阅读说明：本技术 热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法 (Operation method of nitrogen interlocking control system of hot galvanizing vertical annealing furnace ) 是由 王海 张国堂 林明涛 詹旭 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提出了热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法,采用氮气压力与炉压、氢气总阀以及生产线急停或快停进行联锁,氮气总阀处的流量和压力的监控。有益效果：采用联锁控制,限制氮气异常情况下对退火炉及其他设备的损害,降低损失。避免产生大量的氧化铁皮对炉膛内重要设备的污染和造成设备损坏。(The invention provides an operation method of a nitrogen interlocking control system of a hot galvanizing vertical annealing furnace, which interlocks by adopting nitrogen pressure and furnace pressure, a hydrogen main valve and production line sudden stop or quick stop, and monitors the flow and the pressure at the nitrogen main valve. Has the advantages that: and the interlocking control is adopted to limit the damage to the annealing furnace and other equipment under the abnormal condition of the nitrogen and reduce the loss. Avoid producing the pollution of a large amount of iron oxide scales to important equipment in the furnace and causing equipment damage.)

热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法

技术领域

本发明属于退火设备，涉及热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法。

背景技术

正常生产时退火炉温度较高，通常在680-850℃以上，退火炉氮气流量突然下降或氮气流量异常误操作停止充氮，退火炉炉压下降，外部冷空气进入退火炉，对退火炉的危害极大，首先冲击的是退火炉的耐材，内衬以及炉辊等重要设备，带钢迅速氧化，产生大量的氧化铁皮，对炉辊辊面及检查传感器产生二次冲击，永久性损坏退火炉内设备，维修和维护设备成本高昂，常常维修成本高于新设备的采购，施工时间长，设备功能下降到正常值以下，对生产和检修的影响较大。

退火炉内耐火材料在高温下接触冷空气，耐材与空气中的水分子结露，在热膨胀下迅速冷却导致耐火材料收缩变形，开裂脱落，移位等不同程度的损坏，退火炉炉内耐材保护下的重要设备或基体暴露，重要设备或基体材料失去耐材的保护而损坏。退火炉内衬通常采用不锈钢材料，在热涨冷缩的情况中变形、鼓包、局部脱落、开裂等情况的发生。退火炉辐射管受到热涨冷缩变形，开裂，作为退火炉内部重要的加热设备，如果煤气泄露会导致退火炉***事故，退火炉辐射管数量较多一般在100根以上，检查或更换需要停煤气，拆卸连接供气管路，施工量较大，更换检测时间较长。

更为严重的是退火炉内的带钢在高温情况下迅速氧化，产生大量的氧化铁皮，集中在带钢上表面粘附在辊子表面，与运行的带钢产生相对的摩擦，造成炉的损坏。带钢长度一般在400米以上，大量的氧化铁皮集中在炉底，随着辊子和带钢的运行，集中到分段区域，在预热段、加热段、缓冷段、急冷段和水平转向段的连接处堆积，严重时导致断带事故。退火炉内的产生的大量氧化铁皮粘附在炉内检测元件上，影响检测元件的准确性。

退火炉内的产生的大量氧化铁皮对于布置在炉内的横向设备上的残留均需要清理干净，尤其炉内布置的风箱喷嘴之间清理难度较大，清理不干净或未清理后续还需要停机处理，否则再次生产时掉落至带钢上或辊面上造成二次损坏，直接影响产品质量。

发明内容

本发明为解决以上问题，提出热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法。

本发明的技术方案:热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法，采用氮气压力与炉压、氢气总阀以及生产线急停或快停进行联锁，氮气总阀处的流量和压力的监控，退火炉入口密封辊氮气压力，预热段、加热段、缓冷段、急冷段和水平转向段炉压的异常下降、退火炉氧含量检测、退火炉露点检测、炉温在高温模式下与氮气流量压力联锁防止手动误操作或错误的停止、控制氮气的最小流量和压力，确保炉压在安全范围内防止冷空气进入退火炉；退火炉中退火炉入口密封辊氮气压力，预热段、加热段、缓冷段、急冷段和水平转向段炉压每个段均有检测仪表，检测炉压及入口密封辊氮气压力的变化，检测氧含量、检测露点，其中以一个段出现实际数据高于或低于设定值数据，触发报警单元以及氮气流量调节阀的开口度进行补救调整，确保氮气炉分压正常，氮气流量调节到最大值影响生产或能够影响总管的氮气压力和流量的限制阀值而无法满足生产条件的，触发停机降温模式，调整燃烧系统的空燃比，降低煤气流量，提高冷却段的风机转速加速带钢的冷却，降低生产线速度或直接停机；如果氮气炉分压很快降低，无法保压，大量的冷空气进入炉膛，造成各个段均有影响，触发生产线急停信号，炉压的阀值与生产线运行的急停或快停进行联锁，及时停止生产线，防止大量的冷空气进入炉膛，同时触发的还有氢气总阀关闭的控制，杜绝氮气混合气体内的氢气与空气中大量的氧气混合。

优选的是预热段、加热段、缓冷段、急冷段各设置两个炉压检测仪表。

进一步的，两个炉压检测仪表分别设置在每个分段的顶部、底部。

优选的是预热段、加热段、缓冷段、急冷段各设置两个炉温检测仪表。

进一步的，两个炉温检测仪表分别设置在每个分段的顶部、底部。

本发明的有益效果：采用氮气压力与炉压、氢气总阀以及生产线急停或快停进行联锁，限制氮气异常情况下对退火炉及其他设备的损害，降低损失。避免产生大量的氧化铁皮对炉膛内重要设备的污染和造成设备损坏，同时触发的还有氢气总阀关闭的控制，杜绝氮气混合气体内的氢气与空气中大量的氧气混合后发生***事故。

附图说明

图1是本发明立式退火炉氮气联锁控制系统示意图；

图2是本发明立式退火炉氮气控制系统示意图；

图3是本发明立式退火炉氮气流量错误及误操作联锁示意图；

图4是本发明立式退火炉氮气管网压力或流量异常降速停机联锁示意图；

图5是本发明立式退火炉氮气管网压力或流量异常急停联锁示意图；

符号说明：

1、退火炉

100退火炉炉体

101、预热段炉温炉压显示

102、加热段炉温炉压显示

103、缓冷段炉温炉压显示

104、急冷段炉温炉压显示

105、水平转向段炉温炉压显示

106、炉子入口密封

107、预热段放散

108、加热段放散

109、缓冷段放散

110、急冷段放散

2、氮气管网

200、氮气总管

201、氮气快切阀

202、氮气流量压力检测

203、氮气流量压力显示

204、氮氢混合三通调节阀

205、炉箅子氮氢保护气总管

3、氢气管网

300、氢气总管

301、氢气快切阀

302、氢气流量压力检测

303、氢气流量压力显示

400、氮气流量错误或误操作联锁条件

401、氮气流量调节阀

402、误操作限制条件

403、触发联锁保护

404、设备允许可动条件

405、故障恢复

406、调节范围内调节

407、调节值的反馈信号判断

500、氮气异常处理

501、氮气管网压力及流量监控异常

502、退火炉氮气异常引起异常判断

503、提示联系***紧急处理

504、退火炉氮气管网压力趋势的判断

505、提示降速生产

506、生产线降速停机条件满足

507、触发停机联锁信号

600、氮气较为异常处理

601、氮气管网压力及流量监控较为异常

602、退火炉氮气较为异常引起异常判断

603、立即联系***紧急处理

604、退火炉氮气管网压力波动大趋势判断

605、报警剩余可恢复预计时间

606、生产线紧急停机

607、触发急停联锁信号

700、氮气联锁控制系统

701、氮气联锁控制系统操作端

702、联锁保护控制模块

703、信号采集模块

704、二级控制系统

705、炉温检测

706、炉压检测

707、氧含量检测

708、露点检测

709、煤气量检测

710、空燃比变量检测

711、生产规格

712、生产线速度

713、降速生产

714、降速停机

715、快速停机

716、紧急停机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

热镀锌立式退火炉氮气联锁控制系统操作方法，采用氮气压力与炉压、氢气总阀以及生产线急停或快停进行联锁，氮气总阀处的流量和压力的监控，退火炉入口密封辊氮气压力，预热段、加热段、缓冷段、急冷段和水平转向段炉压的异常下降、退火炉氧含量检测、退火炉露点检测、炉温在高温模式下与氮气流量压力联锁防止手动误操作或错误的停止、控制氮气的最小流量和压力，确保炉压在安全范围内防止冷空气进入退火炉；退火炉中退火炉入口密封辊氮气压力，预热段、加热段、缓冷段、急冷段和水平转向段炉压每个段均有检测仪表，检测炉压及入口密封辊氮气压力的变化，检测氧含量、检测露点，其中以一个段出现实际数据高于或低于设定值数据，触发报警单元以及氮气流量调节阀的开口度进行补救调整，确保氮气炉分压正常，氮气流量调节到最大值影响生产或能够影响总管的氮气压力和流量的限制阀值而无法满足生产条件的，触发停机降温模式，调整燃烧系统的空燃比，降低煤气流量，提高冷却段的风机转速加速带钢的冷却，降低生产线速度或直接停机；如果氮气炉分压很快降低，无法保压，大量的冷空气进入炉膛，造成各个段均有影响，触发生产线急停信号，炉压的阀值与生产线运行的急停或快停进行联锁，及时停止生产线，防止大量的冷空气进入炉膛，产生大量的氧化铁皮对炉膛内重要设备的污染和造成设备损坏，同时触发的还有氢气总阀关闭的控制，杜绝氮气混合气体内的氢气与空气中大量的氧气混合后发生***事故。

优选的是预热段、加热段、缓冷段、急冷段各设置两个炉压检测仪表、两个炉温检测仪表，顶部、底部各一个。

参照附图1、2，正常生产状态下，对于氮气的最低控制量于生产系统联锁，异常状态下与生产系统联锁，包括氮气系统有波动通过降速可以弥补、氮气系统的缓慢降低还有可以挽回的操作时间、氮气系统的异常波动明显可恢复的时间较短、氮气系统的异常波动无法挽回必须紧急停机处理。退火炉1是连续热镀锌生产线的大型设备，基于加热设备和多仪表检测控制功能为一体主要设备，主要是对生产材料的再结晶退火和表面残油、残铁的氧化还原，退火炉有一个密封的退火炉炉体100***的介质管路组成（本发明主要以氮气系统和氢气系统的联锁提出，其他省略），氮气管网2和氢气管网3组成的退火炉保压和炉箅子氮氢保护气总管205提供炉内的气氛的控制。本发明主要添加了针对上述正常和异常的几种处理方法和故障类型所作出的联锁氮气联锁控制系统700中包括的氮气联锁控制系统操作端701连接的联锁保护控制模块702，联锁保护控制模块702与二级控制系统704相连接，信号采集模块703将采集数据反馈至联锁保护控制模块702，信号采集模块703连接的采集反馈信号主要有炉温检测705、炉压检测706、氧含量检测707、露点检测708、煤气量检测709、空燃比变量检测710等与氮气联锁控制有关的检测元件和传感器，将时时刷新的实际值反馈至操作系统和联锁控制系统，退火炉1连接生产线的二级系统704和氮气联锁控制系统操作端701相互发送和传输监控数据，保证退火炉的氮气和氢气系统的正常，氮气控制系统中的异常主要存在于操作者和***管网压力的波动或异常减小或停止均会冲击生产线的正常生产。氮气管网2中由氮气总管200提供氮气入口，经过氮气快切阀201连接氮气流量压力检测202检测氮气的压力和流量显示至HMI画面或现场仪表显示器上，氮气输送至退火炉1的各个区域中并显示炉温以及炉压，退火炉炉体内一般有五段检测和显示，即预热段炉温炉压显示101、加热段炉温炉压显示102、缓冷段炉温炉压显示103、急冷段炉温炉压显示104、水平转向段炉温炉压显示105几个独立的区域通过小空间的带钢允许通过的最小间隙，对全炉膛的压力测量和显示，并控制炉子炉子入口密封106的氮气压力输出，保证整个炉子的密封性能，保持退火炉的正压控制模式。氮气管路分支还与氮氢混合三通调节阀204相连接，氮氢混合三通调节阀204与氢气管路相连接，通过调节氮氢混合三通调节阀204混合氢气与氮气的输出，氮氢混合三通调节阀204和炉箅子氮氢保护气总管205相连，得到退火炉所需调节炉内气氛的氮氢保护气体输送至炉鼻子内经过水平转向段方向喷吹，依次经过急冷段、缓冷段、加热段以及预热段。氢气管网3主要是氢气总管300连接的氢气快切阀301和氢气流量压力检测302后将氢气输送至退火炉的预热段、加热段、缓冷段、急冷段以及水平转向段对带钢表面产生的氧化铁进行还原反应，清洁生产材料带钢的表面，为下一道工序的生产做好准备。

参照附图1、2及图3立式退火炉氮气流量错误或误操作联锁示意图，正常生产过程中带钢温度较高一般在540℃-860℃之间，退火炉温度高于带钢温度，在高温下，氮气控制系统如果收到操作人员的误操作会导致严重的后果，本发明将氮气快切阀201与生产线的二级控制系统704相连接而成的联锁控制系统，在正常生产时退火炉温度高，炉压正常、生产线速度正常、氧含量正常、露点、煤气量和空燃比均正常的情况下误操作氮气快切阀201调节量，二级控制系统704会判断其生产线是否正常，在正常的情况下无论在手动或自动控制的模式下均限制其输入的最低限制调节量，保证炉内氮气供应能够保证退火炉的正压操作，如图3所示，氮气流量错误或误操作联锁条件400中，操作人员错误的对氮气流量调节阀进行了控制，联锁条件判断生产线是否正常，误操作限制条件402运行检测反馈信号，如果正常会触发联锁保护403拒绝执行操作命令，并向操作人员提示操作人员的限制理由，说明此次操作失败，保证整个氮气系统的顺利运行，防止误操作造成严重的停机事故，在高温下氮气流量低导致退火炉负压，大量的冷空气进入炉膛，空气中的氧与高温带钢产生氧化反应，析出大量的氧化铁皮，处于立式退火炉中的氧化铁皮下落至炉膛内部和带钢上，以及退火炉的检测元件和仪表上，出现检测错误的严重后果。大量的氧化铁皮掉落在炉内辊面上和带钢上随着辊子的旋转粘附在辊子表面，氧化铁皮在带钢和辊面之间产生摩擦，造成辊面损伤。处于联锁状态下的程序运行后判断设备是否在允许的可调节变量或在采取必要的设备处理后可以允许操作的在联锁条件中作出设备允许可动条件404进行判断，如果是允许的，调节范围内调节406执行下一步进行调节，并对调节后的参数进行反馈，输出调节值的反馈信号判断407是否正常，条件判断为否，不满足将故障设备列出，提示操作人员对设备故障恢复405，待故障恢复后允许下一条命令，执行调节范围内调节406继续输出。判断生产线设备正常主要有几方面，退火炉放散设备的联锁检测是否正常，通常有预热段放散107，加热段放散108，缓冷段放散109，急冷段放散110，预热段炉温炉压显示101显示正常，加热段炉温炉压显示102正常，缓冷段炉温炉压显示103正常，急冷段炉温炉压显示104正常，水平转向段炉温炉压显示104正常，炉子入口密封106压力正常，炉压处于高压力，调节氮气流量具有可操作的余量。

参照附图1、2及图4本发明立式退火炉氮气管网压力或流量异常降速停机联锁示意图，氮气异常处理500中包含外部因素影响氮气系统的压力及流量波动对生产线造成冲击，检测氮气总管压力及流量的检测元件氮气流量压力检测202，检测数据反馈至二级系统中，低于系统设定的最小范围值或低于氮气压力和流量的警戒值触发联锁保护控制模块702，联锁条件中氮气管网2压力及氮气总管200流量异常，流量监控异常501开始联锁程序的执行，联锁条件判断生产线是否正常，退火炉氮气异常引起异常判断502联锁条件运行，检测生产线及退火炉的反馈信号，检测信号经信号采集模块703将采集数据反馈至联锁保护控制模块702，信号采集模块703连接的采集反馈信号炉温检测705炉温高、炉压检测706下降、氧含量检测707升高、露点检测708升高、煤气量检测709正常、空燃比正常变量检测710等与氮气联锁控制有关的检测元件和传感器，将时时刷新的实际值反馈至操作系统和联锁控制系统，联锁程序判断主要项目有下降趋势，触发退火炉氮气管网压力趋势的判断504运行，如果检测其他数据正常，氮气波动量小触发提示联系***紧急处理503操作人员紧急处理程序联系调节，保持氮气管网2的压力和流量。退火炉氮气管网压力趋势的判断504计算氮气管网压力下降趋势距离最低控制标准剩余时间是否满足生产条件，如果继续下降低于警戒值触发生产线降速停机条件满足506，生产线开始启动降速停机程序，并触发停机联锁信号进行停机处理事故，如果触发退火炉氮气管网压力趋势的判断504下降趋势还有剩余的时间，提示操作人员降速生产，联系***排除处理事故，短时间内恢复氮气管网2的压力及流量要求，退火炉的炉温、氧含量、炉压下降在有效的控制范围内的通过生产线降速保持运行，氮气压力及流量恢复可以恢复生产，正常生产参数恢复后，氮气联锁控制系统操作端701可自动终止联锁条件反馈至二级控制系统。

参照附图1、2及图5本发明立式退火炉氮气管网压力或流量异常急停联锁示意图，氮气较为异常处理600中包含外部因素影响氮气系统的压力及流量极大的波动对生产线造成冲击，检测氮气总管压力及流量的检测元件氮气流量压力检测202，检测数据反馈至二级系统中，低于系统设定的最小范围值或低于氮气压力和流量的警戒值触发联锁保护控制模块702，联锁条件中氮气管网2压力及氮气总管200流量异常，氮气管网压力及流量监控较为异常601开始联锁程序的执行，联锁条件判断生产线是否正常，退火炉氮气较为异常引起异常判断602联锁条件运行，检测生产线及退火炉的反馈信号，检测信号经信号采集模块703将采集数据反馈至联锁保护控制模块702，信号采集模块703连接的采集反馈信号炉温检测705炉温高、炉压检测706下降、氧含量检测707升高、露点检测708升高、煤气量检测709正常、空燃比正常变量检测710等与氮气联锁控制有关的检测元件和传感器，将时时刷新的实际值反馈至操作系统和联锁控制系统，联锁程序判断主要项目有较大的下降趋势，触发退火炉氮气管网压力波动大趋势判断604运行，如果检测其他数据正常，氮气波动量较大触发立即联系***紧急处理603操作人员紧急联系***氮气异常的情况，对于***设备异常损坏或管路受到外力断开等各种原因无法继续提供氮气，无法保持氮气管网2的压力和流量。退火炉氮气管网压力波动大趋势判断604计算氮气管网压力下降较快，已经无法满足继续生产条件，低于生产线急停的氮气流量警戒值后直接触发生产线的急停信号生产线紧急停机606，触发急停联锁信号607，对生产线的急停触发后相关停机的设备开启紧急启动，比如在高温下退火炉需要运转炉子入口密封辊，炉内小辊径的支撑辊等防止辊子在高温下弯曲变形，立即关闭氢气氢气快切阀301以及氮氢混合三通调节阀204，较少冷空气进入炉内与氢气混合后发生***的危险，启动退火炉煤气快切模式快速降温，炉内缓冷段和急冷段极大风机转速，提高带钢的冷却能力，关闭炉内电加热器等紧急停机设备的启停。退火炉氮气管网压力波动大趋势判断604触发急停信号前对报警剩余可恢复预计时间605进行提示，为了降低事故损失，在最短的时间内，需要手动操作的设备进行***操作，事故报警剩余可恢复预计时间605还有助于急停生产线前的一些重要设备的联锁保护的启动，在最短的时间内氮气联锁控制系统操作端701中也可添加生产线上比较重要的设备的联锁信号，比如打开光整机、拉矫机、辊涂机等设备，在限制的急停信号触发器能够通过生产规格711和生产线速度712作出调整，二级控制系统704直接执行操作指令，可以将联锁保护控制模块702的控制指令延续到急停后所有设备和生产工艺操作正常，不继续扩大化事故，已经做了妥善处理后终止氮气较为异常处理600的应急程序。

紧急停机后自动改变煤气与空气的空燃比，时时检测空燃比变量检测710的反馈，快速冷却炉内带钢。紧急停机后立即关闭氮气加湿系统，防止炉鼻子内部产生大量的水蒸气，观察时时反馈的露点检测708的反馈值。急停信号触发后退火炉内的产生的大量氧化铁皮对裸露的电加热器会造成绝缘下降，短路跳闸事故，无法投入使用，需要立即停电处理，待清理干净氧化铁皮测试绝缘满足条件后方可恢复送电，可将此类设备加入至联锁条件中。急停信号触发后退火炉内的产生的大量氧化铁皮对炉内纠偏设备的检测设备造成损害，满足条件后方可恢复，可将此类设备加入至联锁条件中。