量测量上限；式(二)中，Kp为增益，Ti为积分时间，T为系统扫描周期；
计算得出一个0～100之内的输出值，将这个值的百分比用作充氮电磁控制阀的阀门开口度给定，根据给定值，利用脉冲周期公式：
t＝52.788*(Control output)0.53     (三)
计算出充氮电磁控制阀的周期充氮时间，其中t范围100～567s；若实际炉压低于规定下限，但氧含量测量值不超过设定值，那么不进行相关运算；当实际炉膛压力或实际氧含量满足限定条件，则关闭充氮阀门；
(4)根据热处理工艺——淬火、正火或回火，调整常开充氮电磁阀门数目和位置，进行循环充氮系统控制，充氮电磁控制阀在上炉膛前区、下炉膛前区、上炉膛后区以及下炉膛后区以炉门为基准就近选择，在上炉膛中区和下炉膛中区以炉膛中间线为基准就近选择，达到“超低氧含量和低氮耗”目的。
(5)正火或回火钢板出炉速度40m/min，淬火钢板出炉速度3～30m/min。
3.如权利要求2所述的辐射管加热无氧化辊底式炉低氧含量和低氮耗控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，正火或回火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5～6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择3～4个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2～3个；淬火生产时，常开充氮电磁控制阀分布：上炉膛前区和下炉膛前区一共选择5～6个，上炉膛后区和下炉膛后区一共选择4～5个，上炉膛中区和下炉膛中区一共选择2～3个。
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