测控二班张艳玲1267112232过程控制课程设计

1、 内蒙古科技大学课程设计 内蒙古科技大学 过程控制课程设计说明书题 目：加热炉压力控制系统设计学生姓名：张艳玲学 号：1267112232专 业：测控技术与仪器班 级：2012-2指导教师：王金明 2015年9月9日- 9 -目录设计背景- 1 -摘要- 2 -第一章 绪论- 3 - 加热炉概述- 3 -第二章 加热炉控制系统总体方案- 4 - 2.1加热炉生产工艺流程- 4 - 2.2炉膛压力控制系统- 4 -第三章 加热炉压力控制系统设计- 5 - 3.1 加热炉压力对生产的影响- 5 -3.2加热炉压力控制系统设计- 6 -3.2.1炉膛压力控制- 6 -3.2.2 控制器的选择- 6

2、-3.2.3 执行器的选择- 7 -3.2.4 变送器的选择- 8 -总结- 8 -参考文献- 9 -设计背景 宝钢集团有限公司简称宝钢（Baosteel），是国务院国有资产监督管理委员会监管的国有重要骨干企业，它的总部位于上海。子公司宝山钢铁股份有限公司称宝钢股份，是宝钢集团在上海证券交易所的上市公司。宝钢集团公司（简称“宝钢”）是中国最大、最现代化的钢铁联合企业。宝钢股份以其诚信、人才、创新、管理、技术诸方面综合优势，奠定了在国际钢铁市场上世界级钢铁联合企业的地位。世界钢铁业指南评定宝钢股份在世界钢铁行业的综合竞争力为前三名，认为也是未来最具发展潜力的钢铁企业。 公司专业生产高技术含量、高

3、附加值的钢铁产品。在汽车用钢，造船用钢，油、气开采和输送用钢，家电用钢，不锈钢，特种材料用钢以及高等级建筑用钢等领域，宝钢股份在成为中国市场主要钢材供应商的同时，产品出口日本、韩国、欧美四十多个国家和地区。公司名称 宝钢集团有限公司 外文名称 Baosteel 总部地点 中国上海 成立时间 1978年12月23日 经营范围 钢铁企业 公司性质 上市公司、中央企业 年营业额 1911亿人民币（2012年） 员工数 130401人（2011年） 简    称 宝钢 所获荣誉 世界500强（2013年第222位）摘要 加热炉炉膛压力是实现加热自动控制的一个重要

4、参数。炉压过高时, 火烟就会从装、出料口大量冒出。不仅使大量有效热量散失,增加炉子的燃料消耗, 而且也易烧坏炉子的钢结构和炉墙钢板, 降低炉子的使用寿命。同时, 炉压过大引起的冒火还会导致劳动环境的恶化。炉压过低时, 会吸入大量的冷风, 不但增加炉子的热耗还会增加钢坯的氧化烧损, 甚至引起烧钢。因此, 必须对炉压进行控制。通常, 希望炉压保持在微正压为好。 炉膛压力控制系统是加热炉最优控制的一部分。在加热炉最佳燃烧控制系统的基础上, 炉膛压力控制可以通过控制烟道闸板的开启度来实现。炉压的检测采用微差压变送器, 由于炉膛压力在炉膛内是不均匀分布的,炉膛内不同位置不同高度上炉膛压力都是不同的, 炉

5、压取样点如果选择不当, 就不能如实反映炉压的大小, 就会影响炉压的控制精度, 所以要正确选择炉压的取样点。炉压的取样点选在均热段炉顶出料口前沿的上方, 该点的炉压的大小因炉体结构、炉顶高度的不同而异, 约为1525Pa。关键词： 炼钢加热炉；压力控制系统第一章 绪论加热炉概述加热炉是冶金工业生产中主要的过程设备，其自动控制策略是过程控制领域内的一个重要的研究方向。加热炉的温度、炉膛压力和空气压力等在工业控制中起着举足轻重的作用，直接关系着产品产量、能源和工作人员的人生安全等。为了使自动控制系统能够确保钢坯的加热质量、保证加热炉安全、高效的运行，必须设计一个切实可行的炉膛压力、煤气总管压力以及空

6、气总管压力的控制方案。根据炉温分布，炉膛沿长度方向可分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温比较低，所以为预热段，预热段作用在于利用炉气热量来提高炉子的热效率。加热段是加热炉的主要供热段，炉气温度和金属料温度差别较小，保证了出炉料坯的断面温度比较均匀。加热炉是轧钢工业必备的热处理设备。随着工业自动化技术水平地不断发展和提高，现代化的很多轧钢厂已经配置了大型化和高度自动化的加热炉，其生产能够符合低耗、优质、高产、节能、无公害和生产操作自动化的工艺要求，从而可以提高生产产品的质量，增强产品在市场中的竞争力。 第二章 加热炉控制系统总体方案2.1加热炉生产工艺流程工艺过程如下：炉前辊道先将钢坯称重并定

7、位，之后，若装载钢坯的条件满足后，装载材料的炉门将被打开，辊道上的钢坯经装料机传输到规定地点，装料又回到原有位置，随之，炉门将被关闭，而处理后的钢坯经过旋转炉的转动，被依次传送到出料门。若经处理后的钢坯满足一定的条件（即出钢条件）且被传输到出料门，卸料门将被打开，钢坯被取出，经出料辊道传送到轧线轧制，进而进行下一步的装料、加热及出料1。根据加热炉的工艺要求，钢坯的加热温度内外要均匀，既不烧化，又不烧裂。为此，需设置如下主要检测与控制系统：炉膛压力控制系统；煤气总管、空气总管压力控制系统。2.2炉膛压力控制系统通过控制烟道百叶窗的开度间接的控制炉膛压力大小，这样炉膛压力的控制就得到了解决。 炉内

8、压力控制装置是由压力检测器、微差压发生器、炉压调节计及烟道闸板等组成, 它控制炉内压力的设定值。这种装置是把炉内压用微差压发送器变换成电气信号, 再通过炉压调节计、开动控制马达、通过烟道闸门控制调节炉压。这种控制方法尚存在闸板的使用寿命短、耐热钢烟道闸板的特殊变形等问题。 新的炉压控制方法是在烟道内同排气流相反方向处; 设置空气喷射管。用调节喷射管空气流量的办法来控制炉压。例如, 当要求炉内压保特一定时, 首先必须肯定燃烧用空气量,随后也就肯定了空气喷出量。 图2.2利用空气喷射管调节炉压示意图第三章 加热炉压力控制系统设计3.1加热炉压力对生产的影响出于确保燃烧空气和气体压力保持稳定燃烧并顺

9、利进行的考虑，必须控制煤气压力和空气压力。炉膛压力选择过高、过低都是不恰当的，过高，炉门会发生喷火，并有可能会损坏炉体或设备；过低，炉内可能会吸进冷空气，进而对加热炉的燃烧质量和效果造成一定的影响2，并增加钢坯的氧化烧损，影响经济效益。图3.1炉内压力与侵入空气量的关系3.2加热炉压力控制系统设计3.2.1炉膛压力控制影响炉膛压力的最主要的因素是高炉内气体的具体流动状况，但直接影响气体的具体流动状况的是烟道窗口的开度大小。单回路控制系统是本设计方案的控制策略，改变烟道窗口的大小，进而控制烟囱的吸力和炉膛的压力，而炉压的检测点的具体位置是在均热段炉顶出料上方。图3.2.1炉膛压力控制系统方框图3

10、.2.2 控制器的选择控制器是传统的仪表控制系统的核心部分。负责整个控制系统的“命令”，控制器的正确选择，不仅可以对控制品质进行改善，而且能够提高系统的控制品质。压力控制器是此控制系统的控制器，因为控制器的选择一定要符合实际工艺要求，所以有必要选择合适的控制器。（1） 根据控制规律的特征和工艺要求，单回路控制系统，选压力作为其参数，为了保证稳定，比例较大，可以加入积分，采用比例积分控制器，因此可增强控制作用；控制器不需要微分作用，如果要加微分作用，只有当对象容量滞后大时才可以3。因此在单回路控制系统中控制器的控制规律采用PI控制规律。即炉膛压力控制器、煤气压力控制器和空气压力控制器都是采用PI

11、控制.（2） 控制器的正反作用的选择：正作用和反作用一般是工业控制器都具备的两种工作方式。当控制器的输出信号跟着被控量的增大而增大时，此时控制器的工作方式为正作用；相反，当控制器输出信号跟着被控量的增大而降低时，控制器的工作方式为反作用。判断规则：A：调节阀的选择：当出现事故时，需要调节阀处于打开状态，所以调节阀为气闭形式，所以Kv为负。B:被控对象的控制规律：由于烟道百叶窗开度变大，烟囱吸力变大，其炉膛压力变小，所以为反作用过程，即KO为负。C:变送器：为正D:因为根据单回路系统的各部分增益乘积为正，即Kc*Kv*Ko*Km>0,所以调节器的Kc应为正，即反作用方式的调节器。调节器设置

12、正反作用的目的是使控制系统构成负反馈系统4。依据上面分析的判断规则，判断出炉膛压力控制系统的压力控制器为反作用控制器。3.2.3 执行器的选择执行机构和调节机构二者构成了执行器。执行机构就是产生位移或推力的装置，调节机构就是可以对能量或物料输送量直接改变的装置。执行机构包括电动执行机构、气动执行机构和液动执行机构，而执行机构的选择就是从以上三者中进行选择的。执行机构的选择不仅需要考虑以下几点，包括经济效益、控制精度和现场状况，还需要满足介质和能源的工艺要求。气动执行机构的优点是工作可靠、价格低廉、结构简单、维护便捷，还可以预防火灾和爆炸。本设计之所以使用气动执行器，是因为焦炉煤气极其容易燃烧、

13、爆炸。气动执行器不但使用便捷，成本降低，还能对煤气的燃烧和爆炸进行有效地预防，以减少意外事故发生的概率5。活塞式和薄膜式是气动执行机构的两种形式，而薄膜式中最常见的就是气动执行机构，能够直接对阀杆进行驱动，价格低廉、结构简单、输出行程偏小是气动执行机构的特点6。活塞式因其行程长，所以只能用于有特殊需要的场合，但其缺点是价格昂贵。本设计的执行机构是属于薄膜式的气动执行机构。但泄漏量偏大是其缺点。因本设计的控制炉膛压力的烟道百叶窗压差小，口径大，流通量大，且存在一定的泄漏量对炉压控制影响较小，所以选用烟道百叶窗。3.2.4 变送器的选择压力检测是指流体（液体，气体）在密闭容器内静压力与外界大气压力

14、之差，即表压力的检测。加热炉炉膛压力对炉子操作、加热质量及其产量均有重大影响。同时管道内煤气压力的检测是安全技术方面的重要内容。考虑到炼钢加热炉的工艺，检测炉膛压力时，用弹性式压力检测是不错的选择。弹性式压力检测是指压力敏感元件的弹性元件将压力转换成弹性元件位移的原理而进行检测的一种检测方法。弹性元件所受压力超过其弹性限度后，将会发生变形，而此变形的大小又与被测量的压力存在正比的关系。目前比较常用的压力检测弹性元件有波纹管、膜片和弹簧管等，弹簧管不仅能用适当的转换器件，将其自由端的位移转换成电信号后进行输出，而且可以使用传动机构进行被测压力的直接指示。因为炉膛压力必须满足520KPa的要求，在该加热炉压力控制系统设计中，拟采用压力变送器和弹簧管压力表的组合对加热炉炉膛压力实行监测。 总结 经过一个星期的努力，终于完成了这个设计。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己的一种提高。通过这次设计，我明白了自己知识的欠