燃氣式生產線爐體閉環控制方法及裝置的制作方法

專利名稱：燃氣式生產線爐體閉環控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明應用于裝甲鋼板的加熱壓淬生產，涉及一種燃氣式生產線爐體閉環控制方 法及裝置。
背景技術：
過去多年來，加熱介質主要以電阻式和燃油式為主，他們各有優缺點，電阻式優點 是無污染、溫度控制精度高、設備制造簡單、生產成本較低、溫度控制自動化，缺點是造價相 對較高、對電網要求較高、加熱功率低、升溫速度慢、生產效率低、受各地區供電影響比較 大；燃油式加熱爐優點是升溫速度快、生產效率高、受地區環境影響少，缺點是燒嘴設計落 后、空氣污染嚴重、生產環境惡劣、生產費用相當高、溫度控制精度不高，不能實現控制自動 化、全部手工操作、勞動生產強度大。燃氣式輥底爐加熱生產線沒有得到較大的推廣的原因，有多年來燒嘴設計不能 滿足生產實際使用，導致生產效率低；天燃氣供應不足，基礎設施不配套；溫度控制精度不 高，溫度波動大；控制不能實現自動化，生產強度高。但是隨著技術水平的不斷進步，城市天 然氣供應的加強，燃氣式加熱爐的優勢逐漸體現出來，首先燃氣與燃油相比具有成本低，升 溫速度可以與燃油式達到同樣水平，隨著燒嘴水平進步、滿足自動燃燒的要求，控溫理論改 進、控溫軟件的提高，控溫精度大幅提高，所以特別是在大型加熱爐方面有逐步取代燃油式 和電阻式加熱爐的趨勢。在整個生產線的控制上，以往加熱爐爐溫控制完全采用手工控制，人工控制所有 燒嘴的燃燒，勞動強度大，環境條件差，控溫的精度完全憑借著操作者的經驗，隨意性大；甲 板的整個進出料系統也完全由人工控制，精度、可重復性、可靠性都依賴于操作者的經驗； 甲板的爐內位置采用計數器控制，控制位置、控制精度、程序可重復性能都比較差；同時由 于人員流動比較頻繁，不利于工廠的持續發展。隨著新興工藝技術也越來越先進越來越成 熟，甲板生產線的控制也已由人工手動操作邁向自動智能控制、一體化集成控制的方向。

發明內容
本發明提供的燃氣式生產線爐體閉環控制方法及裝置，使生產線除上下料過程需 要人工操作以外，從進料、加熱、出料、壓淬、轉運都完全由控制系統完成，操作人員只要根 據產品的不同選擇相應的工藝參數即可。本發明燃氣式生產線爐體閉環控制方法包括以下步驟(1)上料吊裝甲板一張，在上料臺架上等待入爐指令，入爐指令啟動，進料爐門 打開，上料爐輥、加熱1段或加熱2段爐輥應同時同速轉動，將甲板定位于相應位置，將當確 認甲板已經進入爐內后，進料爐門關閉；(2)加熱兩塊甲板在加熱1段和加熱2段內左右擺動，爐內溫度在規定的升溫時 間內加熱到保溫溫度，保證爐溫均勻性在士 10°c ；(3)出爐滿足工藝要求后甲板出爐，出爐時出料爐門抬起，加熱1段或加熱2段和淬火壓床爐輥同速轉動，加將熱處理后的甲板送出加熱爐，不應出爐的產品還在相應位 置處理，待產品確定出爐后，出料爐門關閉；(4)淬火甲板進入淬火區后，通過位置控制，使得甲板位于淬火壓床的相應位 置，下壓床壓頭抬起，將甲板與上壓床壓頭壓緊，確定壓緊后給水，完成淬火后，關閉水閥停 止給水，下壓頭下降；(5)下料當甲板淬火后，重新到達爐輥時，淬火壓床輥道和下料臺架輥道同時轉 動，將甲板轉運至下料臺架的轉運區相應位置，等待轉運。(6)壓型需要壓型的甲板在到達轉運區后，應送到亞壓型區進行壓型。該燃氣式生產線爐體閉環控制裝置包括進料控制、爐內位置控制、壓淬位置控制、 卸料位置控制，進出料爐門開閉；其中進料位置控制，在上料臺架上安裝冷板光電開關; 爐內位置控制，在前后爐門內相應位置處的爐墻外安裝激光限位開關；壓淬位置控制和卸 料位置控制，安裝限位裝置與控制系統相連；卸料位置控制在卸料臺架上安裝限位裝置； 上述的產品爐內位置確定采用激光熱金屬檢測器方式，加熱爐系統分為雙爐區結構。上料臺架、爐體傳動、淬火壓床臺架采用變頻電機控制。進出料爐門的開閉控制包括正常開啟高度、維修開啟高度、極限開啟高度位置；通 過控制上料臺架冷板檢測信號、進料爐門激光檢測器、爐內激光檢測器、出料爐門激光檢測 器、淬火壓床限位器信號實現爐門的開啟和閉合。本發明的有益效果本設計生產線采用雙爐區結構，在工藝時間內可以同時處理 兩張整甲板，這樣就可以提高生產效率。兩個工作區分別由一組鏈條帶動，分別獨立運行， 通過變頻電機和控制裝置來滿足使用。對于兩個爐區在爐體設計、溫度控制、運動程序上提 出了更高的要求，滿足溫度的一致性、保溫時間的一致性、機械運動上獨立性的目的。通過 采用雙爐區爐體結構、全自動化生產等技術的應用，大大提高了燃氣的利用率，使得產品處 理成本大幅下降，生產能力提高50%，滿足年產2萬噸薄鋼板的生產能力；按照正常的生產 方式，目前產品的能源生產成本為300元/噸，大大低于燃油成本3000元/噸，成本下降為 90%，按照年產10000噸產品計算，節約成本為2700萬。同時，其所帶來的環境成本的消耗 更是無法估量的。


圖1本發明中裝2塊甲板的淬火回火工藝出入爐示意圖；圖2本發明中裝4塊甲板壓型工藝出入爐示意圖。
具體實施例方式本發明提供的燃氣式生產線爐體及控制裝置包括雙爐體熱處理加熱爐系統、控制 系統為其中的重要組成系統，對于整條生產線的高效、正常運轉起著關鍵作用。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。參見圖1，甲板1上料臺架待命一甲板1入爐到加熱2段一甲板2上料臺架待命一 甲板2進入加熱1段一甲板1和甲板2在各加熱段慢速擺動一加熱2段甲板1進入淬火區 —甲板2在加熱1段等待出爐一甲板1進行淬火一甲板1轉運完成一甲板2出爐一甲板2 進行淬火一甲板2轉運完成一一個工作周期結束。
整板生產工藝要求爐內裝2張甲板、每段各1張。(1)上料吊裝甲板一張，在上料臺架上等待入爐指令，入爐指令啟動，進料爐門 打開，上料爐輥、加熱1段及加熱2段爐輥應同時同速轉動，將第1塊甲板定位于加熱2段， 當確認甲板已經進入爐內后，進料爐門關閉；然后，在上料臺架上，吊裝第2張甲板，在上料 臺架上等待進料指令，進料指令啟動，進料爐門打開，上料爐輥、加熱1段爐輥應同時同速 轉動，將第2塊甲板定位于加熱1段，當確認甲板已經進入爐內后，進料爐門關閉。(2)加熱兩塊甲板在加熱1段和加熱2段內左右慢速擺動，擺動速度擺動距離要 求保證在一定范圍內內，與進出料爐門保持合適的距離。由于冷板進爐會造成溫度的下降， 爐內溫度在規定的升溫時間內加熱到保溫溫度，并且保證爐溫均勻性在士 10°c ；升溫時間 和保溫時間按照不同的工藝時間確定。(3)出爐當滿足工藝要求后，甲板就可以出爐了。出爐時，出料爐門抬起，加熱2 段和淬火壓床爐輥同速轉動(此時加熱1段爐輥仍然保持在加熱1段內慢速轉動)，加熱2 段甲板出爐，進入淬火壓床，出料爐門關閉；等甲板淬火后，壓床輥道和下料臺架輥道上沒 有甲板的情況下，出料爐門抬起，加熱1段、加熱2段及淬火壓床輥道同速轉動，將加熱1段 甲板送出加熱爐，到達淬火壓床，出料爐門關閉。(4)淬火甲板進入淬火區后，通過位置控制，使得甲板位于淬火壓床的合適位 置，一旦到達相應位置，下壓床壓頭抬起，在5-7秒之內將甲板與上壓床壓頭壓緊，確定壓 緊后給水，給水時間按相應工藝確定。完成淬火后，關閉水閥停止給水，下壓頭下降。(5)下料當甲板淬火后，重新到達爐輥時，淬火壓床輥道和下料臺架輥道同時轉 動，將甲板轉運至下料臺架的轉運區相應位置，等待轉運。參見圖2 甲板1組上料臺架待命一甲板1組入爐到加熱2段一甲板2組上料臺 架待命一甲板2組進入加熱1段一甲板1組和甲板2組在各加熱區慢速擺動一加熱2段甲 板1出爐到壓型區一剩余甲板仍在爐內等待出爐一加熱2段甲板2出爐到壓型區一剩余甲 板仍在爐內等待出爐一加熱2段甲板3出爐到壓型區一甲板2組甲板4出爐到壓型區一剩 余甲板仍在加熱2段等待出爐一甲板2組甲板5出爐到壓型區一剩余甲板仍在加熱2段等 待出爐一甲板2組甲板6出爐到壓型區一一個工作周期結束甲板壓型熱處理工藝，此工藝要求爐內裝4-6張壓型甲板、每段各2-3張，。1)上料吊裝第一組壓型板張)，在上料臺架上碼放好，并保持一定的距離間 隔，等待入爐指令；入爐指令啟動，爐門打開，上料爐輥、加熱1段爐輥、加熱2段爐輥同時轉 動，并且保持相同的速度，將這一組壓型板定位于加熱2段；當確認甲板已經進入爐內后， 進料爐門關閉；吊裝第二組壓型板張)，在上料臺架上碼放好，保持一定的距離間隔， 等待入料指令，入爐指令啟動，同時進料爐門開啟，上料爐輥、加熱1段爐輥應同時轉動，并 且保持相同的速度，將這一組壓型板定位于加熱1段；當確認甲板已經進入爐內后，進料爐 門關閉。2)加熱兩組甲板在加熱1段和加熱2段內左右慢速擺動，擺動距離要求保證在 1500mm內，與爐門保持500mm的距離。由于冷板進爐會造成溫度的下降，爐內溫度在規定的 工藝時間內加熱到工藝溫度，并且保證爐溫均勻性在士 10°C ；3)出爐當甲板滿足工藝要求溫度后，甲板就可以出爐了。出料爐門抬起，加熱1 段還保持自己的慢速擺動，加熱2段爐輥和壓床輥道及下料臺架輥道同時啟動，第一組的第一塊甲板出爐，到轉運區準備壓型，第一塊甲板出爐完成后爐門關閉，剩下的甲板仍然在 加熱1段內慢速擺動運行，壓床輥道及下料臺架輥道在甲板到壓型位置后停止。保證每一 組中的每一塊甲板分次出爐，不能出現多塊甲板同時出爐的現象。在加熱2段最后一塊甲 板出爐壓型完成后，開始壓型加熱1段甲板。出料爐門抬起，加熱1段、加熱2段、壓床輥道 及下料臺架輥道同時轉動，將加熱2段的第一塊甲板出爐壓型，確認第一塊甲板甲板出爐 后，出料爐門關閉，加熱1段、加熱2段慢速擺動運行，此時第二組剩余的甲板在加熱1段內 慢速擺動運行，等待再次出爐。壓床輥道及下料臺架輥道在甲板到達位置后關閉。在加熱 2段最后一塊甲板出爐后，關閉出料爐門，出爐全部完成。4)壓型甲板出爐后，通過輥道到達壓型區，完成壓型。本發明生產線采用雙爐區結構，改變以往單爐區傳動的方式，在工藝時間內可以 同時處理兩張整甲板，這樣就可以提高生產效率。兩個工作區分別由兩組鏈條帶動，分別獨 立運行，通過變頻電機和控制裝置來滿足使用。對于兩個爐區在爐體設計、溫度控制、運動 程序上提出了更高的要求，滿足溫度的一致性、保溫時間的一致性、機械運動上獨立性、速 度的一致性、可調性提出了新的要求。以往的速度控制全部是固定的，在生產線設計的時候 就加以確定，但是由于對于設備的出事估算不足等問題，會造成實際應用的結果并不能達 到實際要求，這就會給以后在使用中帶來問題，增加工藝難度。這樣就對于生產線上上料臺 架、爐體傳動、淬火壓床臺架全部采用變頻電機控制，通過變頻器實現速度的可調性、一致 性。速度的可調性將會使得生產不同規格的零件時，可以制定不同的生產速度，既可以提高 生產效率、又方便工藝的有效執行；速度的一致性保證產品在進爐、爐內、出爐、轉運這些過 程中不發生滑動、遲滯等問題，有利于產品的順利運動、位置控制的準確性。產品的位置控制，對于整個生產線的自動運行具有十分重要的意義。其中包括進 料控制、爐內位置控制、壓淬位置控制、卸料位置控制這幾部分。具體實現方法為進料位置 控制在上料臺架上安裝冷板光電開關；爐內位置控制在前后爐門內相應位置處的爐墻外安 裝激光限位開關，保證產品不發生頂撞爐門的現象；壓淬位置控制和卸料位置控制，安裝限 位裝置與控制系統相連；卸料位置控制在卸料臺架上安裝限位裝置，保證產品正確、穩定 停在卸料臺架上；所有控制裝置要保持穩定，保證不能受爐體運行震動、外界溫度、水的影 響，同時帶有保護裝置，防止在工作中由于工作疏忽、溫度等問題造成部件損壞；控制全部 由電腦自動控制、顯示。產品爐內位置確定采用激光熱金屬檢測器方式。以往爐內產品的位置一直是一 個重要的難題。我們是采用雙爐體結構，一次爐內需加熱兩塊甲板，為了實現產品在加熱 爐內的左右往復擺動，必須確定產品爐內的位置，但是以往因為技術問題，只能采用間接方 式(通過計算產品進爐的時間、產品在一定時間內走完的距離來確定)，但是這就會導致由 于產品的大小、長短、滑動、轉動等因素，使得真實的位置與計算的位置出現極大的偏差，使 得產品頂撞爐門、產品滑下傳動爐輥、疊板等問題，給設備的安全運行和正常生產帶來極大 的影響，而且一旦問題出現就無法及時得到解決，造成生產效率的極大下降。為了改變以往 間接測量的問題，通過四組激光熱金屬檢測器直接測量產品位于爐內的位置，根據產品的 不同狀態，調整相關的參數，為自動化運行提供信號，使得產品可以在爐內兩個加熱段內分 別自動運行，相互之間沒有任何干擾，就像兩臺爐子一樣，這樣可以大大提高生產效率，達 到爐體傳動的獨立性與聯系性。這是首次將激光熱金屬檢測器技術應用于薄板的生產過程中。進出料爐門的開閉控制包括正常開啟高度、維修開啟高度、極限開啟高度等位置。 以往爐門的開啟和關閉由人工完成，無法實現自動化。現在通過與上料臺架冷板檢測信號、 進料爐門激光檢測器、爐內激光檢測器、出料爐門激光檢測器、淬火壓床限位器等多組信號 實現爐門的開啟和閉合，為整條生產線的順利運行提供保證。通過集成燃燒控制、爐溫控 制、傳動控制、位置控制等閉環控制系統，實現大尺寸裝甲板加熱淬火的高可靠性自動化生 產。所有的操作全部由各種信號反饋加以控制、連鎖。所以一旦設備運行發生問題，就 會發出提示，同時會根據產生問題原因、嚴重程度提出報告，方便操作人員自行解決、或者 及時聯系有關技術人員提供幫助；不會產生以往設備出現問題，操作工人和維修人員一時 無法找到問題的現象，大大減少了問題查找時間、提高了維修的及時性。本發明生產線設計有進料程序、爐內擺動程序、出料程序、壓淬程序、卸料轉運程 序多組自動程序，還配有上料視頻監控系統、語音提示系統。操作人在將產品放置在上料臺 架上后到產品生產完畢到達卸料臺架，一切操作均在電腦軟件的控制之下自動完成，無需 人工進行監測、調整，將工藝參數固化在生產實踐中，避免了各種人為因素的影響，得以使 得產品性能、質量得到保證。
權利要求
1.燃氣式生產線爐體閉環控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)上料吊裝甲板一張，在上料臺架上等待入爐指令，入爐指令啟動，進料爐門打開， 上料爐輥、加熱1段或加熱2段爐輥應同時同速轉動，將甲板定位于相應位置，將當確認甲 板已經進入爐內后，進料爐門關閉；(2)加熱兩塊甲板在加熱1段和加熱2段內左右擺動，爐內溫度在規定的升溫時間內 加熱到保溫溫度，保證爐溫均勻性在士 10°C ；(3)出爐滿足工藝要求后甲板出爐，出爐時出料爐門抬起，加熱1段或加熱2段和淬 火壓床爐輥同速轉動，加將熱處理后的甲板送出加熱爐，不應出爐的產品還在相應位置處 理，待產品確定出爐后，出料爐門關閉；(4)淬火甲板進入淬火區后，通過位置控制，使得甲板位于淬火壓床的相應位置，下 壓床壓頭抬起，將甲板與上壓床壓頭壓緊，確定壓緊后給水，完成淬火后，關閉水閥停止給 水，下壓頭下降；(5)下料當甲板淬火后，重新到達爐輥時，淬火壓床輥道和下料臺架輥道同時轉動， 將甲板轉運至下料臺架的轉運區相應位置，等待轉運。(6)壓型需要壓型的甲板在到達轉運區后，應送到亞壓型區進行壓型。
2.燃氣式生產線爐體閉環控制裝置，包括進料控制、爐內位置控制、壓淬位置控制、卸 料位置控制、進出料爐門開閉；其特征在于進料位置控制，在上料臺架上安裝冷板光電開 關；爐內位置控制，在前后爐門內相應位置處的爐墻外安裝激光限位開關；壓淬位置控制 和卸料位置控制，安裝限位裝置與控制系統相連；卸料位置控制在卸料臺架上安裝限位 裝置；上述的產品爐內位置確定采用激光熱金屬檢測器方式，加熱爐系統分為雙爐區結構。
3.如權利要求2所述的燃氣式生產線爐體閉環控制裝置，其特征在于上料臺架、爐體 傳動、淬火壓床臺架采用變頻電機控制。
4.如權利要求2或3所述的燃氣式生產線爐體閉環控制裝置，其特征在于進出料爐 門的開閉控制包括正常開啟高度、維修開啟高度、極限開啟高度位置；通過控制上料臺架冷 板檢測信號、進料爐門激光檢測器、爐內激光檢測器、出料爐門激光檢測器、淬火壓床限位 器信號實現爐門的開啟和閉合。
全文摘要
本發明應用于裝甲鋼板的加熱壓淬生產，涉及一種燃氣式生產線爐體閉環控制方法及裝置。通過采用雙爐體加熱結構，改變以往單爐區傳動的方式，在工藝時間內可以同時處理兩張整甲板，形成連鎖的閉環控制系統，實現生產線的自動運行、爐門的自動開閉。并且首次在薄板的生產過程中應用激光熱金屬檢測器技術。所有的操作全部由各種信號反饋加以控制、連鎖；操作人在將產品放置在上料臺架上后到產品生產完畢到達卸料臺架，一切操作均在電腦軟件的控制之下自動完成，無需人工進行監測、調整，將工藝參數固化在生產實踐中，避免了各種人為因素的影響，得以使得產品性能、質量得到保證。
文檔編號C21D1/673GK102134634SQ20111005056
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月2日 優先權日2011年3月2日
發明者龐金錄, 張寶起, 張小強, 張渠, 李宏偉, 李密, 畢泗元, 王亮, 白潔, 耿文新, 謝民德, 魏玉春 申請人:北京北方車輛集團有限公司