CN102876864A

CN102876864A - 退火炉炉膛气氛控制系统及其闭环控制方法

Info

Publication number: CN102876864A
Application number: CN2012103609830A
Authority: CN
Inventors: 王文凡
Original assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于整个退火炉、水淬槽、以及带钢均处于密封状态，采用退火炉炉膛气氛控制系统，即控制器，保护气体控制阀，以及设置在退火炉各个炉室的露点检测仪，并采用如下步骤进行退火炉炉膛保护气氛的闭环控制：1)设定满足工艺要求的：炉膛保护气体的露点温度范围值、保护气体控制阀的原始开口度；2)露点检测仪检测退火炉炉膛内的露点温度，并将露点温度反馈至控制器；3)控制器判断露点温度是否在其设定值范围内，并根据判断结果向保护气体控制阀发出指令；4)保护气体控制阀根据接收到的控制器的指令来实时调整其开口度。

Description

退火炉炉膛气氛控制系统及其闭环控制方法

技术领域

本发明涉及热处理控制技术领域，尤其涉及一种退火炉炉膛气氛控制系统及其闭环控制方法。

背景技术

在连退机组中，退火炉对带钢进行热处理，水淬槽对带钢进行冷却处理。其中，退火炉包括预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、OAS段(时效段)、和终冷段。退火炉的主要功能就是对带钢进行热处理，让带钢发生晶粒转变，通过保温和冷却控制，得到需要晶粒结构。带钢在退火炉内进行热处理的时候，表面的氧化膜被还原成活性铁，在炉内NH_X保护气体的保护下，带钢表面不会发生氧化反应。但是，一旦退火炉内的NH_X保护气体的气氛发生了变化，即混入了氧气，则带钢因与氧气发生反应而被氧化，从而在带钢表面形成氧化色，影响产品质量，因此必须对连续退火炉内的气氛进行控制。

目前，大多数连续退火机组在对带钢进行处理时，一般使用露点检测以来检测退火炉的炉膛内的气氛，并采用人工调整的方式。但是，这种方法有局限性，当炉膛内保护气体的气氛发生变化时，一是不能进行及时、有效地调整，造成炉膛内的带钢被氧化，影响产品质量；二是无法及时控制NH_X保护气体的电磁控制阀，因此当炉膛内的气氛达到要求后，依旧向炉膛内流入大量的NH_X保护气体，造成NH_X保护气体的浪费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种当炉膛内的气氛发生变化时，能够及时、有效地调整用于控制退火炉的炉膛气氛的闭环控制系统及其方法。

本发明的另一目的在于，提供一种当炉膛内保护气体的气氛发生变化时，及时控制炉膛内的NH_X保护气体的用于控制退火炉的炉膛气氛的闭环控制系统及其方法。

根据本发明的退火炉炉膛气氛控制系统，具备：露点检测仪，设置在退火炉的炉膛内，检测退火炉炉膛内的露点温度，并将检测到的露点温度反馈给控制器；控制器，判断露点温度是否在设定值范围内，并根据判断结果向控制阀发出指令；控制阀，根据接收到的指令来调整其开口度。

优选地，所述控制阀是电磁控制阀。

根据本发明的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于整个退火炉、水淬槽、以及带钢均处于密封状态，采用退火炉炉膛气氛控制系统，即控制器，保护气体控制阀，以及设置在退火炉各个炉室的露点检测仪，并采用如下步骤进行退火炉炉膛保护气氛的闭环控制：1)、设定满足工艺要求的：炉膛保护气体的露点温度范围值、保护气体控制阀的原始开口度；2)、露点检测仪检测退火炉炉膛内的露点温度，并将露点温度反馈至控制器；3)、控制器判断露点温度是否在其设定值范围内，并根据判断结果向保护气体控制阀发出指令；4)、保护气体控制阀根据接收到的控制器的指令来实时调整其开口度。

优选地，当所述露点检测仪检测到的露点温度在设定值范围内时，控制器向保护气体控制阀发出保持其开口度指令，保护气体控制阀不动作；当所述露点检测仪检测到的露点温度超出设定值范围时，控制器向保护气体控制阀发出增加开口度指令，保护气体控制阀开口度加大，增加通入炉膛的保护气体量，调节炉膛的保护气氛；当所述露点检测仪检测到的露点温度由超出设定值范围到被调节到设定值范围内后，控制器向保护气体控制阀发出减小开口度指令，保护气体控制阀开口度减小，减少通入炉膛的保护气体量，恢复到原始开口度。

优选地，所述保护气体控制阀的开口度是指当前保护气体的流量，当当前保护气体的流量等于原始流量时，控制器向保护气体控制阀发送保持原始开口度的指令，反之，当保护气体的流量大于原始流量时，控制器向控制阀发送恢复到原始开口度的指令。

优选地，保护气体包含体积为5～7％的纯氢气和体积为93～95％的纯氮气。

本发明的用于控制退火炉的炉膛气氛的闭环控制系统及其方法根据生产中的实际情况，可快速地调节炉膛内的保护气体的气氛，保证炉膛气氛的稳定性，减少带钢产生氧化色的量，从而提高了产品质量和退火机组成材率。

而且本发明通过控制器的实时控制，可以及时调整NH_X保护气体流入炉膛的量，降低NH_X保护气体的消耗，节约能源。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出本发明的退火炉炉膛气氛控制系统。

图2是示出本发明的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法的流程图。

图3是示出基于判断结果来向保护气体控制阀发出相关指令的流程图。

具体实施方式

在详细说明本发明之前，解释一个本领域的专门用语。

露点：当气体被等压冷却时，气体中水蒸气达到饱和时的温度。

本发明中以露点温度控制炉膛内的保护气体气氛的原理如下。当气体中氧化气体(例如氧气等)含量升高时，露点温度相应升高；当还原气体(例如氢气等)含量升高时，露点温度相应降低。因此可通过检测退火炉内气体的露点来知晓炉内气体成分的变化，从而通过调节注入于退火炉内的NH_X保护气体流量来实现对退火炉内气体成分的调节。当露点升高时增加NH_X保护气体的注入量，用以降低退火炉内气体中氧化气体的含量，避免带钢发生氧化；反之，当露点降低时，减少NH_X保护气体的注入量，避免NH_X保护气体的浪费。

并且，在连退机组的退火工艺中，为了防止带钢表面被氧化，连退机组的退火炉100和水淬槽均处于密封状态，而且退火炉和水淬槽内的气体主要是NH_X保护气体和少量水蒸气。通常，NH_X保护气体包括5～7％(体积)的纯氢气和93～95％(体积)的纯氮气，其中氢气和氮气的纯度大于99.995，而且NH_X保护气体均是干燥气体，而炉膛内的水蒸气主要是由于氢气还原带钢表面的氧化物是所产生的。炉膛内氧气主要是因为炉膛内与大气的氧气分压差较大，导致大气中的氧气渗透到退火炉内，其氧气的含量很低，但是为了防止带钢被氧化，尤其在加热段和均热段，炉膛内的温度较高(例如，700摄氏度)，此时更需要控制炉膛内的保护气体的气氛。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是示出本发明的退火炉炉膛气氛控制系统。

参照图1可知，根据本发明的退火炉炉膛气氛控制系统具备：露点检测仪110，设置在退火炉100的炉膛内，检测退火炉100的炉膛内的露点温度，并将检测到的露点温度反馈给控制器；控制器200，判断露点温度T是否在露点标准值范围内，并根据判断结果向保护气体控制阀300发出指令；保护气体控制阀300，根据接收到的指令来调整开口度。其中，所述保护气体控制阀300可以是电磁控制阀，但是不限于此，只要是能使气体顺畅地流通的阀门都可以。

并且，退火炉100可包括预热段、加热段一区、二区、均热段、缓冷段、快冷段、时效段一区、二区、三区、终冷段，在这些退火炉100的功能段中分别设置露点检测仪110，将检测到的露点温度反馈给控制器200。本发明中，在这样的退火炉内以一个功能段为基本单元，每个功能段的炉膛内设置一个露点检测仪，即加热段一区、二区中仅设置一个露点检测仪即可。而且，每个功能段之间都有隔断壁，隔断壁中形成仅使带钢通过的通路，因该通路大小较小，使得退火炉中的各个功能段之间的气氛不尽相同。所以，各个功能段中需要分别设置一个可检测该炉膛内部的露点温度的露点检测仪。

在本发明的实施例中，每个功能段仅设置一个露点检测仪，但是根据实际情况，尤其如时效段具备一区、二区、三区等多个区域时，可以在时效段中设置多个露点检测仪，同时在控制器200中取多个露点温度的平均值即可。

为了便于说明，以退火炉的加热段为例来说明用于控制退火炉的炉膛气氛的闭环控制方法。但是，闭环控制方法也同样适用于退火炉的其余功能段和水淬槽。

本发明的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法包括：在步骤S100，在控制器200中设定满足工艺要求的、炉膛保护气体的露点温度范围值和保护气体控制阀的原始开口度；在步骤S200，当露点检测仪110检测到炉膛内部的露点温度T之后，将该露点温度T反馈给控制器200；在步骤S300，控制器200判断露点温度T是否在露点标准值范围内(即设定值范围内)，并根据判断结果向保护气体控制阀300发出指令；在步骤S400，保护气体控制阀300根据所接收到的指令来调整其开口度。

具体地，在步骤S100中，在控制器200中预先设定满足退火工艺所需要的炉膛保护气体的露点温度范围值，同时在保护气体控制阀300中设定满足退火工艺所需的原始开口度，并且将与原始开口度对应的NH_X保护气体的原始流量值反馈并存储于控制器200中。

以下，具体说明步骤S300。

(向保护气体控制阀发出相关指令的处理S300)

参照图3，首先在控制器200中判断所述由露点检测仪110检测露点温度T是否在设定的露点温度范围值内(S310)。当判断结果，其露点温度T超出露点标准值范围时(S310中的“否”)，则表示当前炉膛内的氧气渗透量较多，因此控制器200需要向保护气体控制阀300发送加大控制阀的开口度的指令(S320)，此时保护气体控制阀300根据所接收到的指令开加大其开口度，同时将当前的大于原始流量值的NH_X保护气体的流量反馈并存储于控制器200中。例如，保护气体控制阀300原始开口度(NH_X保护气体流量)可设置为2450Nm³/h，并在接收到加大开口度指令时，开口度(以NH_X保护气体流量为计)一般增加5％～10％。

反之，当判断结果，露点温度T在露点标准值范围时(S310中的“是”)，表示当前炉膛内的氧气渗透量处于标准范围内，控制器200读取当前保护气体控制阀300的NH_X保护气体的流量(S330)，并且比较当前的NH_X保护气体的流量和原始流量(S340)。若NH_X保护气体的流量等于NH_X保护气体的原始流量时(S340中的“是”)，则控制器200向控制阀300发送保持原始开口度的指令(S350)；反之，当NH_X保护气体的流量大于NH_X保护气体的原始流量时(S340中的“否”)，则控制器200向控制阀300发送恢复到原始开口度的指令(S360)。

由此可知，在步骤S400中，保护气体控制器300的动作共有三种。分别是，当所述露点检测仪110检测到露点温度T在设定的露点温度范围值内时，控制器200向保护气体控制阀300发出保持其开口度指令，保护气体控制阀不动作；且当所述露点检测仪110检测到露点温度T超出设定的露点温度范围值，控制器200向保护气体控制阀300发出增加开口度指令，保护气体控制阀300开口度加大，增加通入炉膛的保护气体量，调节炉膛的保护气氛；且当所述露点检测仪110检测到露点温度调节到设定值范围内后，控制器200向保护气体控制阀300发出减小开口度指令，保护气体控制阀开口度减小，减少通入炉膛的保护气体量，恢复到原始开口度。

虽然以退火炉的加热段为例来说明了用于控制退火炉的炉膛气氛的闭环控制方法，但是该闭环控制方法同样适用于退火炉的其他功能段，而且也适用于控制水淬槽内部的保护气体的气氛。

并且，所述保护气体控制阀300的开口度是以当前保护气体的流量的度量的。当当前保护气体的流量等于原始流量时，控制器向保护气体控制阀发送保持原始开口度的指令，反之，当保护气体的流量大于原始流量时，控制器向控制阀发送恢复到原始开口度的指令。

并且在本发明中，所述保护气体控制阀可使用电磁控制阀。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims

1.一种退火炉炉膛气氛控制系统，其特征在于具备：

露点检测仪，设置在退火炉的炉膛内，检测退火炉炉膛内的露点温度，并将检测到的露点温度反馈给控制器；

控制器，判断露点温度是否在设定值范围内，并根据判断结果向控制阀发出指令；

控制阀，根据接收到的指令来调整其开口度。

2.根据权利要求1所述的退火炉炉膛气氛控制系统，其特征在于，所述控制阀是电磁控制阀。

3.一种退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于整个退火炉、水淬槽、以及带钢均处于密封状态，采用退火炉炉膛气氛控制系统，即控制器，保护气体控制阀，以及设置在退火炉各个炉室的露点检测仪，并采用如下步骤进行退火炉炉膛保护气氛的闭环控制：

1)、设定满足工艺要求的：炉膛保护气体的露点温度范围值、保护气体控制阀的原始开口度；

2)、露点检测仪检测退火炉炉膛内的露点温度，并将露点温度反馈至控制器；

3)、控制器判断露点温度是否在其设定值范围内，并根据判断结果向保护气体控制阀发出指令；

4)、保护气体控制阀根据接收到的控制器的指令来实时调整其开口度。

4.根据权利要求3所述的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于，所述露点检测仪检测到的露点温度在设定值范围内时，控制器向保护气体控制阀发出保持其开口度指令，保护气体控制阀不动作；

所述露点检测仪检测到的露点温度超出设定值范围时，控制器向保护气体控制阀发出增加开口度指令，保护气体控制阀开口度加大，增加通入炉膛的保护气体量，调节炉膛的保护气氛；

所述露点检测仪检测到露点温度由超出设定值范围到被调节到设定值范围内后，控制器向保护气体控制阀发出减小开口度指令，保护气体控制阀开口度减小，减少通入炉膛的保护气体量，恢复到原始开口度。

5.根据权利要求3或4所述的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于，

所述保护气体控制阀的开口度是指当前保护气体的流量，当当前保护气体的流量等于原始流量时，控制器向保护气体控制阀发送保持原始开口度的指令，反之，当保护气体的流量大于原始流量时，控制器向控制阀发送恢复到原始开口度的指令。

6.根据权利要求3所述的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于，保护气体包含体积为5～7％的纯氢气和体积为93～95％的纯氮气。

7.根据权利要求3所述的退火炉炉膛气氛的闭环控制方法，其特征在于，所述保护气体控制阀是电磁控制阀。