1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：退火炉自动测控系统设计 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）I退火炉自动测控系统设计摘 要本文是基于罩式退火炉的结构及退火原理而设计的一套罩式退火炉自动测控系统，主要包括炉膛温度控制、炉膛压力控制、燃料压力控制和冷却器排水温度控制。罩式退火炉退火处理是冷轧带钢的一个重要环节，其作用是消除加工硬化的现象，使晶粒均匀和组织稳定，而罩式退火炉又有多种形式，本文只对目前常用的氮氢型保护气体单垛式紧卷罩式退火炉的自动测控系统进行说明。从冷轧带钢退火工艺、罩式退火炉的工作原理、罩式退火炉的工艺参数到罩式退火炉的退火程序都作了详细的说明，并列举目前常
2、用的控制系统作参考。此次设计的测控系统主要用到 DDZ型仪表，本文用组态王设计了上位机监控程序，用 CAD 设计了罩式退火炉自动测控系统图，并对各个系统进行了详细介绍。关键词： 罩式退火炉；自动测控系统；组态王；监控程序内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）IIAnnealing Furnace Automatic Monitoring and Control System DesignAbstractThis article is based on the Bell-type annealing furnace and annealing the structure of a set of
3、 principles designed hood-type annealing furnace automatic monitoring and control system, including the furnace temperature control, chamber pressure control, fuel pressure control and drainage cooler temperature control.Bell-type annealing furnace annealing of cold rolled strip is an important link
4、, and its role is to eliminate the phenomenon of work-hardening, so that grain uniform and organizational stability, and the hood-type annealing furnace has many forms, the paper only on the current common N-protection hydrogen gas-tight single-stack hood-type annealing furnace volume of automatic m
5、onitoring and control system description. Cold-rolled strip from the annealing process, Bell-type annealing furnace of the principle of the Bell-type annealing furnace process parameters to the hood-type annealing furnace annealing process is a detailed description, and cited the current control sys
6、tem commonly used for reference. The design of the monitoring and control system is mainly used DDZ-type instruments, the paper was designed by Wang configuration PC monitoring program, using CAD design of the Bell-type annealing furnace automatic monitoring system map, and the various systems for t
7、he detailed briefing.Keywords: Bell-type annealing furnace; Automatic control system; KingView; Monitoring program内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）III目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 引言 .11.1 冷轧窄带钢生产的重要地位 .11.2 冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度 .11.2.1 冷轧带钢退火的目的 .11.2.2 冷轧带钢退火的原理 .21.2.3 冷轧带钢卷退火工艺制度 .21.3 研究罩式退火炉自动测控系统的意义 .41.4 本文主要研究内
8、容 .5第二章 冷轧带钢退火工艺及设备 .72.1 冷轧带钢退火工艺及操作 .72.2 罩式退火炉 .92.2.1 单垛式紧卷罩式炉 .92.2.2 单垛式紧卷罩式炉技术性能及设备构成 .92.2.3 罩式炉退火程序 .152.3 罩式退火炉自动测控系统常用的控制方案 .172.3.1 罩式退火炉微机控制 .172.3.2 全氢罩式退火炉自动控制 .18第三章 罩式退火炉自动测控系统总体设计 .203.1 总体设计思路 .20内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）IV3.2 总体测控系统设计图 .21第四章 罩式退火炉自动测控系统设计 .234.1 罩式退火炉自动测控系统设计 .234.1.
9、1 炉膛温度控制 .234.1.2 燃料压力控制 .264.1.3 炉膛压力控制 .274.1.4 冷却器排水温度控制 .284.2 仪表功能及选型 .304.2.1 热电偶和热电阻 .304.2.2 调节器 .304.2.3 温度变送器 .354.2.4 记录仪 .354.3 上位机监控程序设计 .36结束语 .43参考文献 .44附录 A 报表窗口程序 .45附录 B 罩式退火炉自动测控系统设计图 .47致谢 .48内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1第一章 引言1.1 冷轧窄带钢生产的重要地位冷轧带钢广泛用于汽车制造、食品包装、家用电器、交通运输、农业机械、民用小五金、轻工、仪表、
10、通讯和军事工业等各行各业，是非常重要的通用钢材。据不完全统计，目前我国每年可生产冷轧宽带钢和窄带钢约 400 万 t 和 100 万 t，在相当长一段时间内仍存在较大缺口，每年需花费大量外汇从国外进口冷轧带钢。由此可知，发展冷轧窄带钢生产对于减小冷轧带钢的缺口、缓解供需矛盾、节约外汇和促进国民经济的发展等，都起着相当重要的作用。建设宽带钢冷轧机需要资金多，建设周期长，还必须有充足的资源和技术力量等，比较困难。相反，窄带钢冷轧机比较容易建设和掌握。因此，近年来冷轧窄带钢生产在我国的中小城镇和边远地区发展很快。显然，它对促进地方工业的发展和逐步缩小城乡差别与地域间经济发展水平的差距，具有重要作用。
11、尤其需要指出，有些品种和规格（如工具钢、弹簧钢和合金钢等）的冷轧带钢和精密机器制造、通讯、仪表与军事工业等特殊行业需要的极薄高精度、高强度带钢等，只能在冷轧窄带钢轧机上生产。冷轧窄带钢轧机的这个作用，是宽带钢轧机所不能取代的。因此，冷轧窄带钢生产在国民经济和军事工业发展中更具有特殊的意义。1.2 冷轧带钢退火的目的、原理、工艺制度1.2.1 冷轧带钢退火的目的退火的目的一是消除冷轧带钢加工硬化、降低硬度、软化金属、恢复带钢的塑性变形能力，以便于进一步进行冷轧或其他加工；二是改善组织结构，产生所需要的晶粒大小和取向。通过对温度、时间的控制使晶粒具有一定的大小和形状，从而改善钢内蒙古科技大学毕业设
12、计说明书（毕业论文）2的力学性能和物理性能。1.2.2 冷轧带钢退火的原理所谓退火就是将钢加热到一定温度，并保持一定时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理方式。在退火过程中将发生回复、再结晶及晶粒长大等结构上的变化。从热力学角度看，退火就是提高金属材料内部组织和结构的热力学稳定性，从而保证所需求的性能指标。1.2.3 冷轧带钢卷退火工艺制度冷轧带钢卷在保护气体中进行退火，不氧化，也不产生脱碳，称为光亮退火。冷轧带钢卷退火工艺制度，主要根据退火钢种、化学成分、带钢尺寸、卷重以及产品质量技术要求等因素制定，当然也和使用的退火炉型和装备技术水平有着直接的关系。冷轧带钢卷退火工艺制度还需根据多年生产实践
13、以及各钢种工艺试验逐步修订，不断完善。 加热速度的制定加热速度的制定主要取决于钢种的导热系数。钢种的化学成分中碳含量和合金元素含量对导热系数影响较大。若碳含量高、合金含量高，则导热系数小，加热速度应慢些，以避免内外温差过大造成组织和性能不均匀。从室温到 400，加热速度一般情况下是不控制的。单垛式紧卷罩式炉是间歇式的退火方式，而加热罩是连续式作业，当一台炉加热罩保温结束后，加热罩立即吊扣到另一台已经准备好的炉台上继续生产，这样即符合正常组织生产规律，也不浪费资源。加热罩热状态下继续生产，炉内钢卷从室温升到 400是很快的。钢卷在 400以前并没有发生再结晶，内部组织也无显著变化，加热速度的快慢
14、对性能影响是不大的。从 400加热到保温温度，加热速度对带钢退火质量是有影响的。对于氮氢型保护气体罩式炉，一般升温速度控制在 3050/h 之间。当然钢种不同、带钢宽度和厚度内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）3不同，加热速度也不同。对于碳含量低、厚度1.2mm 的带钢，容易出现带钢层间粘结缺陷，而不易出现性能不合格缺陷，可以适当提高加热速度；对于碳含量高、厚度1.2mm 的带钢，不易出现带钢层间粘结缺陷，而容易出现性能不合格缺陷，可以适当降低加热速度。 保温温度和保温时间的制定碳钢再结晶开始温度为 450500。再结晶温度与带钢内部组织状态有直接关系。例如，在轧制过程中冷加工变形量越大，
15、晶格歪扭和晶粒被拉长的现象越严重，带钢内部储存的内能也越大，在较低的温度就能进行再结晶。与上述情况相反，就不易形成再结晶，必须在较高的温度下才能进行再结晶。保温温度的选择范围也就是带钢再结晶的温度范围，主要根据钢种、带钢厚度、卷重以及产品要求而确定，同时还应考虑罩式炉内保护气体种类和炉台循环风机能力。碳含量高、带钢厚度大以及卷重大时，加热时间需长些，保温时间也要长些。氢气导热系数比氮气导热系数高出 6 倍多。当保护气体含氢量高时，炉台循环风机能力大可提高保护气体循环量，提高加热能力，这样，加热时间可以短些，保温时间亦可适当短些。 冷却速度和出炉温度的制定根据多年生产实践和国内外关于冷轧带钢退火
16、理论的论述，冷却速度一般情况下是不限制的，因为冷轧速度对一般钢种是不影响轧件性能的，而且加快冷却速度，可以提高退火能力。但是，对于特殊要求的钢材，例如重深冲用汽车板，在 500以上冷却时，速度太快会导致冲压性能变坏，因此采用不卸加热罩冷却到 550500。出炉温度主要是以带钢卷出炉后与空气接触不产生氧化为依据来确定，同时应该考虑在冷却罩和分流快速冷却设备的作用下，出炉温度还有回升现象，从 160减去回升温度值，即为出炉温度。例如：回升温度 50，则出炉温度应该是 110。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）41.3 研究罩式退火炉自动测控系统的意义退火工艺在决定钢材的机械性能方面起着重要的
17、作用。在这一工艺中，高精度的仪表和控制装置是满足当今优质产品市场竞争需要的一种根本手段。罩式退火炉在决定钢材质量上起着关键的作用，因此是先进过程控制系统的首选设备。设计罩式退火炉自动测控系统的意义主要体现在以下几个方面： 提高产品性能产品性能的提高主要体现在钢材的机械性能，因钢种不同退火分初退火、中间退火和成品退火。初退火主要是对 45 号钢以上和合金钢、高合金钢的热轧板卷。因为这些钢强度高、硬度高，冷轧难以进行，所以要进行初退火，以降低硬度和消除硬化，为冷轧做好组织准备。生产中优质高中碳钢的初退火一般采用不完全退火或再结晶退火。中间退火目的是为了消除第一次冷轧的加工硬化、消除内应力、降低硬度
18、、恢复塑性，以便继续进行冷轧。中间退火一般采用再结晶退火。除非特殊需要，一般尽量合理选用原料，不搞中间退火和二次轧制。成品退火用于消除冷轧造成的内应力和加工硬化，使钢板具有标准所要求的力学性能、工艺性能及显微组织结构。为达到这一目的，一般采用再结晶退火。当生产 50号钢，而又要求其组织为片状珠光体时，只能采用完全退火来达到这一要求。根据钢种和性能要求也可进行其他相应的热处理。 降低设备维护成本通过设计罩式退火炉自动测控系统，可以实现罩式退火炉的自动控制，从而减少人为的操作。如炉温的控制，能够使炉温按照设定的值进行调节，当高出炉温的高限时便会产生报警，既保证了产品的质量，也保证了炉体的安全。 提
19、高生产效率内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）5设计一个好的罩式炉自动测控系统可以有效地提高生产效率，通过对燃料流量和空气流量的比值控制可以使燃料燃烧得充分，通过对温度的反馈将温度调节在允许的范围内，可以使罩式退火炉能够不间断地有效进行，既提高了生产效率，又能保证产品的质量合格。1.4 本文主要研究内容针对罩式退火炉设计自动测控系统，在保证其能正常运行的情况下，还必须考虑系统的质量及运行成本。主要研究内容可以概括如下： 控制系统类型的确定设计一个控制系统，首先必须得确定这个控制适用何种类型的控制系统，如炉温的控制最好采用串级控制系统，从两个位置采集过来的信号通过比较，从而可以对炉温进行更为
20、准确的控制，使炉膛内部温差始终控制在一个允许的范围之内。而炉膛压力控制采用单回路控制系统即可，利用炉膛压力反馈值去控制炉气排气阀的开度。 控制规律的选择过程工业中常见的被控参数有温度、压力、液位和流量。工业用控制器常见的有开关控制器、比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器、比例积分微分控制器。控制器控制规律的选择可以参照下面一些基本原则： 对于不太重要的参数，例如中间储罐的液位、热量回收预热系统等，控制一般要求不太严格，可考虑比例控制，甚至采用开关控制； 对于不太重要的参数，但是惯性较大，又不希望动态偏差较大，可考虑采用比例微分控制器，但是对于系统噪声较大的参数，例如流量，则不能选用比例微分控制器； 对于比较重要的，控制精度要求比较高参数，可采用比例积分控制器；
