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全氢罩式退火炉控制系统陈开华（1．重庆钢铁集团公司电子有限责任公司重庆400080 2. 重钢电子公司）[摘要]介绍全氢罩式退火炉控制系统,采用模糊控制技术设计在线退火设定模型和温度控制器，编制基于S7-300PLC的退火炉系统控制软件和监控软件，形成具有自主知识产权的退火炉控制技术。
[关键词]全氢罩式退火炉；PLC；模糊控制；脉冲控制；程序控制Automatic Control System of Bell-Type Annealing Furnace with Pure HydrogenChen Kaihua1, Li Jianzhong 2（1. Electronic Co. Ltd Subsidiary To ChongQing Iron And Steel Industry Group，ChongQing 400080, China; 2. ChongGang Electronic Co.）Abstract: This thesis introduces the Control System of Bell Type Annealing Furnace with Pure Hydrogen which designs On-line Annealing set-point model and Temperature controller with the technology of fuzzy control, compiling the control software and supervising software of the Control System for Annealing Furnace based on S7-300PLC.Having been applied for patent, this technology of Annealing Furnace control rightfully enjoys intellectual property.Key W ords: Bell-Type Annealing Furnace of Pure Hydrogen ;PLC; Fuzzy Control; pulse control; program control[作者简介] 陈开华（1957—），男，重庆人，高级工程师，主要从事冶金工业自动控制系统的设计和研发工作。
全氢罩式退火炉培训教材20111112第一章全氢罩式退火炉的工艺与设备一、概述全氢型保护气体单垛式紧卷罩式炉，实际上不单纯只是采用全氢而与氢氮保护气体相区别，而同时这种全氢型罩式炉在设备和工艺上还采取了相应的技术措施，以适应于全氢保护气体新技术的发展，从而建成了以提高退火产量和质量为目的的新一代全氢型保护气体单垛式紧卷罩式炉。
全氢作为保护气体，早在70年代初期，国外某工业炉公司就开发了这项新技术，当时应用于铜基金属工业，70年代末推广到钢铁工业，80年代中期进行普遍推广应用。
据有关资料记载至1993年这家工业炉公司制造并投产的全氢罩式炉共有500多座，分布在世界20个国家和地区。
随着冷轧带钢生产的迅速发展，世界各国面临着兴建和改造老式罩式炉的新形势。
目前世界上具备全氢单垛式紧卷罩式炉新技术和提供全套设备的能力的厂家还不太多，据了解首先是欧洲一家工业炉公司，其次是欧洲另一家工业炉公司。
前者生产的罩式炉称作“强对流全氢罩式炉”（奥地利EBNER工业炉公司），主要特点是采用全封闭退火炉台、全封闭炉台循环风机、横波形内罩以及气－水组合式冷却罩。
后者生产的罩式炉称作“高效能全氢罩式炉”（德国LOI工业炉公司），主要特点是采用敞开炉台、将炉台循环风机与电动机分开的弹性连轴器、平面形内罩以及外部分流快速冷却设备和空气冷却罩等。
上述两家公司采取的设备手段虽然有所不同，但其技术实质均遵循着强对流和全氢技术这个基本出发点，适应全氢退火的严密性和安全性，从而达到提高退火产量和质量的目的。
二、强对流全氢罩式炉技术1.强对流冷轧带钢卷罩式炉退火采用间歇式生产方式，以高炉和焦炉混合煤气作为燃料，通过内罩对带钢卷进行间接加热。
罩式炉退火是以流体力学传导理论为基础。
炉料得到热量多少取决于内罩壁的辐射传热和气体对流传热的能力。
由于轧制后的带钢横向存在着中间厚、两个边部薄的横向偏差，所以即使在较大轧制张力下卷曲钢卷，仍会出现带钢中间部位层间压力大、两个边部层间压力小的情况，因此带钢层间存在间隙；其次，为了减少退火工序中由于带钢层间压力过大而产生的粘结缺陷，在保证卷齐钢卷的条件下，应尽量降低轧制张力，这样更增大了间隙。
冷轧钢带65mn全氢罩式炉球化退火工艺研究及应用1 概述冷轧钢带65Mn是一种高强度、高硬度的低合金钢，因其卓越的机械性能被广泛应用于机械制造等行业。
然而，冷轧后的钢带会产生强烈的应力，影响其机械性能和形状稳定性，需要进行球化退火处理。
本文研究了全氢罩式炉球化退火工艺及其应用。
2 全氢罩式炉球化退火工艺原理全氢罩式炉球化退火工艺是一种常用的球化退火工艺。
该工艺采用氫气作为炉内退火气体，将钢带置于全氢罩式炉内进行加热、保温和冷却。
由于氫氣分子小，能够快速渗透进入钢带内部，有效降低钢带的内部应力和硬度。
在实际操作中，将退火炉内加入一定量的氫氣，形成一定浓度的氫氣氛，将钢带置于在高温氫氣氛中进行加热，使钢带达到退火温度，并保持一定时间，然后在氫氣氛中冷却至室温，即完成了球化退火处理。
3 全氢罩式炉球化退火工艺的优点（1）钢带表面无氧化皮、无碳化物和无金属污染，有利于表面质量的提高和后续加工处理的降低。
（2）由于氫氣分子小，能够有效渗透进入钢带内部，减少内部氧化并降低内应力和硬度，同时还能降低球化退火温度，大大缩短生产周期和能耗。
（3）由于球化退火温度降低，钢带在退火过程中具有良好的韧性和塑性，使得其具有更好的加工性能和形状稳定性。
4 实验分析为了研究全氢罩式炉球化退火工艺的适用性，我们在实验室进行了一系列实验。
首先，我们制备了一批65Mn冷轧钢带，将其分成两组，一组采用常规的空气球化退火，另一组采用全氢罩式炉球化退火。
退火处理后，我们对两组样品进行性能测试，得到如下结果。
对比两组样品的硬度和拉伸强度，我们可以发现，采用全氢罩式炉球化退火的样品的硬度和拉伸强度均显著低于常规空气球化退火的样品。
这说明，全氢罩式炉球化退火能够有效降低外部和内部应力，同时还能提高钢材的韧性和塑性，使其更适合进行后续加工。
5 工业应用全氢罩式炉球化退火工艺具有广泛的工业应用价值。
例如在汽车、航空、军工等高端制造领域，对冷轧钢带的机械性能要求极高，采用全氢罩式炉球化退火工艺能够满足这些行业对钢材性能、品质和稳定性的要求。
全氢罩式退火炉安全控制引言全氢罩式退火炉是一种常用的化学气相沉积设备，主要用于制备各种材料的薄膜。
在使用过程中，需要加入氢气等特殊气体，因此需要考虑设备的安全性。
为了确保全氢罩式退火炉使用过程中的可靠性和安全性，需要灵活使用各种手段进行控制和管理。
本文将介绍如何对全氢罩式退火炉进行安全控制。
安全控制措施在全氢罩式退火炉的操作过程中，应根据以下措施进行安全控制：设备安全在使用全氢罩式退火炉之前，应确保设备的安全性。
首先应检查所有的管道和阀门是否已经紧闭并且安装正确，电缆是否接好。
其次，需要检查设备中的氢气、氮气等气体储罐的安全性，以避免设备出现爆炸等事故。
火灾安全全氢罩式退火炉使用过程中容易发生爆炸、火灾等事故，因此需要进行火灾安全控制。
在使用全氢罩式退火炉之前，应排除设备中的氢气、氢气出口的管道以及各个部位松散的螺栓等设备隐患。
在炉内进气之前，应先充入气体和气体冷却水，以保证炉内有气流、炉外有冷却。
此外在全氢罩式退火炉的使用过程中，过程变化、异常情况自动诊断功能也要设定完善。
氧含量控制在全氢罩式退火炉的使用过程中，氧含量也需要进行控制。
高氧含量可能导致材料的腐蚀。
因此，在全氢罩式退火炉的使用过程中，应加入足够的氢气，控制气氛所含氧的浓度。
温度控制在全氢罩式退火炉操作过程中，温度控制非常关键。
需要根据所需退火温度，逐步升温或降温，并保持一定的升温或降温速率，以避免温度变化太过剧烈，形成热应力，从而导致材料变形、开裂等问题。
气压控制在全氢罩式退火炉操作过程中，气压控制也非常重要。
全氢罩式退火炉的气压一般设定在 100 Pa 左右，以保持非常干净的炉内环境。
需要注意的是，气压过低会导致退火过程不稳定，温度控制不当。
结论全氢罩式退火炉是一种非常重要的化学气相沉积设备，但在使用过程中也存在安全隐患。
为了确保全氢罩式退火炉使用过程中的可靠性和安全性，应根据设备安全、火灾安全、氧含量控制、温度控制以及气压控制等措施进行控制和管理，确保全氢罩式退火炉操作过程的安全，保障设备和操作人员的安全。
全氢罩式退火炉安全控制参考文本In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of EachLink To Achieve Risk Control And Planning某某管理中心XX年XX月全氢罩式退火炉安全控制参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。
1概述强对流全氢罩式退火炉（以下简称全氢罩式炉）是在原低氢罩式炉的基础上于70年代发展起来的，具有低能耗、高效率、退火产品品质优良等众多特点。
国外在1984年开始大量应用于宽带钢卷的退火，至今已有近千座全氢罩式炉在世界各地建成。
在奥地利的奥钢联、德国的克勒克纳冷轧厂和蒂森冷轧厂、美国的l－TV钢厂和USX钢厂等钢铁企业中，都可以见到正在工作的全氢罩式炉。
直到80年代末、90年代初，全氢罩式炉这项先进的生产工艺才随着国外生产工艺、控制技术的成熟逐步引进到国内，并迅速得到推广。
国内已有鞍钢、武钢、本钢、上海益昌冷轧薄板厂、海南鹏达冷轧薄板厂等单位先后引进、建成了全氢罩式炉，生产、使用情况良好。
近年建设或改造的冷轧薄板厂正在大量采用全氢罩式炉，原有的低氢罩式炉正面临被全氢罩式炉替代的局面。
全氢罩式炉的安全性是至关重要的，这主要是由干在退火过程中采用了易燃、易爆的氢气充当退火产品的保护气体和热传导体，稍有不慎即有可能发生着火或爆炸事故。
如果没有可靠的安全保障措施，即控制系统没有完善的控制策略，不仅全氢罩式炉的生产不能进行，而且还有破坏整个生产设施的可能。
浅谈全氢罩式退火炉设备安装及调试技术作者：李波来源：《科学与财富》2017年第21期摘要：通过对全氢强对流罩式退火炉设备安装调整和设备烘炉调试过程的研究，对全氢强对流罩式退火炉设备安装及调试过程中应注意的事项和技术要求进行总结及探讨。
关键词：全氢强对流罩式退火炉设备安装；烘炉调试一、引言迁安思文科德冷轧工程全氢强对流罩式退火炉机组共包括：48个炉台、96支导向柱、48个内罩、26个加热罩、22个冷却罩、能介调压站等。
由于加热罩和冷却罩互换性的特点，在安装过程中不仅单个炉台和导向柱调整要达到要求，而且48台炉台及其配套的96支导向柱的调整同时达到统一性和标准性。
二、全氢强对流罩式退火炉设备安装1、罩式退火炉设备安装流程罩退机组中炉台与炉台之间没有相互关系，但是加热罩和冷却罩具有互换性，所以，保证整个区域的炉台标高和水平，及导向柱的垂直度是达到这种工艺要求的关键，而保证炉台调整的前提条件就是基础的标高的一致性，安装调整罩式炉机组前的基础复测及中心标板的埋设是保证炉台调整的关键。
导向柱的调整主要是保证两个导向柱与炉台之间的相对距离，通过制作标尺来达到快速调整每个炉台导向柱的要求。
2、罩式退火炉炉台及导向柱安装（1）中心标点及基准点的布置原则罩退机组区域中基准点以每12个炉台为一组设置1个，设置2个基准点，共计6个基准点，纵向中心标点以6个炉台为一组设置，横向中心标点以2个炉台为一组进行设置，共设置32组共计64个中心标点。
（2）炉台设备的调整由于炉台和导向柱底座直接与土建预埋板进行焊接固定，不存在通过斜垫板调整的施工环节，对罩退机组所有炉台底座的每块预埋板的4个点进行基础标高的复测，将复测数据进行汇总整理，将每个炉台4个支腿底部固定的垫板（尺寸250mm*250mm*30mm，支腿和垫板之间通过φ40的固定销进行固定）进行加工，加工完毕之后根据编号在预埋板上放置固定垫板，同样对每块垫板的4个点进行调整，调整验收完毕将垫板点焊在预埋板上，防止外界因素导致垫板偏移。
全氢罩式退火炉安全控制(新版)Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0311全氢罩式退火炉安全控制(新版)1概述强对流全氢罩式退火炉（以下简称全氢罩式炉）是在原低氢罩式炉的基础上于70年代发展起来的，具有低能耗、高效率、退火产品品质优良等众多特点。
国外在1984年开始大量应用于宽带钢卷的退火，至今已有近千座全氢罩式炉在世界各地建成。
在奥地利的奥钢联、德国的克勒克纳冷轧厂和蒂森冷轧厂、美国的l－TV钢厂和USX钢厂等钢铁企业中，都可以见到正在工作的全氢罩式炉。
直到80年代末、90年代初，全氢罩式炉这项先进的生产工艺才随着国外生产工艺、控制技术的成熟逐步引进到国内，并迅速得到推广。
国内已有鞍钢、武钢、本钢、上海益昌冷轧薄板厂、海南鹏达冷轧薄板厂等单位先后引进、建成了全氢罩式炉，生产、使用情况良好。
近年建设或改造的冷轧薄板厂正在大量采用全氢罩式炉，原有的低氢罩式炉正面临被全氢罩式炉替代的局面。
全氢罩式炉的安全性是至关重要的，这主要是由干在退火过程中采用了易燃、易爆的氢气充当退火产品的保护气体和热传导体，稍有不慎即有可能发生着火或爆炸事故。
如果没有可靠的安全保障措施，即控制系统没有完善的控制策略，不仅全氢罩式炉的生产不能进行，而且还有破坏整个生产设施的可能。
本文针对全氢罩式炉保护气体应用的安全性，介绍全氢保护气体控制过程的安全控制策略，以增强对这－问题的认识。
2全氢罩式炉设备及工艺过程简介全氢罩式炉是用来消除由冷轧变形而使带钢产生的内应力的一种处理装置。
通过使带钢升温、保温、降温的过程进行带钢的再结晶退火。
一座全氢罩式炉的基本设备包括：（1）一个带有底部循环风机的炉台及其附属介质供给管路。
（2）一个底部敞开、其余封闭焊接成整体的保护罩（以下简称内罩）。
将它扣在炉台上即与炉台构成一个封闭的小空问（以下简称退火空间），退火带钢就置于退火空间之中。
在退火过程中，退火空间即充满纯氢气以保护带钢在高温下不至干氧化。
（3）一个制成罩形的加热装置（以下简称加热罩）。
加热罩扣在内罩之上，两罩之间形成一个燃烧室，燃料在此燃烧，热量通过内罩传递到退火空间内。
（4）一个制成罩形的带冷却风机的冷却装置（以下简称冷却罩）。
（5）一套快冷装置。
这种装置有两种，一种为在冷却罩内向内罩喷水的喷淋冷却装置，一种为将保护气体循环通过换热器进行快冷的底部循环快冷装置。
（6）一套全氢罩式炉过程控制系统。
全氢罩式炉一个生产周期包括：装带卷、扣内罩；退火空间冷密封试验；氮气吹扫；扣加热罩加热；带钢保温；退火空间热密封试验；加热罩吊走和扣冷却罩进行风冷；快速冷却；退火空间氮气后吹扫、吊走冷却罩；吊走内罩和带钢。
3典型炉型的保护气体安全控制策略在一般情况下，空气中氢气的爆炸浓度为4％～72％，且着火点很低。
因此，安全使用全氢保护气体进行退火生产的核心就是让氢气和氧气隔离或使混合气体无法达到爆炸浓度。
全氢罩式炉使用含微量氢气的氮气作为氢气和氧气的隔离气体。
在正常情况下，这种氮气仅用来吹扫退火空间。
只有在故障处理等不得已情况下才用这种氮气对退火空间进行事故吹扫或充当保护气体继续完成退火过程。
全氢罩式炉在其过程控制系统监控下按固定的操作次序一步一步自动完成退火全过程，仅在吊扣加热罩、冷却罩时需等待人工操作，通常情况下，过程控制系统通过不断的测试和监控保证整个退火过程安全进行。
一旦发现不正常现象出现，控制系统即刻按照预先编制的处理程序一步一步使过程转为正常或安全停机。
根据快速冷却工艺方式的不同，目前世界上流行两种全氢罩式炉，以奥地利EBNER公司为代表的采用冷却罩喷淋快冷方式的全氢罩式炉（以下简称EBNER型炉），其保护气体系统流程见图1；以德国LOI公司为代表的采用底部循环快冷方式的全氢罩式炉（以下简称LOI型炉）。
在一个炉台正常的退火周期中，保护气体的充入和排出包括下列步骤：（1）氢气进口阀的泄漏性试验。
这是为了测试两级氢气电磁阀是否具有良好的关断性能，每个退火周期开始时必须进行一次这种测试。
EBNER型炉是向两级电磁阀17a、b和c之间充入隔离氮气并测量压力能否被保持来判断电磁阀是否关断良好。
隔离氮气压力比氢气压力高，这种测试随时都可进行。
如果氢气进口电磁阀有泄漏，炉台就不能投入工作。
EBNER型炉还用隔离氮气封堵两级氢气电磁阀。
（2）退火空间冷态密封试验。
这是在全氢罩式炉装完钢卷扣好内罩后进行的，它测试退火空间是否有效地与外界隔离，其方法是打开氮气阀（如图1中的阀15）向退火空间充入一定压力的氮气，然后关闭所有进气阀、排气阀，通过压力开关（如图1中的7）测量退火空问内能否在一定时间内保持压力。
如果测试不能通过，则发出警报，炉子不能进行退火过程，必须人工处理后再进行泄漏试验。
（3）退火空间氮气吹扫。
这是将退火空间的氧气吹出去。
这个过程既要保证一定的吹气量，又要保证一定的吹气时间，吹气量、吹扫时间是通过计算和试验确定下来的。
EBNER型炉分大流量、小流量等几种方式吹扫。
这个过程必须保证将退火空问的氧气降低到一个很低的浓度。
（4）退火空间充入氢气及吹扫。
氮气吹扫结束后即可向退火空问充入大量纯氢气，整个退火过程即可在全氢的保护气体情况下进行。
所谓氢气吹扫就是要把在加热过程中带钢残留乳化液的汽化物带出退火空间，这个过程的时问长短取决于工艺要求。
吹扫用氢气量的大小也可以分档调节。
排出的氢气可以放空也可以送到加热罩烧掉，而且氢气排出管一般单独设立。
（5）在整个用氢气退火的过程中，退火空间的压力不中断地受到监控。
因为压力太高容易导致设备损坏和密封被破坏，也表示有设备工作不正常。
压力太低容易因某种干扰使其变成负压而吸入空气产生危险或表示发生了泄漏。
EBNER型炉采用一组压力开关5、6、7监控退火空间压力，可监控6个压力值。
一般来说，在整个退火周期中，氢气供给阀总是打开的，而氢气排出阀根据要求有时开、有时关。
当退火空间压力降低到一个预定值时，控制系统自动关闭正打开的气体排出阀，以期待压力回升后再继续退火，如果压力继续下降到报警值时，控制系统则自动关闭全部排出阀和氢气进口阀，打开氮气进口阀向退火空间充氮气。
如果压力恢复则可继续通入氢气退火。
如果在给定的时间内压力不能恢复，则发出报警信号并用大流量氮气吹扫退火空间。
如果退火空间压力升高，则关闭气体进口阀、打开排出阀直到压力恢复再按程序继续退火。
如果压力继续升高到报警值，立即发出报警信号。
如果这个压力保持的时间超过设定的时间值时，控制系统就自动关闭加热系统，退火过程中断，这时就需要操作人员处理故障后启动系统。
（6）加热结束前退火空间要进行一次热态密封试验。
热态密封试验主要是为了检验内罩经过加热过程是否出现了破损。
因为在冷却过程中，退火空间的气体降温、体积缩小，如果退火空间密封不严则有可能吸入空气，这比加热时如果密封不严而泄漏氢气到燃烧室中要危险得多。
热态密封试验和冷态密封试验方法基本相同，只是测试气体为当时用的保护气体（一般为氢气）。
另外测试时应尽量保持加热功率稳定以克服产生的影响。
如果测试不能通过，则控制系统发出报警信号，通知操作人员处理。
因为热态密封试验不能通过也有可能是由干加热系统故障或其他干扰造成的。
必要时可人工再启动作一次热态密封试验，然后根据情况选用氢气或氮气充当保护气体继续完成冷却过程。
一般在热态密封测试的同时还要对氢气进口阀进行一次泄漏试验。
（7）冷却过程结束后，退火空间还要进行氮气后吹扫。
目的就是用氮气将退火空间的氢气吹扫出去。
氮气的吹扫时间、吹气量同样要有严格的保证，否则就不能吊走内罩。
在退火过程中，如果出现阀门或其他设备的故障，全氢罩式炉控制系统可以在上述一系列测试中发现异常现象而做出及时的反应。
对于控制系统本身1／O接口出现故障，罩式炉控制装置的自检功能会发出警报，现场控制设备则尽量保持原状，操作人员能很快更换上备用设备，退火过程即可继续进行。
对于氢气、氮气供给，全氢罩式炉控制系统有专门的功能来监控。
如果氢气源出了故障则用氮气充入退火空间保持全氢罩式炉群处于安全状态，并报警等待氢气恢复。
如果是氮气源出了故障，则报警并用球罐内储存的氮气维持生产。
EBNER型炉控制系统还有一套炉群控制联锁功能，在氮气源故障由球罐供应氮气时，如果氮气储量低于一定值，则自动停止启动新的炉台退火过程以保证已经生产着的炉台能安全运行下去。
如果在退火过程中突发全厂停电事故，全氢罩式炉控制系统输出全部复位，除了特别选定的氮气供给常开阀（ENBER为15）打开外，所有阀门均会关闭，氮气就会进入退火空问。
由于氮气密度比氢气大，氮气会在退火空间的下部顶住氢气不会泄漏到内罩之外。
EBNER型炉的隔离氮气电磁阀11也是常开阀，隔离氮气通过这个阀可以把氢气电磁阀17也给封堵严密，防止氢气泄漏。
如停电时间过长，则可由操作人员手动打开气体排出阀，一炉一炉用氮气吹扫退火空间。
但在正常情况下这种操作是不允许的。
因为开出口阀的联锁条件不满足，控制系统立即会由于生产状态的变化（如炉压可能降低）而启动相应的控制策略使退火过程中断。
4结束语全氢罩式炉保护气体安全控制策略是全氢罩式炉控制系统中极为重要的控制功能，是工艺控制功能不可缺少的补充。
安全控制策略已趋向成熟，全氢保护气体在全氢罩式炉中应用的安全性已经有了可靠的保证。
可靠的设备、完善的过程系统设计、严格的安全操作规程是安全生产的三大重要固素。
不安全的操作，在全氢罩式炉这样的机组生产过程中是应该绝对禁止的。
这种不安全的操作主要是指在各退火步骤中人为手动操作各种供气阀门或对有故障的阀门手动开关操作。
对于全氢罩式炉这种周期性生产的机组来说，一旦发现故障，控制系统就应根据安全的要求让退火过程停下来，以供操作者排除故障，绝对不应该让设备带故障运行。
EBNER公司的控制系统就没有在仪表室内操作盘上给保护气体供给系统的备个阀门提供任何手动操作开关、按钮，这些阀门必须在控制系统的自动控制下开关。
所谓手动退火操作仅指退火步骤的手动切换，而且是有条件的，一般不会用到，只是在退火过程中排除设备故障后继续退火时才可能运用。
因此，过程控制系统手动操作功能的设置和可达到的手动操作程度在过程控制系统设计时一定要仔细考虑，不是所有的工艺过程都适合人工手动操作的。
