CN101928821B - 一种热处理炉自动冷却方法及冷却系统 - Google Patents
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Abstract
一种热处理炉自动冷却方法：首先从热处理炉的炉膛内采集温度信号，得到实际炉温值PV；然后根据炉温设定值SP和实际炉温值PV之间的偏差，计算出辐射管的通风频率和持续时间；再将该控制信号转变为脉冲控制时序信号；最后将脉冲控制时序信号传递给阀门控制器，以控制空气电磁阀按所述通风频率和持续时间打开或关闭，实现辐射管内脉冲供风冷却，即完成冷却工作的一个周期。一种热处理炉自动冷却系统：包括热处理炉的炉膛、位于炉膛内的辐射管以及与辐射管连通的空气管道，空气管道上设有空气电磁阀。它还包括依次连接的热电偶、温度变送器、温度控制器、脉冲控制器和阀门控制器，热电偶设置于炉膛内，阀门控制器的输出端与空气电磁阀的控制端连接。
Description
技术领域
本发明涉及钢板(或钢带)热处理领域中的辐射管加热保护气氛热处理炉，具体的指一种热处理炉自动冷却方法及冷却系统。
背景技术
保护气氛热处理炉是钢板(或钢带)热处理线上的关键设备，它一般采用纯度为99.99％的N2或者N2和H2的混合气体作为保护气氛、利用辐射管进行间接加热，例如：中厚板保护气氛辊底式热处理炉、冷轧带钢立式连续退火炉、冷轧带钢热镀锌连续退火炉、棒材连续退火炉等。上述热处理炉具有产量高、炉温均匀、产品质量稳定、表面质量好等优点，受到大规模生产厂家的青睐。
一般来说，热处理炉在以下三种情况时需要进行降温操作：(1)事故状态下的停炉降温；(2)生产工艺转换时的生产过渡降温；(3)同种产品的工艺降温(如退火工艺时，热处理产品需要在炉内进行缓慢冷却，并且降温速度在控制范围内)。为了提高热处理炉的产品适应性及生产作业率，热处理炉不仅需要具有加热保温的功能，而且需要具有冷却降温的功能。
授权公告号为CN 200967829的专利《用于带钢连续退火炉的辐射加热及冷却装置》，给出了采用辐射管内通冷风的方式，以实现对带钢进行间接冷却。该方式使辐射管不仅具有间接加热功能，而且具备间接冷却功能，节省了炉内空间，提高了设备利用率。
然而，实际生产中采用上述辐射管通冷风间接冷却钢板(或钢带)及热处理炉的炉膛(即空炉降温)时，通风冷却过程需采用手动操作或者HMI(人机接口)简单集中控制，其降温过程控制精度极低，对于有降温速度要求和温度精度要求高的情况，会严重影响钢板(或钢带)质量。
发明目的
本发明的目的就是提供一种热处理炉自动冷却方法及冷却系统，能够实现热处理炉冷却降温过程的自动控制，并得到较高的控制精度。
为实现上述目的，本发明提供的一种热处理炉自动冷却方法为：首先从热处理炉的炉膛内采集温度信号，得到热处理炉的实际炉温值PV；然后根据热处理炉的炉温设定值SP和测得的实际炉温值PV之间的温度偏差，计算出辐射管的通风频率和持续时间；再将辐射管通风频率和持续时间的控制信号转变为脉冲控制时序信号；最后将脉冲控制时序信号传递给阀门控制器，以控制空气电磁阀按所述通风频率和持续时间打开或关闭，实现辐射管内脉冲供风冷却，即完成了热处理炉自动冷却工作的一个周期。
本发明提供的一种热处理炉自动冷却系统包括热处理炉的炉膛、位于炉膛内的辐射管以及与辐射管连通的空气管道，所述空气管道上设有空气电磁阀。其特别之处在于：它还包括依次连接的热电偶、温度变送器、温度控制器、脉冲控制器和阀门控制器，所述热电偶设置于炉膛内，所述阀门控制器的输出端与空气电磁阀的控制端连接。
进一步地，所述温度控制器为PID控制器。
该冷却系统的工作过程为：在一个工作周期内，首先位于炉膛内的热电偶采集温度信号并由温度变送器进行标准化输出，得到热处理炉的实际炉温值PV；实际炉温值PV输入温度控制器后，温度控制器根据热处理炉的炉温设定值SP和测得的实际炉温值PV之间的温度偏差，计算出辐射管的通风频率和持续时间，并传递给脉冲控制器；脉冲控制器接收到温度控制器的控制信号后，将其转变为脉冲控制时序信号，并将该时序信号传递给阀门控制器；阀门控制器接收到脉冲控制时序信号后，形成空气电磁阀的控制信号，例如：高电位的开始时刻、持续时间、结束时刻等；最后，空气电磁阀在阀门控制器的控制下，按上述通风频率和持续时间打开或关闭，实现辐射管内脉冲供风。
与现有粗放、不可控的冷却过程相比，一方面，本发明提供的热处理炉自动冷却方法及冷却系统，通过数字化脉冲冷却的手段和闭环控制系统，实现了热处理炉降温过程的自动化，大大提高了热处理炉的炉温控制精度和控制水平；另一方面，本发明适用范围广，可应用于各种辐射管间接加热热处理炉，例如：I型辐射管热处理炉、W型辐射管热处理炉、P型辐射管热处理炉等，并可用于上述热处理炉的事故降温过程、工艺转换降温过程及工艺降温过程。
附图说明
图1为热处理炉自动冷却系统的实施例一结构示意图；
图2为图1系统在脉冲占空比为20％的情况下，单个阀门控制器的控制时序图；
图3为图1系统在脉冲占空比为80％的情况下，单个阀门控制器的控制时序图；
图4为多个阀门控制器的控制时序图；
图5为现有热处理炉辐射管加热器结构示意图；
图6为热处理炉自动冷却系统的实施例二结构示意图；
图中，1-辐射管，2-空气电磁阀，3-空气管道，4-炉膛，5-热电偶，6-温度控制器，7-脉冲控制器，8-阀门控制器，9-温度变送器，10-烧嘴，11-烧嘴控制器，12-燃气气动阀，13-燃气管道。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的一种热处理炉自动冷却方法及冷却系统作进一步的详细描述：
实施例一：
如图1所示，该冷却系统包括热处理炉的炉膛4、位于炉膛4内的辐射管1以及与辐射管1连通的空气管道3，且在空气管道3上设有空气电磁阀2。此外，该系统还包括依次连接的热电偶5、温度变送器9、温度控制器6、脉冲控制器7和阀门控制器8。其中：
热电偶5设置于炉膛4内，用于采集炉膛4内的温度信号；
温度变送器9用于对热电偶5采集的温度信号进行标准化输出，并将输出地实际炉温值PV输入温度控制器6；
温度控制器6为PID控制器，可以根据热处理炉的炉温设定值SP和测得的实际炉温值PV之间的温度偏差，计算出辐射管通风频率和持续时间，并传递给脉冲控制器7；
脉冲控制器7接收到温度控制器6的控制信号后，将其转变为脉冲控制时序信号，并将该时序信号传递给阀门控制器8；
阀门控制器8的输出端与空气电磁阀2的控制端连接。阀门控制器8接受到脉冲控制器7的时序信号后，形成空气电磁阀2控制信号，于是，空气电磁阀2按计算得到的频率和持续时间打开或关闭，实现辐射管1内脉冲供风。
图2和图3分别表示在所需冷却能力分别为20％和80％的情况下，空气电磁阀2的占空比和脉冲时序。“”表示阀门控制信号输出为空气电磁阀2打开状态的命令，“-”表示阀门控制信号输出为空气电磁阀2关闭状态的命令。相应的，“
”表示空气电磁阀2处于打开状态，辐射管通风冷却，“
”表示冷却阀门处于关闭状态，辐射管未通风冷却。
脉冲控制器7还可以实现多个阀门控制器8的时序冷却控制。如图4所示，在t1时刻，打开1#空气电磁阀2，使其鼓风冷却，持续T0时间后，关闭1#空气电磁阀2；在t2时刻，打开2#空气电磁阀2，使其鼓风冷却，同样持续T0时间……依次类推，tn时刻，打开n#空气电磁阀2，使其鼓风冷却；tn+1时刻再次打开1#空气电磁阀，如此反复循环进行控制。每个空气电磁阀2被打开的频率以及持续的时间，都是温度控制器6根据实际炉温值PV和炉温设定值SP之间的温差进行计算得到的。
实施例二：
图5所示为一种现有的热处理炉辐射管加热器控制系统图。可以看出每个控制周期内，温度控制器6将热电偶5实测的温度值与炉温设定值SP进行比较后，生成控制信号传递给脉冲控制器7，脉冲控制器7将温度控制器6产生的控制信号，转变成烧嘴控制器11可以识别的脉冲时序信号后，传递给烧嘴控制器11，烧嘴控制器11根据脉冲时序信号，直接控制空气电磁阀2和燃气气动阀12的开闭动作，控制烧嘴10点火与关闭，实现辐射管1的供热。
本实施例即可由上述热处理炉辐射管加热器改进得到。如图6所示，对于采用图5所示的脉冲燃烧控制的热处理炉辐射管加热器来说，将烧嘴控制器11作为本发明冷却系统的阀门控制器8，使空气电磁阀2在热处理炉的温度控制器6、脉冲控制器7、烧嘴控制器11的控制下，实现通断频率和维持时间的控制。
在图1、图5和图6中，空气管道3和燃气管道13的粗实线表示可接通，细实线表示不通。
本发明的一种热处理炉自动冷却方法的实施例介绍如下：
本实施例为某一宽厚板保护气氛辊底式热处理炉，采用I型辐射管间接加热，脉冲燃烧控制。其整个供热系统由224套辐射管加热器组成，分16区进行控制。每套辐射管加热器均包括辐射管1、自预热式烧嘴10(SINMAX3M)、烧嘴控制器11(SCU460)、烧嘴10前的空气管道3(DN65)、烧嘴10前的燃气管道13(DN40)、空气电磁阀2(VMRDN65)和燃气气动阀12(OMAL101)，其温度控制系统包括热电偶5、温度变送器9、和PLC S7-400(集成有温度控制器6和脉冲控制器7)。热电偶5的采样周期设定为1min，温度控制器6的控制周期为1min，脉冲控制器7的脉冲周期为30s。
自某一时刻起，热处理炉需要在25分钟时间内，将当前的正火工艺(900℃)调整为回火工艺(650℃)。当前时刻热电偶5采样获得的实际炉温值PV为900℃，炉温设定值SP为650℃。为了避免该冷却系统出现大的温度波动，温度控制器6首先将炉温设定值SP进行分解(例如：这里我们设定降温梯度为10℃/min，即第1分钟的炉温设定值SP值为890℃，第2分钟的炉温设定值SP值为880℃，第3分钟SP值为870℃/min......)：
第1分钟，温度控制器6根据炉温设定值SP(890℃)与实际炉温值PV(900℃)之间的偏差-10℃，计算出该控制区(例如：2#控制区，8套冷却系统)内的脉冲占空比为20％，即一周期内，空气电磁阀2的打开时间为6s、关闭时间为24s。温度控制器6将上述控制信号传递给脉冲控制器7，脉冲控制器7形成如图4所示的时序信号，烧嘴控制器11根据该时序信号，单独控制该区内的空气电磁阀2开启与关闭，对该控制区进行冷却；
第2分钟，温度控制器6再根据炉温设定值SP(880℃)与实际炉温值PV(例如，PV＝889℃)之间的偏差-9℃，计算出脉冲占空比为18％，即一周期内，空气电磁阀2的打开时间为5.4s、关闭时间为24.6s。脉冲控制器7将温度控制器6传来的占空比控制信号转换成时序信号，烧嘴控制器11根据该时序信号控制空气电磁阀2的开闭……这样不断执行，直到热处理炉的炉膛4温度降至650℃为止。通过以上过程，实现了热处理炉由900℃降至650℃的高精度可控冷却。
Claims (3)
1.一种热处理炉自动冷却方法，其特征在于：首先从热处理炉的炉膛(4)内采集温度信号，得到热处理炉的实际炉温值PV；然后根据热处理炉的炉温设定值SP和测得的实际炉温值PV之间的温度偏差，计算出辐射管(1)的通风频率和持续时间；再将辐射管(1)通风频率和持续时间的控制信号转变为脉冲控制时序信号；最后将脉冲控制时序信号传递给阀门控制器(8)，以控制空气电磁阀(2)按所述通风频率和持续时间打开或关闭，实现辐射管(1)内脉冲供风冷却，即完成了热处理炉自动冷却工作的一个周期。
2.一种热处理炉自动冷却系统，包括热处理炉的炉膛(4)、位于炉膛(4)内的辐射管(1)以及与辐射管(1)连通的空气管道(3)，所述空气管道(3)上设有空气电磁阀(2)，其特征在于：它还包括依次连接的热电偶(5)、温度变送器(9)、温度控制器(6)、脉冲控制器(7)和阀门控制器(8)，所述热电偶(5)设置于炉膛(4)内，所述阀门控制器(8)的输出端与空气电磁阀(2)的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的热处理炉自动冷却系统，其特征在于：所述温度控制器(6)为PID控制器。
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