专利名称：罩式炉空燃比快速调试方法
技术领域：
本发明涉及一种罩式退火炉空燃比快速调试方法，它属于黑色、有色金属或合金热处理过程的控制与调整。
罩式退火炉担负着黑色、有色金属或合金的再结晶退火任务，以消除这些金属、合金冷塑性变形产生的加工硬化，使产品满足用户要求的使用性能。为了确保罩式炉的正常生产，根据燃烧热工理论，要求炉子的控制系统必须具备退火工艺所需要的热负荷能力及空燃比。炉子热负荷的大小及空气、煤气比例是由安装在加热罩上的空气、煤气连杆比例系统进行调节与控制，并由程序组件或电子计算机控制伺服电机驱动连杆比例调节系统，实现炉子热负荷及空燃比的自动调节。
在实际生产中，由于炉台的震动、连杆机构系统的反复运行，造成空气、煤气连杆比例调节系统调节失灵，最显著地表现为炉子在最大热负荷时煤气燃烧空燃比不合理、炉子升温速度降低、时间延长、煤气消耗上升，影响退火工艺制度的执行，因此必须对罩式炉空燃比重新进行调试。
在本发明之前，国内外对罩式炉空燃比的调试大都采用多参数逐步逼近方法，如西德LOI公司的专家在武钢冷轧厂进行调试时就是采用逼近法调试的，该方法是先在炉内装入废品，再按如下步骤调试1.将罩式炉空燃比连杆比例调节系统的各连杆与力臂调至一假定的长度。
2.将炉子开到工艺要求的最大热负荷、调节各参数，使煤气燃烧的空燃比满足最大热负荷时的空燃比要求。
3.将炉子开到工艺要求的最小热负荷、并调节各参数，使煤气燃烧的空燃比满足最小热负荷时的空燃比要求。
4.反复进行2、3两步，直到调整后的各参数能同时满足最大与最小负荷时空燃比要求。
此后，在最大、最小热负荷之间均匀插入三个测试点，并记下各点的阀门开度、空、煤气流量及空、煤气管道静压，分别计算出各测点的空燃比。
采用这种逐步逼近法调试时，炉子长时间在最大与最小热负荷之间频繁转换，导致炉温波动很大，因而不能在炉子正常生产的情况下进行。此外，采用逐步逼近法调试在很大程度上取决于调试者的经验，但由于涉及到九个参数间的协调及热负荷转换时间的限制，即使有丰富经验的专家也只能达到4小时调试一台炉子的水平。
本发明的目的是为了克服上述逐步逼近法调试罩式炉空燃比的不足，而建立一种可在不影响正常生产的情况下调试炉子的调试方法。本发明的另一个目的是打破专家对罩式炉空燃比调试的垄断，而建立一种普通技术人员均可掌握的快速调试罩式炉空燃比的方法。
本发明的目的可通过如下措施来实现建立一种新的罩式炉空燃比的调试方法，根据罩式炉采用的煤气的化学成分，理论空气量及工艺要求的最大，最小热负荷下的煤气量，空燃比确定相应的空气量，再进行调试，其特征在于调试步骤按a.拆下伺服执行器的连杆，分别测出空、煤气流量，由炉子最大热负荷要求的流量值变到炉子最小热负荷要求的流量值时，空、煤气翻板指针转动的角度值β3和β2;
b.分别将空气力臂和煤气力臂置于铅垂线位置，松动空、煤气翻板轴紧固螺丝(1，9)，分别转动空、煤气翻板轴，使空、煤气翻板指针分别指在角β3和角β2的角平分线上，再拧紧空、煤气紧固螺丝(1，9);
c.从大到小选取煤气力臂与执行器力臂的长度，运用γSin(β1/2)＝γ2Sin(β2/2)＝γ3Sin(β3/2)函数关系式进行试算，试算后当β≤180°，γ3能满足空气力臂实际的调节范围时，便确定了γ1、γ2、γ3、β1的值，分别调节各力臂长度;
d.将两连杆与煤气力臂连接起来，置执行器力臂于铅垂线，并以铅垂线为基准向增大热负荷方向转动(1/2)β1角度，固定好档块Ⅰ，再运用L21＝l2+l20+γ21+γ22+h2-2ll0-2γ1γ2cos〔(β2-β1)/2〕+2h〔γ1cos(β1/2)-γ2cos(β2/2)〕和L22＝γ23+γ22+l2-2γ3γ2cos〔(β3-β2)/2〕计算出执行器连杆L1长度和空气连杆L2的长度;并按计算值调节好连杆的长度;此时空、煤气翻板所控制的流量值即是最大热负荷下所要求的空、煤气流量值，以此为基准向减小热负荷方向使执行器力臂转动β1角度，固定好档块Ⅱ，此时，空、煤气翻板所控制的流量值即是最小热负荷时所要求的空、煤气流量值。
进行了上述四步骤，一次便可完成罩式炉的调试工作，各参数便达到最佳值。根据平均分布的原则，按热负荷由小到大测定并记录5个点的空、煤气流量及空、煤气静压，计算出相应各点的空燃比，并记录连杆比例调节系统各参数的数值，备以后连杆比例调节系统复核使用。
本发明的罩式炉空燃比调试方法之所以能一次调试成功，而不必逐步逼近调试，其关键是在调试中将实际的罩式炉的连杆比例调节系统科学地转换为简明易懂的几何图，再人为地置煤气，空气力臂于铅垂线位置，转动煤气、空气翻板，使角度指针分别置于煤气、空气最大与最小流量夹角的平分线上;使执行器力臂位于最大最小流量的夹角的平分线上，并重合于铅垂线;使所建立的数学模型公式简化，计算方便，达到只需运用数学模型计算确定参数值，一次调试成功的效果。
本发明的调试方法用附图详述其原理
图1是罩式炉连杆比例调节系统图。
图中(1)空气翻板紧固螺丝，(2)空气翻板轴，(3)空气力臂，(4)执行器挡块Ⅰ、Ⅱ，(5)伺服执行器，(6)执行器力臂，(7)空气连杆，(8)执行器连杆，(9)煤气翻板紧固螺丝，(10)煤气翻板轴，(11)连接螺丝，(12)煤气力臂，(13)连接孔。
由图1可见，空、煤气翻板指针是通过空气翻板轴(2)和煤气翻板轴(10)分别由各自的力臂上的紧固螺丝固定的，煤气力臂有5个顺序排列的连接孔(13)，因此煤气力臂的取值范围从大到小只能有5个值。空气力臂、煤气连杆、空气连杆及执行器连杆的长度可在一定的取值范围内调节。
图2为本发明将罩式炉连杆比例调节系统图转换为具有三角函数关系的几何分析图。
图中以空煤气翻板轴心连线为X轴，为计算方便，以通过空气翻板轴轴心的铅垂线为Y轴。γ1表示执行器力臂(6)的长度，γ2表示煤气力臂(12)的长度，γ3表示空气力臂(3)的长度。α1、α2、α3分别表示在最大热负荷时γ1、γ2、γ3力臂与X轴的夹角度数;β1、β2、β3分别为在最大与最小热负荷时γ1、γ2、γ3力臂转动角度的差值;L1、L2分别表示执行器连杆和空气连杆的长度、l为空、煤气翻板轴心间距，l0为执行器力臂γ1转动轴心的X座标，h为其Y座标。
由图2可见，当罩式炉空燃比连杆比例调节系统在进行空燃比与热负荷调试后，则L1与L2的长度保持不变，因而根据解析几何中两点距离公式得出〔(l+γ2cosα2)-γ3cosα3〕2+(γ2sinα2-γ3sinα3)2＝｛〔l+γ2cos(α2+β2)〕-γ3cos(α3+β3)｝2+〔γ2sin(α2+β2)-γ3sin(α3+β3)〕2……(1)
〔(l+γ2cosα2)-(l0+γ1cosα1)〕2+〔γ2sinα2-(h+γ1sinα1)〕2＝｛〔l+γ2cos(α2+β2)〕-〔l0+γ1cos(α1+β1)〕｝2+{γ2sin(α2+β2)-〔h+γ1sin(α1+β1)〕｝2……(2)L21＝〔(l+γ2cosα2)-(l0+γ1cosα1)〕2+〔γ2sinα2-(h+γ1sinα1)〕2……(3)L22＝〔(l+γ2cosα2)-γ3cosα3〕2+〔γ2sinα2-γ3sinα3〕2……(4)调试时由于各力臂γ1、γ2、γ3在最大与最小热负荷时的位置所构成的夹角β1、β2、β3以铅垂线平分，则有α1+β1/2＝90° ……(5)α2+β2/2＝90° ……(6)α3+β3/2＝90° ……(7)α1-α2＝(β2-β1)/2 ……(8)α2-α3＝(β3-β2)/2 ……(9)将关系式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)代入(1)、(2)、(3)、(4)，并运算，化简得γ1sin(β1/2)＝γ2sin(β2/2) ……(10)γ2sin(β2/2)＝γ3sin(β3/2) ……(11)L21＝l2+l20+γ21+γ22+h2-2ll0-2γ1γ2cos[(β2-β1)/2〕+2h〔γ1cos(β1/2)-γ2cos(β2/2)〕 ……(12)L22＝γ23+γ22+l2-2γ3γ2cos〔(β3-β2)/2〕 ……(13)这样便得出了空燃比连杆比例调节系统中各调节参数间的数学关系。
根据罩式炉空燃比连杆比例调节系统的特点及实际调试经验，最好有β1＜120°且β2＜70°β3＜70°
通过仪器仪表测出β2与β3，则可根据数学模型中的(10)、(11)两式及有关的限制条件，确定γ1、γ2、γ3及β1的取值，将这些数值代入(12)、(13)式，便可确定L1、L2的取值。根据这些计算数值，便可确定9个调试参数。
本发明的调试方法用实施例进一步说明。
实施例一采用本发明的调试方法对武钢冷轧厂小炉区17号炉罩进行了空燃比调试，首先取样分析罩式炉采用的煤气成分，确定了其相应的理论空气量为1.72m3/m3(平均值)，再按如下步骤进行调试a、松开连接螺丝(11)，取下执行器连杆(8)，再将空气连杆(7)和煤气力臂(12)固定好。推动煤气力臂，当煤气流量测量仪表测定的煤气流量分别与炉子最大、最小热负荷所需的煤气流量值相等时，分别记下最大、最小热负荷时的煤气翻板指针指在刻度盘上的角度值，即48°和6°，得到煤气翻板指针在最大、最小热负荷时所构成的夹角β2的度数为48°-6°＝42°。再推动空气力臂(3)，当空气流量测量仪表测定的空气流量分别与炉子最大、最小热负荷时所要求的空气流量相等时，分别记下最大、最小热负荷时空气翻板指针指在刻度盘上的角度值，即61°和15°，得到空气翻板指针在最大、最小热负荷时所构成的夹角β3的度数为61°-15°＝46°。
b、推动煤气力臂(12)，使其与铅垂线重合，松动煤气翻板轴紧固螺丝(9)，转动煤气翻板轴，使煤气翻板指针指在最大与最小热负荷时煤气翻板指针夹角β2的角平分线上，即指在煤气翻板刻度盘的6°+(42°/2)＝27°位置上，再拧紧煤气紧固螺丝(9)。推动空气力臂(3)，使其与铅垂线重合，松动空气紧固螺丝(1)，转动空气翻板轴，使空气翻板指针指在最大、最小热负荷时空气翻板指针夹角β3的角平分线上，即指在空气翻板刻度盘的15°+(46°/2)＝38°位置上，再拧紧空气紧固螺丝(1)。
c、从大到小选取煤气力臂γ2的长度，运用公式γ2sin(β2/2)＝γ3sin(β3/2)进行试算，使运算得出的空气力臂γ3的值满足实际的可调范围，为了有利于各力臂的受力情况，在空气力臂γ3的实际的可调范围内选定出使γ3的值最大与次最大的二个煤气力臂γ2的值。此后，将二个γ2的值及二个执行器力臂γ1的值，代入公式γ1sin(β1/2)＝γ2sin(β2/2)进行试算，并尽可能使β1≤120°，按照使各力臂取值尽可能大的原则，确定出γ1、γ2、β1的值，再由公式γ2sin(β2/2)＝γ3sin(β3/2)推算出γ3的值，从而确定出γ1、γ2、γ3、β1的值即为γ1＝100mm、γ2＝215mm、γ3＝197mm、β1＝100.8°。
d、再次松动连接螺丝(11)，将执行器连杆(8)，空气连杆(7)与煤气力臂(12)连接在一起，拧紧连接螺丝(11)，置执行器力臂(6)于铅垂线位置，以铅垂线为基准向增大热负荷的方向转动(β1/2)的角度值，即50.4°，并固定好档块Ⅰ，调节执行器连杆(8)的长度，直到煤气翻板控制的煤气流量达到最大热负荷要求的煤气流量值，即煤气翻板指针指在48°的位置，再调节空气连杆(7)的长度，直到空气翻板控制的空气流量达到最大热负荷要求的空气流量，即空气翻板指针指在61°的位置。此后，向减小热负荷的方向转动执行器力臂(6)，直到煤气翻板控制的煤气流量与最小热负荷要求的煤气流量值相同，即煤气翻板指针指在6°的位置。此时空气翻板控制的空气流量正好就是最小热负荷要求的空气流量值，空气翻板指针正好指在15°的位置，固定好档块Ⅱ。至此，调试工作结束，调试时间15分钟。
根据平均分布的原则，按热负荷由小到大，测定并记录5个点的空、煤气流量及空、煤气静压，并计算出各点的空燃比，记录连杆比例系统各力臂、连杆的长度。调试结果如下表所示
从表中可见调试结果完全满足罩式炉退火工艺的空燃比要求。
实施例二采用本发明的调试方法对武钢冷轧厂16号大炉罩进行空燃比调试。具体调试过程与实施例一相同，调试时间20分钟，获得了如下表所示的调试结果16号大炉罩空燃比调试表
从表中可见，调试结果完全满足罩式炉退火工艺的空燃比要求。
本发明的调试方法具有如下的显著优点1、不影响正常生产且调试速度快采用本发明的调试方法可在炉子正常生产的情况下完成空燃比调试工作，并且，一般30分钟便可调试完一台炉子;而采用传统的调试方法，由于炉子频繁地在最大、最小热负荷之间变动，造成炉温高低反复变化，不便在炉子正常生产的情况下进行调试，一般要求在炉内装入废品进行，并且调试速度低，快者也需4小时左右方能完成一台炉子的调试工作。可见，本发明的调试方法能保证炉子始终处于正常生产状态，提高炉子生产作业率和调试效率。
2、调试精度高本发明的调试方法系根据各罩式炉空燃比连杆比例调节系统的特点，通过科学的数学图形变换、分析所获得的，采用本发明的调试方法调试时，各调试参数皆可由数学模型公式精确计算确定，一次调整成功，并且还使空燃比连杆比例调节系统中各连杆与力臂处于最佳受力状况。而传统的逐步逼近调试方法则是凭着经验，反复调整各参数来逐渐逼近要求的调试结果，显然其精度受到了很大的限制，同时也难以使各连杆与力臂处于最佳的受力状况。
3、调试工作强度低，采用本发明的调试方法调试，各调节参数均可由公式计算确定，一次调整成功，这不仅大大提高了调试速度，同时也避免了传统调试方法中频繁开启执行器的辛劳和长时间站在炉旁受高温烘烤之苦。
4、调试方法简单易掌握，便于普及和炉子空燃比连杆比例调节系统的常规性维护，使炉子煤气燃烧始终处于最佳的状况。传统的逐步逼近调试方法，由于借助于调试者的经验，使罩式炉空燃比调试工作成为被专家垄断的工作，使许多炉子长期处于不正常的燃烧状况，而又不能得到及时调试。采用本发明的调试方法，即使普通的技术人员也能在很短的时间内掌握调试技术，并且调试速度快，工作强度低，调试精度高，有利于现场的普及和炉子的生产性维护。
本发明的方法适合于具有类似于罩式炉空燃比连杆比例调节系统的空燃比调试。
权利要求
一种新的罩式炉空燃比的调试方法，根据罩式炉采用的煤气的化学成分，理论空气量及工艺要求的最大，最小热负荷下的煤气量，空燃比确定相应的空气量，再进行调试，其特征在于调试步骤按a.拆下伺服执行器的连杆，分别测出空、煤气流量，由炉子最大热负荷要求的流量值变到炉子最小热负荷要求的流量值时，空、煤气翻板指针转动的角度值β3和β2；b.分别将空气力臂和煤气力臂置于铅垂线位置，松动空、煤气翻板轴紧固螺丝(1，9)，分别转动空、煤气翻板轴，使空、煤气翻板指针分别指在角β3和角β2的角平分线上，再拧紧空、煤气紧固螺丝(1，9)；c.从大到小选取煤气力臂与执行器力臂的长度，运用γSin(β1/2)=γ2Sin(β2/2)=γ3Sin(β3/2)函数关系式进行试算试算后当β≤180°，γ3能满足空气力臂实际的调节范围时，便确定了γ1、γ2、γ3、β1的值，分别调节各力臂长度；d.将两连杆与煤气力臂连接起来，置执行器力臂于铅垂线，并以铅垂线为基准向增大热负荷方向转动(1/2)β1角度，固定好档块Ⅰ，再运用L12=l2+l02+γ22+γ22+h2-2ll0-2γ1γ2cos[(β2-β1)/2]+2h{γ1cos(β1/2)-γ2cos(β2/2)}和L22=γ32+γ22+l2-2γ3γ2cos[(β3-β2)/2]计算出执行器连杆L1长度和空气连杆L2的长度；并按计算值调节好连杆的长度；此时空、煤气翻板所控制的流量值即是最大热负荷下所要求的空、煤气流量值，以此为基准向减小热负荷方向使执行器力臂转动β1角度，固定好档块Ⅱ，此时，空、煤气翻板所控制的流量值即是最小热负荷时所要求的空、煤气流量值。
全文摘要
本发明涉及一种罩式炉空燃比调节系统的快速调试方法。该方法科学地将实际的罩式炉连杆比例调节系统转换为简明易懂几何分析图，建立实用的罩式炉空燃比调试的数学模型，应用数学模型精确计算确定各调试参数，达到空燃比一次调试成功的目的。本发明方法具有调试速度快、精度高、工作强度低、不影响正常生产和保证系统各连杆、力臂处于最佳的受力状态等优点，是一种罩式炉空燃比调试的有效的方法。
文档编号F27B11/00GK1074750SQ9210240
公开日1993年7月28日 申请日期1992年4月1日 优先权日1992年4月1日
发明者欧阳德刚, 周明石, 朱书玉, 綦勇, 王德仓, 张奇光, 王海青 申请人:武汉钢铁公司