步进梁运输机

2024-06-03

步进梁运输机（精选四篇）

步进梁运输机篇1

步进梁加热炉是冶金领域的重要生产设备, 是多区段步进式大型热处理炉, 主要用于不同规格的长方形钢锭、铜锭、圆柱体长棒件的锻造加热处理, 亦可用于类似长形工件的淬火和热处理。步进炉炉体较长、炉型结构复杂、控制难度大, 为保证炉内温度分布的均匀性, 通常采用分区控制。各区燃烧控制方式主要有连续燃烧控制方式和脉冲燃烧控制方式, 其中, 脉冲燃烧控制方式通过多个烧嘴的配合可以在炉内产生分布均匀的温度场、增强炉内燃烧气氛, 尤其在低温段控制效果更佳, 目前得到广泛推广及应用[1,2], 技术也较为成熟。但传统的脉冲燃烧控制方式烧嘴燃烧状态固定, 大火状态时烧嘴输出功率较大, 容易产生因个别烧嘴的强供热所造成的工件局部过热现象, 使工件受热不均。本文结合宁夏中色某集团公司新上的铜扁锭天然气步进式加热炉工程项目, 对传统的脉冲燃烧控制方式进行改进, 采用分段脉冲控制进行烧嘴大小火状态动态设定, 提高工件热处理效率和质量。

1 系统工艺

该步进式加热炉对铜及铜合金锭进行加热, 加热炉采用端进、端出步进式结构, 上料台架在炉尾装料, 出料机在炉头控制出料。从进料端到出料端分为预热段、加热段、保温段, 炉子有效尺寸为21 000 mm×5 800 mm, 加热铜锭规格为150/170 mm×330 mm× (3 000~5 000) mm或130/170/210 mm×430 mm× (3 000~5 000) mm。加热设备采用德国霍科德公司天然气平焰烧嘴, 分别在加热段、保温段进行上部炉顶供热[3]。炉子内部分区、烧嘴及热电偶分布如图1所示。

T0~T10—热电偶;H1~H16—加热段烧嘴;B1~B21—保温段烧嘴。

其中, 预热段只设1支监测热电偶T0进行该段温度监控。加热段分两区进行控制, 每区配置8个烧嘴, 在每区的物理中心点, 分别设1支控温热电偶T1和T2, 作为各区温度控制的基准。在保温段, 为保证控温精度及温度分布的均匀性, 分区进一步细化, 共分为8个控温区, 每区配置2~4个烧嘴, 每区分别设1支控温热电偶, 为T3~T10, 为了保证各烧嘴对热电偶的作用效果相同, 同时保证烧嘴供热过程中对其他区热电偶造成的干扰最小, 热电偶安装位置选择在各区内几个烧嘴的物理中心点[4]。另外, 图1中虚线所进行的分区, 是按脉冲燃烧程序控制进行的划分, 是软件上的虚拟分区, 在满足工艺控制要求的前提下, 分区可弹性设置。

根据工艺需要, 预热段主要利用换热器回收的热量对铜锭进行预热, 以提高燃料利用率, 铜锭预热后温度可达700℃。加热段温度设定为920℃, 加热段两区温度设定一致。保温段温度设定为880℃, 8个区温度设定一致。为防止加热段与其他两段之间的热流串扰, 以便从物理上减小各段之间的耦合性, 在预热段到加热段以及加热段到保温段之间内部设置幕墙, 并预留工件行走空间;同时, 预热段到加热段采用坡顶过渡, 预热段采用下压炉顶设计。

2 系统组成

脉冲燃烧系统控制图如图2所示, 图中虚线框所示为对传统控制方式的改进之处。传统的脉冲燃烧控制系统, 空气管道处通常设置一个空气电磁阀, 控制烧嘴的燃烧或关闭[4]。本系统将电磁阀改为受程序控制的线性电动调节蝶阀, 即

3 燃烧控制实现过程

本炉各区燃烧控制采用分段脉冲燃烧控制。下面通过与传统脉冲燃烧控制相对比的方式分析燃烧控制的实现过程。如前所述, 传统的脉冲燃烧控制方式下烧嘴大小火燃烧状态固定, 主要通过烧嘴在大小火之间的时序切换来实现温度调节[5], 以保温段一区三个烧嘴的时序脉冲控制通过程序对PID输出进行分段, 再根据不同段值分别设置不同的烧嘴大小火状态;调节阀当前值作为反馈信号采集至PLC, 在PLC程序中设置段位值, 当蝶阀输出运行到相应位置时, 则会停止动作并保持, 从而实现对烧嘴大小火状态的设定。为例, 采用传统脉冲燃烧技术时烧嘴脉冲时序如图3所示。图3中纵轴25%、50%、80%分别代表PLC进行PID运算的控制输出, 即脉冲分频值;横轴代表每个烧嘴的工作时序。由图3可见, 烧嘴按照程序给定脉冲时序, 要么启动处于最大输出功率状态 (全负荷燃烧) , 要么处于停止状态[5]。

tW—不同控制输出时下一烧嘴相对于前一烧嘴的启动延时时间。

为了防止升温时出现的工件表面局部过热现象, 我们在时序控制基础上, 对PID运算输出值进行分段, 在不同区间段内, 对烧嘴大小火输出状态进行不同的设置。同样, 以保温段一区3个烧嘴的控制过程为例, 采用本系统时烧嘴脉冲时序及输出如图4所示。

tS—烧嘴大火工作周期;tp—烧嘴小火工作周期。

图4中, tW仍采用传统脉冲燃烧计算方法计算[3], 当PID运算输出值为85% (程序转换后) 时, 烧嘴最大火状态为烧嘴额定输出功率的90%, 对应带位置反馈的空气电动蝶阀90%的开度;烧嘴最小火状态为烧嘴额定输出功率的60%, 对应带位置反馈空气电动蝶阀60%的开度, 图中简称为“最大火状态为90%, 最小火状态为60%”, 下同。当PID运算输出值为66%时, 烧嘴最大火状态为70%, 最小火状态为40%;当PID运算输出值为33%时, 烧嘴最大火状态为40%, 最小火状态为10%。显然, 采用分段脉冲控制方式, 3个烧嘴按照控制时序均处于燃烧状态, 根据段值在设置的特定火焰状态之间切换, 烧嘴输出不再是全负荷、关闭 (或维持最小火) 两种状态。这样可保证炉内温度平稳并均衡上升, 避免在加热过程中工件局部受热强烈, 出现局部过热现象, 从而保证工件的热处理质量。

程序实现流程如图5所示。分段脉冲控制程序在西门子Step7软件环境下实现, 程序设计的关键是根据PID优化输出值对烧嘴的大小火状态进行分段设定并进行时序控制。图5中的POUT是实际脉冲分频值, 即借助于西门子Step7编程软件针对当前过程值进行PID运算的输出值, POUT输出范围为[0~100%]。实际应用中可以对POUT进行限幅运算以优化控制效果。大小火状态下烧嘴输出功率的设定可在程序里直接设定, 也可在上位机画面进行设定, 实际运行过程中需根据运行效果实时调整烧嘴的大小火状态值。大火状态运行周期tS在程序中直接设定, 基于此, 烧嘴小火运行周期

4 实际应用效果

该系统已于2012年6月调试完毕进入稳定运行阶段, 到目前为止运行效果良好, 有效解决了厂家提出的坯料局部受热不均问题。2012年7月12日现场采集的部分实时运行曲线如图6所示, 图中是保温段一到四区的4条实时记录曲线, 各区工艺控制要求是880℃。由图6可见, 系统稳定运行后, 各区温度很好地控制在了工艺要求温度点 (880±5) ℃范围内, 系统波动小, 炉温分布均匀, 稳定性强。

1~4—保温一、二、三、四区实时曲线;5—设定曲线。

5 结论

分段式脉冲燃烧控制方式很好地解决了以往脉冲加热过程工件受热不均问题, 燃烧效率高, 污染水平低;燃烧过程主要通过程序控制, 调节灵活, 适应性强, 可在很大程度上节省燃料及系统设计成本。该项技术可应用于各种热处理炉 (包括台车炉、罩式炉、差温炉等) , 是值得推广的一项改进型燃烧控制技术。

参考文献

[1]程志庭, 顾志芳.脉冲燃烧控制在台车式热处理炉上的应用[J].工业加热, 2005, 34 (5) :31-35.

[2]王鲁.数字化脉冲燃烧技术在冷轧带钢退火炉的应用[J].工业炉, 2009, 31 (4) :29-32.

[3]胡玲艳.步进梁热处理炉鲁棒优化控制研究[J].工业炉, 2013, 35 (5) :9-12.

[4]胡玲艳, 王兴成.台车式热处理炉燃烧控制过程的程控优化设计[J].工业炉, 2012, 34 (1) :32-36.

步进梁运输机篇2

工作总结

单位：神火煤业公司梁北煤矿

日期： 2016年1月 2015年度梁北矿机电运输管理工作总结

2015年，梁北矿在公司正确领导下，始终坚持“一切为了安全转”的思想不动摇，机电管理以狠抓机电质量标准化建设作为工作基础，以提高机电运输管理水平和综合自动化水平为目标，通过加大新技术、新工艺、新设备的投入力度、开展各类机电运输专项治理活动和加强现场管理，较好地完成了全年机电运输管理各项目标，杜绝了人身事故及三级以上机电运输事故，实现安全生产，煤矿机电运输的综合管理水平有较大幅度的提高。

现将一年的工作总结如下：

一、主要机电工作完成情况：

（一）加强现场管理，实现设备管理“9051”标准

由机电科牵头有计划的组织开展机电运输专项检查活动。截止目前组织全矿范围内的机电运输专项检查11余次，通过对井上、下不同地点的固定、移动设备设施，进行全面的拉网式检查，共查处典型机电隐患及问题1400余条，问题整改落实率达到100%。通过查问题找隐患，监督整改落实，提高了机电设备的安全系数，有效的避免了各类机电运输事故的发生，起到了防患于未然的作用。

在每次专项检查中，要求打开不少于3台及以上电气设备（重点移动设备和五小电器），开关腔内必须有检修标签，标签上有检修日期和检修人，便于加强日常机电检修管理。

根据机电运输专项检查情况，将所查隐患分别归纳分类整理，分析隐患出现的深层次原因，从源头上查找原因并进行考核，有效的避免了隐患的重复出现，保证了专项检查活动的力度和效果。并结合矿井各区队机电运输日常管理情况，进行月度综合评比，根据考核排名奖优罚差，促进了区队机电管理，提高了矿井整体机电管理水平。

2015年，全矿固定设备完好率95%以上，移动设备完好率始终保持在90%以上，设备待修率在5%以下，事故率在1%以下，达到了设备管理“9051”标准。

（二）积极开展机电专项治理活动，加强大系统管理。矿井按照煤业公司机电部文件要求，结合矿井实际积极开展机电运输系统专项治理活动。

1、开展了排水、供电和电气防爆专项治理活动，完成以下工作：

（1）完成井上下电气设备预防性实验；

（2）对地面110KV架空线路进行了清障消缺；

（3）对井上下各地点如变电站、变电所、采煤工作面、各煤(岩)巷头及其他工作地点的高低压电气设备过流、过载保护进行了重新核算整定，并与井下设备现有整定值进行了对照和复查，对矿井高压电缆逐趟进行耐压试验，每旬安排专人对中间接线盒进行排查，发现异常及时处理。

（4）在全矿范围内以区队为单位进行了井下电气设备远距离漏电试验及接地电阻摇测工作；

（5）合理优化井下供电系统，对11采区中部变电所供电负荷进行优化改造。

（6）全面排查井下大巷排水沟淤积情况，着重清理东皮带大巷排水沟，保证了井下主排水沟的畅通；并组织队伍对21采区中部水仓、1#、3#主水仓进行了清理，保证水仓的实际蓄水量满足要求；

（7）对主排水泵房的供电线路及相关电气设备、排水管路进行了认真排查，保证供电线路满足排水负荷，排水管路完好。

2、开展主提升系统、胶带运输系统及轨道斜巷运输专项活动，完成以下工作：

（1）对全矿所有胶带机使用的胶带完好情况、是否超期使用、胶带接头进行了全面排查，针对胶带使用超期、磨损超标、老化、接头缺扣、胶带口锈蚀等状况逐一进行了更换；

（2）对前期胶带机综合保护故障率高的现象，机电科通过多方面了解、考察、选型，重新选购了综合保护的生产厂家，使以往保护装置故障率高的现象大大减少，确保了胶带机的安全可靠运行；

（3）对井上、下所有胶带机沿线行人侧的安全防护装置、各个受煤点、转载点的防撒煤和超温洒水装置进行了规范、完善和安装；（4）对斜巷轨道运输挡车设施进行认真检查，并且挂牌管理，对主要运输巷运输频繁地点的简易地挡统一更换为气动卧闸；

（5）对井上下主运输线道岔进行统一治理，将非标道岔全部更换为正规道岔；

（6）对全矿矿车、材料车及平板车全部大修了一遍并重新进行编号，进一步提高了各类车辆的调度使用管理；

（7）对斜巷运输轨道线红灯进行了统一更换。

（三）大力推动自动化机械化建设，积极采用新技术、新工艺、新设备

敢于尝试新技术、新设备，尤其是综采掘设备，提高采掘生产工效。具体表现为： 1、11101工作面ZY10000/62/28型液压支架的使用管理。为保证工作面回采高度，加强顶板支护，经过考察论证，选用高度6.2米液压支架，进一步从细节上加强现场管理，和厂家结合制定和完善三机设备管理规定，确保三机设备安全可靠运行，实现了工作面的正常回采。

2、在底抽巷新投入十五台履带式钻机，大大降低了工人的劳动强度，减少了更换工作地点频繁移动钻机带来的麻烦。3、11101采面安装使用大容量多种电压输出动力负荷中心、乳化泵变频、运输机软起、安装叉车和液压支架组装装置等新型设备以保证11101工作面支架的安全、快速安装，新设备投用后将大大提高采面资源回采率，减小大功率设备重载启动所产生的冲击影响;4、32采区泵房变电所安装投入运行和泵房排水系统的形成，经过试运行稳定可靠，解决了32采区供电能力不足的问题，满足了32采区排水的需要，为下一步矿井改扩建奠定了坚实的基础;

5、地面矸石山新型翻矸系统的安装，解决了原有翻矸系统能力的不足，提高了工作效率。

6、辅助进风斜巷安装架空乘人装置，解决了21采区施工地点距离远，人员行走不方便的问题，降低了工人作业劳动强度。

（四）制定矿井调荷避峰措施，严格控制大功率设备的运行时间，2015年全年调荷避峰共节约350万元左右。

（五）坚持做好机电岗位创优争先工作。为了激发职工爱岗敬业，精心维护、规范操作，每月连续开展了机电岗位创优争先的评比，经过了近一年的实施，取得了明显效果，设备的运行状态明显好转，实现了设备的完好运转。

（六）积极开展机电运输培训工作，每月针对不同的机电岗位人员进行专业培训，包括对皮带机综合保护装置、馈电开关、钻机、无极绳绞车等井下频繁使用的机电设备进行培训，共计进行培训二十余次，培训人员达到约1500人，使井下操作人员在设备使用、维护和现场管理水平上得到提高。

二、机电运输管理工作存在的问题和不足：

1、矿井机电检修人员严重不足，现有人员技术素质不高，不能满足安全生产的需要。

2、机电违章作业现象还时有发生，员工对机电安全的认识还需进一步提高，零打碎敲的小事故偶有出现。

三、矿井2016年机电运输主要工作计划

根据公司2016年机电工作意见，结合矿井实际情况，积极开展各类机电运输专项治理活动，进一步提高机电运输管理水平。

1、加强设备的检修和回收设备的维修，延长设备的使用寿命，提高设备的开机率，减少新设备的购置。

2、加强设备现场管理，“两述一检”工作规范运行，严格设备隐患排查和处理。

2、完成11131采面三机配套设备的安装，满足矿井2016年安全生产要求。同时，做好11071采面和下半年11101采面设备的安全回撤。

3、实现对地面压风机、井底中央泵房和井上主皮带运输系统自动化改造工作，进一步做好减员提效工作。

4、进一步做好调荷避峰工作，规范井下主排水泵等大功率设备的运行周期;和相关业务科室结合，对原煤运输系统运行时间进一步优化,使大功率设备尽可能在低谷段运行,从而降低吨煤电耗。

5、做好职工机电技术技能培训，规范设备的操作，提高检修人员技能。

虽然我们在机电运输工作中取得了一些成绩，但与领导的要求以及与兄弟单位相比仍有很大差距。我们将利用这次会议精神，认真学习，借鉴经验，巩固提高，进一步提升机电运输工作管理水平。在今后的工作中，我们将进一步总结经验，弥补不足，完善落实各种机电设备管理制度，努力减少机电运输事故发生，为矿井安全生产工作做出新贡献。

梁北矿

步进梁运输机篇3

步进式加热炉由于其诸多优点正在逐步取代推钢式加热炉。步进梁是步进式加热炉的核心设备,由N + 1 根固定梁和N根移动梁组成[1,2],如图1 所示。

移动梁通过在立面内做上升、前进、下降、后退四个基本动作将钢坯在炉内加热的过程中逐步向前运送。移动梁的运动速度不但要保证每根钢的生产周期和每步的位移精度,同时必须轻托轻放钢坯,以免因频繁撞击而损坏移动梁与固定梁。移动梁加上一百多根钢坯的总重量达到数百吨,因此,步进梁运钢系统惯性巨大。在上升、下降过程中,当移动梁起步或与固定梁等高时,负载产生阶跃式突变,造成速度和位移的大幅度跌落,并伴随着强烈抖动。

目前,在实际生产过程中,很难准确地控制步进梁的速度与位移,往往由于步进梁步进时的误差积累导致最后一步不能将钢坯准确地送到出炉悬臂辊上而中断生产[3,4,5,6]。

本文在分析研究步进梁运钢系统工作原理及数学模型的基础上,针对工程上负载无法测量问题,设计状态观测器构造负载扰动,实现负载扰动前馈控制; 针对步进梁运钢系统具有非线性、大惯性、模型不确定性等特点,设计了运钢速度模糊自整定PID控制。仿真实验证明了基于负载扰动前馈的运钢速度模糊自整定PID控制的有效性。

1 步进梁运钢系统数学模型

步进梁运钢系统由非对称电液比例方向阀、非对称液压缸、双轮斜轨式步进机构、移动梁和固定梁等构成,系统机构如图2所示,系统结构如图3 所示。

图3 中 θ 为提升斜轨座倾斜角度,Xp为活塞位移,x为移动梁在水平面上的位移,y为移动梁在垂直面上的位移,Us为控制信号,Ps为供油压力,FL为外负载力,Xv为阀芯位移。

移动梁分上升、前进、下降、后退四个基本运动过程,这四个过程的数学模型结构相同。由于采用了非对称液压缸使得上升与下降、前进与后退时模型参数有些不同。在四个基本运动过程中,上升运动过程最难控制。

系统做上升运动时,系统特性方程如下:

负载流量线性化特性方程:

非对称液压缸无杆腔流量方程:

非对称液压缸与负载力平衡方程:

将( 1 ~ 3) 式进行拉氏变换并联立得到系统做上升运动时的数学模型:

式中qL、PL分别为负载流量与负载压力,Kqs为流量增益,Kcs为流量压力系数,A1为无杆腔的面积,Vt1= V1/ ( 1 + η2V1/ V2) ,Cps= Ci( 1 + 4η2) /( 1 + 4η3) ,Css= 4Ciη2( η - 1) /( 1 + 4η3) ,Ci为液压缸内泄露系数,V1为液压缸无杆腔容积,βe为有效体积弹性模量,M为活塞及负载总质量,K为系统弹簧刚度[1]23[7]。

2 控制方案

当移动梁起步和上升到与固定梁持平托起钢坯时,负载均发生阶跃式变化,系统抖动很大,其速度有很大的跌落。针对这一严重问题,引入负载扰动前馈控制,快速消除速度的大幅度跌落。由于工程上难以对钢坯的重量进行测量,拟采用状态观测器对负载进行重构。针对步进梁运钢系统具有非线性、大惯性、不确定性等特点,设计运钢速度模糊自整定PID控制。控制系统结构如图6 所示。

2. 1 前馈控制

为了消除负载FL的强烈扰动,引入前馈控制[8],并令

式中WFL( s) 为负载扰动通道传递函数,WFFC( s) 为前馈控制器传递函数,W1( s) 为非对称电液比例方向阀传递函数,W2( s) 为液压缸部分传递函数,得前馈控制器:

2. 2 负载扰动重构

每根钢坯重量2 ~ 3 吨,满载时钢坯的数量1 百多根。考虑到移动梁起步和托起钢坯时负载的阶跃式特点,负载扰动可描述为阶跃信号[9],即:

电液比例方向阀的传递函数为:

其中Kv、τv分别为电液比例方向阀的增益与时间常数。

假设Xv、PL是可测量的,选择Xp、V、PL、Xv、FL为状态量,输入量为Us、Ps,输出量Y为[XpVPLXv]T。V为移动梁运动速度,联立( 1) 、( 2) 、( 3) 、( 7) 、( 8) 式建立系统的状态空间方程如下:

系统满足可观测条件,故可建立降维状态观测器,重构负载扰动FL。

由( 9) 、( 10) 式可得:

则负载扰动FL的降维状态观测器可表示为:

则根据(11)、(12)式可得负载扰动FL的降维状态观测器为:

重构负载扰动的降维状态观测器结构图如图4,其极点可由G=[g1g2g3g4]任意配置。从式(13)可以看出配置极点只与g2有关,与g1、g3、g4无关。为便于计算,可令g1=g3=g4=0,这样不仅大大减少了计算量,而且避免了Xv的不可测量性。降维状态观测器可简化为:

降维状态观测器结构图可简化为如图5。

2.3模糊自整定PID

模糊自整定PID控制误差e和误差变化率的变化,分别对Kp、Kl、KD进行在线整定,以适应系统的各种不确定性[10]。根据工程经验设计模糊整定规则整定Kp、Kl、KD,选择输入语言变量为e和,输出语言变量分别为ΔKp、ΔKl、ΔKD,语言变量取NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB七个模糊值。模糊控制规则如表1~表3所示。

e、Kp、Kl、KD论域均设为[- 6,6],论域设为[- 2,2],e和·e的隶属度函数均取高斯函数,Kp、Kl、KD的隶属度函数均取三角形函数,解模糊采用重心法[11]。基于负载前馈及模糊PID的步进梁速度控制结构如图6 所示,其中,V*是给定速度信号,W3( s)为油液泄漏通道的传递函数。

3 系统仿真与分析

3. 1 系统相关参数及计算

某加热炉步进梁运钢系统参数如下:

将参数带入( 4) 式后,得上升时系统的传递函数为:

由( 6) 、( 17) 得到加的前馈如下式:

假设降维状态观测器的特征值为- 3,得观测器的期望特征值多项式为:

令sl - ( A22- GA12) = f,则:

则FL的降维状态观测器为:

3. 2 仿真图形及分析

采用降维状态观测器重构负载扰动与给定负载扰动对比仿真曲线如图7 所示( 曲线1 是实际负载,曲线2 是重构的负载) ,可见重构负载能够跟踪实际负载。

对步进梁运钢系统的速度分别采用PID控制、基于重构的负载扰动进行前馈补偿及PID控制和模糊自整定PID控制进行比较研究。

通过对控制器参数进行整定,得出PID控制器参数为P =500,I = 7. 2,D = 0. 001; 基于重构的负载扰动前馈补偿及PID控制器参数为: P = 1 200,I = 8,D = 0. 06; 基于负载扰动重构的前馈补偿及模糊自整定PID控制器参数为: 量化因子ke= 1,kec=0. 004,比例因子,ku( ΔKp) = 29 680,ku( ΔKI) = 88 268,ku( ΔKD)= 0. 000 1,KI += 88 268,KD += 670。PID控制与基于负载扰动前馈补偿及PID控制仿真结果如图8 所示。从图8 中的仿真结果可以看出,步进梁开始上升和抬起钢坯时,系统均出现比较大的抖动,加上前馈补偿后系统跟踪速度提高了很多,抖动已大幅度消减。

基于负载扰动前馈补偿及PID控制器与基于负载扰动前馈补偿及模糊自整定PID控制器仿真结果如图9 所示。从图9 仿真结果看,基于负载扰动前馈补偿及模糊自整定PID控制能让系统快速准确地跟踪设定速度曲线,比基于负载扰动前馈补偿及PID控制更显优势。

4 结束语

步进梁是步进式钢坯加热炉的核心部件。步进梁运钢系统具有非线性、大惯性、模型不确定性等特点。在移动梁起步和托起钢坯时系统出现抖动、位移和速度大幅度跌落等现象,传统的控制方法无法实现移动梁对钢坯的轻拿轻放和对位移和速度准确控制的要求。针对移动梁带载时出现抖动和速度、位移大幅度跌落问题,采用负载扰动前馈补偿; 针对系统的非线性、大惯性和负载的不确定性采用模糊自整定PID控制; 针对工程上负载难以测量设计降维状态观测器进行负载重构。仿真研究表明引入负载扰动前馈补偿后,可以大大改善速度跌落问题; 模糊自整定PID控制的综合性能远远优于PID控制。

参考文献

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[2]杨茂平,戴红,蒋次强.融多项领先技术于一体的步进梁式加热炉[J].冶金动力,2009,17(6):86-90.

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[10]林辉.轮毂电机驱动电动汽车联合制动的模糊自整定PID[D].吉林:吉林大学,2013.

步进梁式加热炉板坯氧化烧损的控制篇4

一、氧化烧损原理概述

氧化烧损原理的基本依据是铁的氧化还原反应。加热炉作为氧化烧损过程的重要设备, 在对加热炉加热的过程中, 炉内的氧原子在高温的作用下, 以板坯为运动载体不断向板坯内部扩散, 与此同时, 板坯内部的铁原子在高温的作用下, 活性加快由板坯内部向板坯外部扩散, 两种原子相遇后, 在高温的作用下, 进行了离子交换, 产生了氧化反应, 在板坯的外层形成了高价的四氧化三铁。

由氧化烧损反应过程可以发现, 钢在高温的作用下发生氧化反应需要具备三个条件:

1. 必须有足够的氧化性介质存在, 如O2、CO2、H2O、SO2等;

2. 氧原子和铁原子要进行充分的接触, 并确保两种原子发生扩散反应;

3. 要具备发生氧化反应的条件, 如氧气、高温、时间以及反应物的浓度。

二、氧化铁皮生成的关键要素

氧化铁皮的生成是多种因素综合作用的结果, 因此要准确地对各因素进行控制。氧化铁皮生成的要素包括:温度控制、加热时间控制、煤气热值控制以及炉内气氛控制。

1. 温度控制的影响。

温度的高低决定了氧化反应的速率, 温度越高, 单位时间内钢坯的生成量就越多, 以单位面积为准, 其上生成的氧化皮量用W表示, 温度用T表示, 则二者之间的关系式可以表达为:

其中:e———自然对数的底

τ———加热时间, min

T———钢的表面温度, K

在600℃~1200℃范围内, a=6.30, b=9000

通过 (1) 式可以发现, 在以单位面积为准的前提下, W与T之间呈现出指数关系。由图1可以发现, 速率值呈增加趋势。

从图1可以发现, 氧化烧损值与温度呈正相关, 氧化烧损值会随着温度的提升而快速上升;由图中曲线的波动可以发现, 当温度T>800℃时, 氧化烧损量急剧上升, 若设T=800℃时, 烧损量W=1, 则当T=1000℃时, W=4;T=1200℃时, W=10;T=1400℃时, W=20。由于邯钢加热炉的温度T在1200℃与1300℃之间波动, 板坯温度为1200℃~1250℃, 由此发现温度是影响氧化铁皮产量的决定因素。

从图2可以发现, 氧化烧损值与温度呈正相关, 氧化烧损值会随着温度的提升而快速上升。由图中曲线的波动可以发现, 当温度T>800℃时, 氧化烧损量急剧上升, 若设T=800℃时, 烧损量W=1, 则当T=1000℃时, W=4;T=1200℃时, W=10;T=1400℃时, W=20。由于邯钢加热炉的温度T在1200℃与1300℃之间波动, 板坯温度为1200℃~1250℃, 由此发现温度是影响氧化铁皮产量的决定因素。

2. 炉内气氛影响。

随着加热炉的使用, 炉内成分会发生变化, 炉内成分的变化会受到煤气成分、煤气热值造成的不完全燃烧等因素的影响。由于煤气中含有大量的二氧化碳、水分以及二氧化硫等氧化性气体, 其中氧化性最强的是SO2、其次依次是O2、H2O、CO2。硫在炉气中主要是以SO2存在, 也有燃烧不完全的H2S, 含硫炉气除具有强氧化性外还会加速金属的氧化, 由于二氧化硫与氧化铁会发生氧化反应, 生成低熔点的硫化铁, 这就加剧了氧化铁皮的熔化率, 氧化过程加剧, 所以控制炉气首要是控制硫。

三、减少氧化烧损的措施

邯钢西区热轧厂以生产实践为导向, 在全面分析了板坯产生氧化反应的因素后, 结合生产实际, 提出了几点降低氧化烧损率的可行性措施。

1. 有效控制加热炉温度。

温度作为板坯氧化反应的决定因素, 依据钢种的工艺性能进行温度控制有助于加强内部冶金规范。在生产过程中, 对执行板坯加热制度提出了控制要求, 同时考虑大加热质量因素, 改变加热制度前对不同钢种的导热系数进行了分析, 其结果如下:

常温下碳素钢的导热系数经验式:

其中, ω (C) %、ω (Mn) %、ω (Si) %分别是该元素的百分含量。

所以低碳钢的导热系数较大, 据此对低碳钢的加热制定进行尝试。板坯在炉内1000℃以上区域停留的时间少后既可以保证加热质量又有效降低了氧化铁皮的产生。

2. 控制加热速度。

减少钢在高温区的停留时间, 是减少板坯氧化的重要环节, 按照“加热段时快加热, 均热段时不加热”的原则控制钢的加热速度。加热炉处于正常生产状态时, 将加热段24个烧嘴都用上, 提高加热段的温度, 使板坯很快达到规定的温度, 从而实现加热段快速加热, 使板坯在高温区停留的时间缩短。

四、结语

通过上述调整方法, 测得加热炉烧损由原来的1.74%降至1.39%。板坯在炉内加热过程中出现氧化烧损是不可避免的, 但通过采取措施, 可以控制和减少烧损, 降低板坯表面氧化烧损率, 其中最主要的措施就是优化加热工艺。

参考文献