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步进式加热炉自动控制系统的设计

1引言

加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化

的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，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。

我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量

低，烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，难以实现管理自动化。由于推钢式炉

有难以克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送钢管，

钢管之间可以留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦，出炉钢管通过托出装置出炉，完全

消除了滑轨擦痕，钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵

活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要

求。全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点：

①生产能耗大幅度降低。

②产量大幅度提高。

③生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系

统，传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PLC或

DCS系统，而且大多还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。

本工程是某钢铁集团新建的φ180小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进

式加热炉设备。

2工艺描述

本系统的工艺流程图见图1。

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图1步进式加热炉工艺流程图

淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出；炉子布料：单排。

活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于141.3mm钢管，每个齿槽内放一

根钢管。直径大于153.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各

90mm，齿距为190mm，步距为145mm。因此每次步进时，钢管都能转动一角度，使钢管

加热均匀，并防止在炉内弯曲变形。步进梁能进行正循环，送循环、单动、点动各种动

作，升降时对钢管轻托轻放，前进时缓起缓停，无振动冲击和失控现象。同时，具有踏步

功能，踏步时向后步距为45mm，使钢管在原齿槽内不断转动。

固定梁用带保温支柱支撑其顶面高出炉底520mm。使炉气能围绕钢管形成良好的循

环，保证均匀加热。

淬火炉沿炉长方向分为装料段、加热段和保温段。装料段炉顶压低，不装排烟予热钢

管三个测量温度点），以免钢管突然受到强大热流冲击产生弯曲变形。

加热段沿炉宽方向分为四个区段进行比例燃烧和温度控制。保温段沿炉宽方向分4区

段进行脉冲燃烧和温度控制用二套控制器），以确保保温区炉温±5℃和保温后钢管全长

温度均匀性在10℃以内的要求，同时更方便用户控制钢管端温度，满足淬火需要。淬火炉

最高控制炉温960℃，允许max1050℃。

回火炉沿炉长方向分为装料段，加热段，均温段和保温段。同样装料段不设烧嘴。加

热段沿炉宽方向分二个温区，中间8个烧嘴为一个温区，两边各4个烧嘴合起来为一温

区，用一个脉冲控制器控制。均温段、保温段沿炉宽方向各分为四区每二个温区一个控

制器），均采用脉冲燃烧温度控