过程控制课程设计--钢坯加热炉温度控制系统设计

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1、 过程控制课程设计过程控制课程设计说明书说明书 题题 目：钢坯加热炉温度控制系统目：钢坯加热炉温度控制系统 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号：11671121401167112140 专专 业：业：测控测控技术与仪器技术与仪器 班班 级：级：20112011- -1 1 指导教师：指导教师： 20142014 年年 0909 月月 1010 日日 I 钢坯加热炉温度控制系统设计钢坯加热炉温度控制系统设计 摘要摘要 加热炉是制造型行业中的一个重要设备，其作用是把原料加热到某一温度， 进而确保下道工序的顺利进行。 同样冶金行业中加热炉是生产环节中重要的热工 设备。其加热目的有两点:一提高钢的塑性

2、,加热温度越高，钢的可塑性越好，反 之加热温度越低，可塑性越差，那么加工所消耗的能量越大，轧机的磨损也相应 变快，而且温度过低还容易引发断辊事故。二是使钢的内外部温度均匀，否则钢 坯通过轧轨时容易产生有质量缺陷的废品。当板坯内外部有温差存在时，其内部 将会产生应力， 于是通过加热炉的均热后使断面上的温差缩小这样就在很大程度 上减少了次品的产生。当然如果加热温度过高也是不可以的，这样会发生板坯过 热、过烧，轧制时也要造成废品。因此加热炉的温度控制起着至关重要的作用， 直接关系到产量、能源等问题。 以前加热炉的控制多数采用老式的人工控制 ，需要操作人员完全手动控制 燃料阀的开度。这样一来，流量控制

3、的精度极差，操作的及时性也大大降低。加 热炉的燃烧过程是受随机因素干扰的，具有大惯性、纯滞后的特点。对于这种复 杂的控制对象，即使是经验丰富的操作人员，也很难全面考虑各种因素的影响， 准确地控制燃烧过程，造成炉温经常偏高或偏低，这些都严重影响了加热炉加热 质量和燃耗，甚至影响正常生产。在引入了过程控制系统之后，这一情况得到了 大大的改善。 加热炉的生产任务是按轧机的轧制节奏将钢材加热到工艺要求的温度水平 和加热质量，其性能直接影响到加热炉的能耗和最终钢材产品质量钢坯成 材率、轧机设备寿命以及整个主轧线的有效作业率。钢坯的出炉温度要求在 11501 250，靠操作工人调节阀门来控制炉温的效果很差

4、，粘钢和硬断轧辊 的事故时有发生，而且能源消耗特别大，所以关于加热炉自动控制的研究一直备 受关注与重视。 关键字：过程控制、温度控制、加热炉关键字：过程控制、温度控制、加热炉 II 目录目录 钢坯加热炉温度控制系统设计.I 摘要.I 第一章 引言 1 1.1 加热炉一般功能结构. 1 第二章 加热炉温度控制系统 5 2.1 串级系统控制概述 5 2.2 温度控制系统概述 5 2.3 炉温控制方案 6 2.4 调节器正反作用的确定 8 2.4.1 副调节器作用方式的确定 8 2.4.2 主调节器作用方式的确定 9 第三章 仪器选型 10 3.1 温度传感器的选择 10 3.2 流量变送器的选择

5、10 3.3 执行器的选择 11 3.4 调节器的选择 11 3.5 流量孔板的选择 13 第四章 总结 14 附录 15 参考文献 16 1 第一章第一章 引言引言 加热炉直接影响板坯加热质量、燃料消耗、生产节奏等。钢坯加热温度是否 合格将直接关系到钢材产品的内在质量。然而在钢坯加热工程中， 其温度是不能 在线连续测温的， 这也就告诉我们不能采用传统的回路控制策略实现钢坯温度的 控制。由于钢坯加热过程呈现非线性、强耦合、高阶和时变等复杂特征，钢坯出 炉温度与多项工艺参数有关，外加不可测扰动存在，因此钢坯升温过程与各个工 艺参数之间关系的精确数学模型很难建立。当然问题总有解决的办法，由于炉内

6、气氛的温度与钢坯温度具有一定的函数关系， 因此可采用控制炉内气氛温度的方 法来间接控制钢坯温度。 1.1.1 1 加热炉一般加热炉一般功能功能结构结构 根据加热炉的热制度，可以将加热炉分为三种：一段式加热炉、二段式加热 炉和三段式加热炉，其中，应用到钢铁企业的加热炉一般为后两种，钢坯在炉内 的运动形式一般为步进式或推钢式，下面围绕几种形式简要介绍一下。 （1）两段式加热炉 沿路长分为加热段和预热段两部分， 按加热方式又可分为 “单面加热” 和 “双 面加热”两种炉型。一般当坯料厚度大于 100mm 是采用双面加热。在两段式加热 炉的加热过程中，为保证产量通常加大加热段炉温设定点，这就使出炉钢坯表面 和中心存在较大的温差，严重时影响正常轧制。所以，两段式加热炉在实际使用 中产量受到一定限制。 （2）三段式加热炉 目前钢铁企业各轧钢厂加热炉普遍使用的一种炉型。它分为预热段、加热段 和均热段，相对于两段式加热炉它增加了均热段。该类型加热炉加热段炉温一般 比两段式高出 50100，在进入均热段式钢坯表面温度已达到或高出出钢温 度，