阅读说明：本技术 一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统 (Control system for reducing consumption of nitrogen and hydrogen of vertical annealing furnace ) 是由 任伟超 李靖 赵智勇 王丽 丛韶华 王道金 张晓峰 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统,包括：节能系统,所述节能系统分别与异常检测系统和连接；异常检测系统,所述异常检测系统的输出端分别与控制故障诊断系统和炉膛气密性检查单元连接,所述异常检测系统的输入端与所述节能系统连接；氮气、氢气流量控制系统,所述氮气、氢气流量控制系统的输出端与炉区速度连接,所述氮气、氢气流量控制系统的输入端与所述节能系统连接；所述异常检测系统,用于建立周期性的炉膛气密性检测系统以及控制故障诊断系统；节约氮氢气消耗,节约成本；该发明结合压力控制和流量控制的双重控制方式；本发明新增变压力控制模式,超低压控制模式以及低压控制模式多种控制模式。(The invention discloses a control system for reducing the consumption of nitrogen and hydrogen of a vertical annealing furnace, which comprises: the energy-saving system is respectively connected with the abnormality detection system; the output end of the abnormality detection system is respectively connected with the control fault diagnosis system and the hearth air tightness checking unit, and the input end of the abnormality detection system is connected with the energy-saving system; the output end of the nitrogen and hydrogen flow control system is connected with the furnace area speed, and the input end of the nitrogen and hydrogen flow control system is connected with the energy-saving system; the abnormal detection system is used for establishing a periodic hearth air tightness detection system and a control fault diagnosis system; the nitrogen and hydrogen consumption is saved, and the cost is saved; the invention combines the dual control modes of pressure control and flow control; the invention adds a plurality of control modes of a variable pressure control mode, an ultra-low pressure control mode and a low pressure control mode.)

一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统

技术领域

本发明属于退火炉氮气和氢气消耗的控制技术领域，具体涉及一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统。

背景技术

冷轧立式退火炉为防止高温条件下带钢被氧化，往往向炉内注入大量氮气作为惰性保护气体，少量的氢气提供还原性气氛，就退火炉而言，氮气、氢气占能耗的一大部分，针对正常生产或起、停机作业，提出不同的流量控制策略，此外建立氮气、氢气异常检测系统，避免因设备异常未能及时发现导致的氮气、氢气消耗量增大问题，如何对氮气、氢气流量进行合理的控制对于“降本增效”亟待解决。

为此，我们提出一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统，以解决上述背景技术中提出针对正常生产，停机作业时提出不同的流量控制策略，此外建立氮气、氢气异常检测系统，避免因设备异常未能及时发现导致的氮气、氢气消耗量增大的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统，包括：

节能系统，所述节能系统分别与异常检测系统和连接；

异常检测系统，所述异常检测系统的输出端分别与控制故障诊断系统和炉膛气密性检查单元连接，所述异常检测系统的输入端与所述节能系统连接；

氮气、氢气流量控制系统，所述氮气、氢气流量控制系统的输出端与炉区速度连接，所述氮气、氢气流量控制系统的输入端与所述节能系统连接；

所述异常检测系统，用于建立周期性的炉膛气密性检测系统以及控制故障诊断系统；

所述氮气、氢气流量控制系统，用于控制氮气流量与理论值的偏差，氢气流量占比的实际计算与仪表检测数字的偏差。

本发明作为进一步优选的：所述氮气、氢气流量控制系统包括控制中心、定时器、流量传感器、气体流量控制阀和退火炉，所述定时器、流量传感器、气体流量控制阀和退火炉均与所述控制中心连接，其中；

所述流量传感器，用于检测通入到芯片测试机中的氮气、氢气流量；

所述气体流量控制阀，用于设置在所述氮气、氢气的流通管路中，用于控制所述氮气的流通管路通断；

所述定时器，用于设定所述预设时间。

本发明作为进一步优选的：所述控制中心包括PLC控制模块、中央处理器、单片机和A/D转换器中的任意一种或多种。

本发明作为进一步优选的：所述炉膛气密性检查单元包括炉子顶盖、炉子底盖、检修孔和炉顶放散阀门。

本发明作为进一步优选的：所述炉区速度分别与变压力控制模式，低压控制模式以及超低压控制模式连接。

本发明作为进一步优选的：所述控制故障诊断系统包括故障诊断模块、显示模块、总控制模块、DSP模块、报警模块和无线通讯模块，其中

所述故障诊断模块，用于检测诊断气体配比异常的故障；

所述显示模块，用于显示异常的故障信息，其中，显示模块包括显示屏；

所述DSP模块，用于对气流传感器测得的数据与预先设定的报警阈值进行比较；

所述报警模块，用于用于根据DSP模块的比较结果进行报警，其中，所述报警模块包括警笛、蜂鸣器和喇叭中的任意一种或多种。

本发明作为进一步优选的：所述述控制故障诊断系统分别与氢气管道、氮气吹扫阀门和故障分析仪连接

本发明作为进一步优选的：所述节能系统与监控单元连接，所述监控单元包括显示器、计算机和摄像头。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统，与现有技术相比，具有以下有点：

1、节约氮氢气消耗，降低带钢退火时的加工费，节约成本；

2、该发明结合压力控制和流量控制的双重控制方式；

3、本发明新增变压力控制模式，超低压控制模式以及低压控制模式多种控制模式；

4、该发明通过建立模型实现炉内氮氢气消耗异常自动诊断，解决了无法对炉内氮氢气消耗异常做出评估的技术问题；

5、该发明根据炉内带钢特点，对炉压压力设定值进行智能化设定，解决了传统的炉压压力控制模式压力设定值为操作人员手动设计的技术问题。

附图说明

图1为本发明的系统模块示意图；

图2为本发明系统的局部模块示意图；

图3为本发明的氮气、氢气流量控制系统模块示意图；

图4为本发明的控制故障诊断系统模块示意图；

图5为本发明的控制中心模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-5所示的一种降低立式退火炉氮气和氢气消耗的控制系统，包括：

节能系统，所述节能系统分别与异常检测系统和连接；

异常检测系统，所述异常检测系统的输出端分别与控制故障诊断系统和炉膛气密性检查单元连接，所述异常检测系统的输入端与所述节能系统连接；

氮气、氢气流量控制系统，所述氮气、氢气流量控制系统的输出端与炉区速度连接，所述氮气、氢气流量控制系统的输入端与所述节能系统连接；

所述异常检测系统，用于建立周期性的炉膛气密性检测系统以及控制故障诊断系统；

所述氮气、氢气流量控制系统，用于控制氮气流量与理论值的偏差，氢气流量占比的实际计算与仪表检测数字的偏差。

本发明具体的：所述氮气、氢气流量控制系统包括控制中心、定时器、流量传感器、气体流量控制阀和退火炉，所述定时器、流量传感器、气体流量控制阀和退火炉均与所述控制中心连接，其中；

所述流量传感器，用于检测通入到芯片测试机中的氮气、氢气流量；

所述气体流量控制阀，用于设置在所述氮气、氢气的流通管路中，用于控制所述氮气的流通管路通断；

所述定时器，用于设定所述预设时间。

本发明具体的：所述控制中心包括PLC控制模块、中央处理器、单片机和A/D转换器中的任意一种或多种。

本发明具体的：所述炉膛气密性检查单元包括炉子顶盖、炉子底盖、检修孔和炉顶放散阀门。

本发明具体的：所述炉区速度分别与变压力控制模式，低压控制模式以及超低压控制模式连接。

一、所述低压控制模式：

如果带钢在炉内停留时间满足t≤α，则激活氮气、氢气流量压力调节控制模式，

退火炉炉压压力设定值为p₁＝λ₁·p₀；

氢气流量设定值设定为sp_L-H2，

氮气流量设定值根据热区的炉区压力设定值与实际值偏差进行调整。

t：带钢在退火炉内停留时间，h；

α：低压控制模式与超低压控制模式的临界时长，h，这里取2～12小时，本发明优选的；。

p₁：低压控制模式的压力设定值，Pa；

p₀：炉压设定初始值，Pa；

λ₁：低压折算系数0.8～1.0，本发明优选的0.9；

s_pl-H2：低压控制模式氢气设定值，取1.5～4％，本发明优选的，2.0％

二、超低压控制模式

如果带钢在炉内停留时间满足t＞α，则激活氮气、氢气流量超低压力调节模式：

退火炉炉压压力设定值为p₂＝λ₂·p₀；

氢气流量设定值根据热区的氧含量调整sp_h-H2＝f₁(O₂)，其氧含量与氢气设定关系如表1所示。

氮气流量设定值通过PID控制器根据热区的炉区压力设定值与实际值偏差进行调整。

p₂：超低压控制模式炉压压力设定值，Pa；

λ₂：超低压控制模式炉压折算系数，无量纲，0.6～0.8，本发明优选的：0.75；

sp_h-H2：超低压控制模式氢气设定值，取0～1.5％，本发明优选的0.8％。

三、变压力控制模式

当炉区带钢速度v＞0时，则激活氮气、氢气流量变压力控制调节模式：此时压力设定值随着带钢的速度、宽度变化而变化，p₃＝p₀+p_x·λ_v·λ_w

氢气流量设定值切换至生产要求设定值.一般取4.5％；

λ_v：变压控制模式炉压速度因子，无量纲；

λ_w：变压控制模式炉压宽度因子，无量纲；

p₃：变压控制模式压力设定值，Pa

p_x：炉压力补偿，Pa，取0～150

λ_v＝v/v_max

v：炉区带钢运行速度，m/min；

v_max：最高设计速度，m/min；

λ_w＝(w-w_min)/(w_max-w_min)

w：炉内带钢宽度，mm；

w_max：机组设计最大带钢宽度，mm；

w_min：机组设计最小带钢宽度，mm；

2、氮气、氢气异常检测系统

2.1炉膛气密性检测系统

激活条件：非高氢模式下，每隔12小时激活一次；

激活后：

退火炉氮气、氢气控制模式由流量控制模式切换至恒压控制模式，

炉区压力保持当前设定值，

炉顶放散阀关闭，

如果氮氢混合气体实际量F_a≥κ₁·F_m，则报警，“炉区存在漏点，请排查”。

F_a：氮氢混合气体实际流量，Nm³/h；

F_m：不同压力下氮氢混合气体理论流量，Nm³/h，

备注：炉区以在一定的压力条件下，炉区放散阀门全部关闭的情况下，持续α时长内，炉区氧含量≤10ppm所对应的氮氢混合气得最小流量即就是F_m。

κ₁：氮氢混合气体流量波动系数，无量纲，取1.1～1.3.本发明优选的1.15

2.2故障诊断系统

如果氢气、氮气比例满足下述条件之一：

λ₃：氢气比例异常控制下限，无量纲，取0.8～0.95；

λ₄：氢气比例异常控制上限，无量纲，取1.05～1.2；

氢气流量计检测数值，Nm³/h；

氮气流量检测数值，Nm³/h；

R₁：氢气分析仪检测数值，％；

κ₂控制误差上限，无量纲，取0.1～0.1.

则触发报警：“气氛配比异常”。原因主要有两种：氢气管道氮气吹扫阀门内泄和分析仪测量异常

本发明具体的：所述控制故障诊断系统包括故障诊断模块、显示模块、总控制模块、DSP模块、报警模块和无线通讯模块，其中

所述故障诊断模块，用于检测诊断气体配比异常的故障；

所述显示模块，用于显示异常的故障信息，其中，显示模块包括显示屏；

所述DSP模块，用于对气流传感器测得的数据与预先设定的报警阈值进行比较；

所述报警模块，用于用于根据DSP模块的比较结果进行报警，其中，所述报警模块包括警笛、蜂鸣器和喇叭中的任意一种或多种。

本发明具体的：所述述控制故障诊断系统分别与氢气管道、氮气吹扫阀门和故障分析仪连接

本发明具体的：所述节能系统与监控单元连接，所述监控单元包括显示器、计算机和摄像头。

本发明提供了关于退火炉超低压控制模式下氧含量与氢气、炉压关系，如下表1所示：

炉膛内氧含量(ppm)	5	10	50	100	500	1000	2000
								H2设定值(％)	0％	1	1.5	2	2.5	3	3
炉压设定值(Pa)	p2	p2	p2	P2	P2	P0	P0

表1

通过建立周期性的炉膛气密性检测系统以及控制故障诊断系统，根据实际氮气流量与理论值的偏差，判定炉区是否存在漏点，根据氢气占比的实际计算与仪表检测，判定流量控制系统是否故障。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。