内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
提高，如何提高其质量一直是冶金行业密切关注的问题。加热炉是热轧带钢轧机必须配备的热处理设备。提高板坯质量的方法多种多样，在生产过程中运用自动控制即是其中之一。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的热连轧机应该配置大型化的、高度自动化的步进式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量,增强产品的市场竞争力[1]。
2
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
第二章 步进式加热炉工艺
2.1 步进式加热炉简介
2.1.1 步进式加热炉的概念
借助于炉底的升降和进退，使钢坯在炉内做走步一样，从装料端一步一步地“走”到出料端。以这种方式运送炉内钢坯的炉子叫做步进式炉。 2.1.2 步进式炉的几种类型
步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。
单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。
两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。
钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。
交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好。
炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。
2.1.3 步进式炉的优缺点
步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，
3
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
其间距可根据需要加以改变。
原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。
步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60米长，一个步进式炉可以代替1.5—2个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。(9)生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。(10)产量大幅度提高,在100*104t/a以上。(11)生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。
步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。
2.2 步进式加热炉的工艺简介
2.2.1 步进式加热炉的生产工艺流程
加热炉生产时，根据轧制计划，将板坯送至加热炉上料运输辊道，钢坯经称重、测长、测温后送至区域管理计算机指定的炉门装料口，按布料图进行定位，在确定炉内有足够空间后，装料炉门打开，装钢机将板坯送入炉内，板坯间隔50mm，完毕后装料炉门关闭。
4
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
炉内板坯通过步进梁的运动，经过炉子的预热段、加热段、均热段充分加热，达到轧制要求温度后，运行至出料端激光检测处并完成最后一次步进运动，经激光检测器检测及步进梁行程控制系统和炉内坯料跟踪系统计算，钢坯在炉内准确位置的信号被送往出钢机，出钢机托起钢坯出炉，准确将钢坯放在出炉辊道中心线上，再由出炉辊道输送到粗轧机轧制[10]。
从初轧厂或连铸车间来的板坯，一般经火焰清理后送入热轧厂加热炉，钢坯从炉尾装入炉内，不断前进，经预热段、加热段和均热段，最后被加热到所需轧制温度。加热炉的特点是热负荷不随时间变化，炉内各段温度要求比较稳定，且分布均匀。加热炉自装料端至出料端沿炉长上分为预热段、加热段及均热段，如图2-1。预热段长度较长，可以充分利用烟气来预热装入炉内的钢坯，从而提高燃料的利用率。钢坯在加热初期会因温差过大而产生热应力，因此要求控制升温速度。钢坯经预热段预热后进入加热段，加热段是加热炉中最重要的段，钢坯在加热段被加热的程度决定了钢坯是否能被烧透、炉口能否正常出钢。均热段主要将钢坯均匀热到规定的出钢温度。若均热段温度过高，将出现钢体打滑现象，温度过低，不能出钢。三段的温度互相融合，互相影响。本设计中加热炉为三段式加热炉，分为预热段，加热段，均热段，其中预热段、加热段、均热段采用上端煤气燃烧控制，加热后的热风送向各烧嘴，供燃烧时使用。
为了便于灵活调节各段炉温，在预热段与加热段，加热段与均热段之间设有无水冷隔墙。用无水冷隔墙隔开，可以精确控制各段炉温以及炉膛压力，减少各段之间的辐射干扰。各段均为上加热，采用分布在炉子侧墙上的蓄热式烧嘴进行供热。通过每对蓄热式烧嘴的切换燃烧，加强了炉气在炉内的扰动，增强了炉气对钢坯的传热。空气预热温度1000℃以上，排烟温度150℃以下。
预热段加热段均热段
图2-1 步进式加热炉工艺图
步进式加热炉与推钢式加热炉相比，其基本的特征是钢坯的移动是通过固定梁和载
5
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
有钢坯的移动梁进行的，在固定梁上的钢坯，通过移动梁反复地上升、前进、下降、后退的矩形运动，一个循环运动过程使钢坯在炉内的梁上发生滑动就前进一步。炉内钢坯通过步进梁的步进动作，自装料端一步一步经过预热段、加热段和均热段传送到炉子的出料端。在接到轧机要钢信号后，步进梁就将固定梁上最终料位处的钢坯托放在出料悬臂辊上面，然后送出进入轧线轧制。传动机构的上下运动和前后运动分别是独立机构构成的，支撑在辊子上的步进梁的前进、后退用油压传动方式，上下运动采用各种方式，如采用油压或采用电动，炉子装钢要保持规定的间隔，用推钢机或输送机装入炉内，加热好的钢坯出钢采用出钢送入下一步工序。
固定梁移动梁2上升前进固定梁水平面3下降1后退4
图2-2 步进式炉内钢坯运动轨迹的示意图
炉底由固定梁和移动梁(步进梁)两部分所组成。最初料坯放置在固定梁上，这时移动梁位于料坯下面的最低点1。开始动作时，移动梁由1点垂直上升到2点的位置，在到达固定梁平面时把料坯托起；接着移动梁载着料坯沿水平方向移动一段距离从2点到3点；然后移动梁再垂直下降到4点的位置，当经过固定梁水平面时又把料坯放到固定梁上。这时料坯实际已经前进到一个新的位置，相当于在固定梁上移动了从2点到3点这样一段距离；最后移动梁再由4点退回到l点的位置。这样移动梁经过上升—前进—下降—后退四个动作，完成了一个周期，料坯便前进(也可以后退)一步。然后又开始第二个周期，不断循环使炉料一步步前进。移动梁往复—个周期所需要的时间和升降进退的距离，是按设计或操作规程的要求确定的。可以根据不同金属和断面尺寸确定物料在炉内的加热时间，并按加热时间的需要，调整步进周期的时间和进退的行程。
移动梁的运动是可逆的，当轧机故障要停炉检修，或因其他情况需要将物料退出炉子时，移动梁可以逆向工作，把料坯由装料端退出炉外。移动梁还可以只作升降运动而
6
基于PLC与DCS的步进式加热炉控制系统设计本科毕业设计论文
