上海減壓閥門廠生產鋼鐵廠專用U11-W6/E燃氣減壓閥

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　　該系列減壓閥其特點是壓力低、流量大,經減壓后的輸出氣體壓力穩定.適用于氧氣、乙炔、煤氣、天然氣、壓縮空氣等氣體的減壓,廣泛應用物火焰切割機的能源介質箱,氣體匯流排,氣源管道上的減壓裝置等.

　　火焰切割機是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯較長時，金屬損耗則較少。本次課題實際內容主要是針對火焰切割機的電氣控制部分進行研究和設計，本文引用電氣控制PLC原理，通過各種電氣元件的選型和計算，以及PLC程序的編譯，簡單的介紹了該火焰切割機電氣控制方面的設計過程和設計方法。火焰切割機的電氣設計包括PLC、變頻器、控制變壓器、低壓電氣元件的選型以及STEP 7的程序編譯。

　　1 緒論

　　1.1 連續鑄鋼的概念

　　連續鑄鋼是一項把鋼水直接澆鑄成形的節能新工藝，它具有節省工序、縮短流程， 提高金屬收得率，降低能量消耗，生產過程機械化和自動化程度高，鋼種擴大，產品 質量高等許多傳統模鑄技術不可比擬的優點。自從20世紀50年代連續鑄鋼技術進入工業性應用階段后，不同類型、不同規格的連鑄機及其成套設備應運而生。20世紀70年代以后，連鑄技術發展迅猛，特別是板、方坯連鑄機的發展對加速連鑄技術替代傳統的模鑄技術起到了決定性作用。

　　1.2 連鑄比的概念

　　連鑄坯的噸數與總鑄坯(錠)的噸數之比叫做連鑄比，它是衡量一個國家或一個鋼鐵工廠生產發展水平的重要標志之一，也是連鑄設備、工藝、管理以及和連鑄有關的各生產環節發展水平的綜合體現。

　　1.3 國內外連鑄技術的發展

　　1.3.1 國外連鑄技術的發展概況

　　20世紀50年代，連鑄開始用于鋼鐵工業生產。連鑄坯產量僅有110萬t左右，連鑄比約為0.34%

　　20世紀60年代，弧型連鑄機問世，連鑄進入了穩步發展時期。年產鑄坯能力達4000萬t以上，連鑄比達5.6%。

　　20世紀70年代，世界范圍的兩次能源危機促進了連鑄技術大發展，連鑄進入了迅猛發展時期。鑄坯產量已逾2億t，連鑄比上升為25。8%。

　　20世紀80年代，連鑄進入成熟的全盛時期。世界連鑄比由1981年的33。8%上升到1990年的64。1%。連鑄技術的進步主要表現在對鑄坯質量設計和質量控制方面達到了一個新水平。

　　20世紀90年代以來，近終形連鑄受到了實際各過的普遍關注，近終形薄板坯連鑄與連扎相結合，形成緊湊式短流程，其發展速度之快，非人們所料及。

　　1.3.2 我國連鑄發展概況

　　近幾年,我國連鑄發展很快。除海南、西藏和寧夏，都有了連鑄。2000年，連鑄坯產量達到11450萬噸，突破一億噸，位居各國。連鑄比88.08%,超過了世界連鑄比的平均數87.2%。從1996~2000年的五年，連鑄坯的產量增加7017萬噸，平均年增1403萬噸，連鑄比比1995（46.48%）增長41.6個百分點 ,平均年增8.32個百分點.這個增速在世界上也是罕見的.2000年,全連鑄單位達到130個占有連鑄單位的總數165個的78.8%(沒有連鑄的單位僅12個);高效和較高效連鑄機占連鑄機總數339臺的約50%.在品種質量方面,可以說除個別品種外都能生產并滿足質量要求。

　　進入新世紀,連鑄生產發展更快.2001年連鑄坯產量達13820萬噸,連鑄比達92.8%,比2000年猛增2370萬噸,增長21%,連鑄比增長4.72個百分點。

　　2002年預計將產連鑄坯16500萬噸連鑄比將達94%左右,全連鑄單位將達157個,占當前有連鑄的單位總數175的89.7%.2002年預計將新增連鑄機60臺200流,產能3500萬噸以上.到2002年在線連鑄機將達444臺,產能共19450萬噸.預計到2005年連鑄機產能將達23500萬噸,產量將達21000萬噸,連鑄比將達97%.現在新建的鋼長起步都是全連鑄,新建的連鑄機基本上都是高效的,而且達產很快。

　　1.4 今后我國連鑄發展要求

　　1.提高品質.國內市場所需的品種應能自己生產并保證質量,充分滿足市場要求,并有利于擴大出口。

　　2.提高效率.還有近半數的連鑄機需要進行高效化改造,已改造的效率需進一步提高,新建連鑄機必須高效化且一 步到位,提高近終型連鑄的比率,進一步提高效率。

　　3.提高連鑄比.尤其是提高特鋼連鑄比, 進一步發展全連鑄.目前,影響我國連鑄比的主要是幾個大的鋼鐵企業和一批老的特鋼企業， 包鋼和攀鋼可望于2003或2004年實現全連鑄,寶鋼可望于2006年實現全連鑄,太鋼也正在努力。

　　4.流程佳化．爐外精煉、鑄坯熱裝、連軋成材，連鑄是中間環節和中心環節，力求匹配、銜接佳化，使 之充分發揮煉鋼及軋鋼的能力，縮短工藝流程，降低各項消耗，提高勞動生產率，增加經濟效益。

　　1.5 連鑄機的組成

　　連鑄機主要由鋼包運載裝置、中間包、中間包運載裝置、結晶器、結晶器振動裝置、二次冷卻裝置、拉坯矯直機、引錠裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等部分組成。

　　1.1 弧形連鑄機

　　1-鋼包轉臺; 2-中間罐; 3-結晶器; 4-二次冷卻及導向裝置; 5-結晶器振動裝置

　　6-拉矯機; 7-引錠存放裝置; 8-切割裝置; 9-鑄坯運出裝置

　　1.6 弧形連鑄機的生產流程

　　連續澆注時，鋼水罐中的鋼液經過中間罐注入水冷銅板結晶器內，結晶器的底部由引錠頭承托，使引錠頭與結晶器壁密封后便可開始澆注。注入結晶器的鋼水受到水冷銅模的強烈冷卻，迅速成為具有一定厚度坯殼的鑄坯。當鋼液澆至規定高度時，開動拉矯機，拉錕夾住引錠桿以一定速度把鑄坯連續拉出結晶器。為了防止鑄坯坯殼被拉斷，并減少結晶器內的拉坯阻力，在澆注過程中，結晶器始終要進行往復振動。鑄坯拉出結晶器以后，進入二次噴水冷卻區，直到凝固。當鑄坯拉出拉矯機后，脫去引錠裝置，鑄坯經過矯直，再經過割機切成定尺長度，由輸送錕道運走，這一整個過程是連續進行的。

　　鑄坯切割裝置處于整個連鑄裝置的末端，也是整個連鑄流程的結尾部分，負責把連鑄坯按照軋鋼機的要求切割成定尺或倍尺長度。鑄坯是在連續運行中完成切割，因此切割裝置必須與鑄坯同步運動。

　　1.7切割設備的技術要求

　　1．把被矯直的鑄坯，按要求切割成一定長度。

　　2．鑄坯切口應與鑄坯長度方向垂直，切面平整，切頭不應有大于原鑄坯斷面的變形。

　　3．切割能力應適應鑄坯溫度的變化。

　　1.8切割設備的類型及特點

　　1.8.1 種類

　　小方坯連鑄機采用的切割設備種類較多，有電動機械剪，液壓剪，火焰切割機等。

　　1.8.2火焰切割機原理

　　火焰切割機是利用燃氣和氧氣將鑄坯快速燃燒，達到切斷鑄坯的目的，其優點是在線設備輕，一次性投資省，適應鑄坯的溫度寬；缺點是切割渣不易處理，金屬損耗大，但當鑄坯定尺較長時，金屬損耗則較少，因而目前有些中、小企業又趨向建火焰切割機。

　　1.8.3 火焰切割機的種類

　　火焰切割機用于小方坯鑄機的機型目前有三種：其一自動化程度較高，投資也較大的為全自動化的火焰切割機，切割槍的擺動，切割小車的隨動及返回，以及自動計數定尺，都由微機控制。電動或氣壓做動力源。

　　另兩種近來較流行的經濟型的火焰切割機：一種稱無動力型火焰切割機，另一種稱夾坯型火焰切割機。

　　（1）無動力型火焰切割機

　　這種火焰切割機不同于全自動的火焰切割機，除切割小車返回使用液壓缸外，其余全無動力源，是靠鑄坯帶動產生各種動作，當撞頭落在錕道線上，鑄坯運行一個定尺長度至撞頭處，則頂動撞頭并帶著切割小車前進，切割小車上裝切割槍，切割槍的擺動運動來源于擺動機構上有一個導輪，當切割小車被鑄坯帶動

　　前進時，此導輪將沿著一個固定的靠模曲線前進，因曲線的起伏使導輪帶動切割槍，產生切割擺動運動。定尺撞頭的上部裝在定尺導桿上，由于定尺不同，撞頭在定尺導桿上的位置可以通過調節裝置進行調節，導桿的末端有釋放導模，當撞頭走到導桿末端時，完成尺切割后，撞頭將因導模的作用，自動釋放抬起。則被切斷的鑄坯經錕道送出。撞頭及切割小車又被液壓缸帶動返回原處，而撞頭落下成等待位置，全部切割過程結束。

　　該切割機的動力來源是鑄坯，鑄坯不頂到撞頭，則切割小車不會行走，切割槍不會擺動，無法進行切割，顯然該機不能進行非定尺的切割，如切頭、切尾，或事故切割，這是該機的大弱點。

　?。?）夾坯型火焰切割機

　　為了克服上述切割機的缺點，一種新型的切割機對隨動運動作了改進，不用被動的頂坯方式，而改為主動的夾坯隨動方式，并用汽缸作動力，解決了不能切頭、切尾的問題。

　　夾坯型火焰切割機，切割機前設置里夾坯錕，夾坯夾頭，火焰切割槍的擺動仍是由擺動機構和靠模完成，切割小車返回用液壓缸或用氣動馬達，夾坯夾頭杠桿通過轉軸，靠汽缸傳動，產生夾緊或放松的動作，而氣缸的進排氣則由工人遙控，或由定尺裝置發出信號，顯然該機應另配備定尺發信號裝置。目前小方坯連鑄機采用這種帶有主動夾坯機構的火焰切割機日漸增多。

　　1.8.4 切割槍

　　割炬又稱為切割槍，是火焰切割機的重要部件。切割槍是由槍體和切割嘴組成。而切割嘴是它的核心部件。

　　外混式切割槍，它形成的火焰焰心為白色長線狀，切割嘴可距鑄坯50～100mm內切割；外混式切割有鑄坯熱清理效率高，切縫小，切割槍壽命長等優點。切割槍是用銅合金制造，并通水冷卻。

　　一般當鑄坯寬度小于600mm時，用單槍切割；寬度大于600mm的鑄坯，用雙槍切割。但要求兩支切割槍在同一條直線上移動，以防切縫不齊。切割時割槍應能橫向運動和升降運動。當鑄坯寬大于300mm時，切割槍可以平移，見圖a，當坯寬小于300mm時，割槍可做平移或扇形運動，見圖b，割槍的扇形運動的一個優點是切割先從鑄坯角部開始，使角部得到預熱有利于縮短切割時間，同時在板坯切割時先做約 5°的扇形運動，割槍轉到垂直位置后，再做快速平移運動，見圖C。

　　1.2 割槍運動

　　1.8.5 鑄坯自動定尺裝置

　　錕子通過氣缸與鑄坯接觸，鑄坯帶動錕子轉動并發出脈沖信號，由計數器按定尺發出信號開始切割。

　　1.9 切割機的選用

　　火焰切割機，在線設備簡單,一次性投資低，切頭比較平整，不受鑄坯溫度的限制，但金屬損耗高,有煙塵和切割渣的污染，需要增加額外的投資。這里選用了夾坯型火焰切割機。

　　1.3 火焰切割裝置

　　1.4 夾鉗式同步機構簡圖

　　1.10 課題關鍵問題及難點

　　這次課題關鍵問題及主要難點有：

　　1.工作環境溫度高,零部件的選用與保護。

　　2.變頻器的參數設置。

　　3. 電氣元件的選用。

　　4．火焰切割機機械部件與PLC控制系統的搭配。

　　5.電氣圖主要技術參數的計算。

　　6.STEP 7的編程。

　　2 火焰切割機機械控制

　　2．1 切割機機架

　　由軌道和軌道梁、走行和檢查平臺、橫梁和立柱、能介管道和電纜等組成。

　　1．軌道采用高架形式，每流兩根。安裝軌道的軌道梁斷面為“日”字形，內部通有冷卻水，火切機軌道梁公用一個大機架。

　　2．行和檢修平臺。平臺蓋板上部為鋼制花紋板，下部為鋼板。

　　3．分布在鑄流兩側，為了保證切割操作工有良好的操作視線，橫梁采用下置式安放。

　　4．機能介管道和電纜設置在遠離拉矯機一側，如配置測量輥裝置空氣管和電纜設置靠拉矯機一側。

　　2．2 車體

　　由下箱體、安裝板、上箱體、箱蓋和前箱體組成。

　　1．箱體和上箱體是一個箱形雙壁構件，通有冷水，可保護安裝在其中的各部件，防止機下鑄流熱輻射的損害。

　　2．安裝板在上、下箱體之間，火切機的各部件都裝在此板上。

　　3．箱蓋在上箱體上方，是一可折的輕型蓋子，便于安裝和維修。

　　4．前箱體是單壁箱體，用來保護切割槍、夾鉗裝置。

　　2．3 傳動裝置

　　兩傳動火焰切割機的傳動裝置由三相交流電機、兩極蝸輪減速器、齒輪傳動副、切割車行走和割槍驅動等部件組成。

　　1．電機：火焰切割機上，采用8極交流電機加變頻器調速，使割槍在起切速度時，電機不會在低頻帶工作。

　　2．減速器組件：火焰切割機的減速器是本廠自制件，有兩極蝸輪減速。在級蝸輪出軸上，裝有開式傳動齒輪，與帶有電磁離合器（A）。在第二級蝸輪出軸上裝有電磁離合器（B）。

　　3．切割車行走：切割車行走由傳動部件與車輪組成，車輪安裝在水冷箱體兩側，前端兩個從動輪，后端兩個主動輪，一側車輪為槽型導向輪，另一側車輪為平輪。傳動部分安裝在水冷箱體的中部，通過小車傳動電機，帶動自動車輪，來完成切割機到滬運動。

　　4．割槍驅動：火焰切割機的割槍驅動由割槍傳動電機來控制。

　　2．4 同步機構

　　火焰切割機的同步機構由帶閥氣缸、上夾臂、旋轉軸和夾鉗組成，氣缸安裝在水冷箱體內，通過電磁閥的換向帶動上夾臂，再由旋轉軸帶動安裝在前箱體的通有冷卻水的夾鉗作夾緊和松開動作,來實現對鑄坯的夾緊和切割機的同步運行。

　　工作程序:待機時,電磁閥失電,夾緊松開,處于極限待機位置(大開口)。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電，氣缸使夾鉗夾緊鑄坯，同時切割車傳動電機失電，切割車即隨鑄坯同步運行。當切割完畢時，氣缸換向閥失電，夾鉗松開，氣缸縮回限待機位置，夾緊極限位置接近開關發訊，機器處于待機位置。

　　2．5 邊緣探測裝置

　　方坯火焰切割機在邊緣探測方面作了很大改進。割槍對鑄坯邊緣的定位是通過夾鉗對鑄坯的夾緊將割槍邊緣（不同的鑄坯需要調整在夾緊時夾鉗和割槍的相對位置，這樣解決了鑄坯跑偏時，割槍的預熱點偏差大的問題。

　　工作原理：待機時，切割機傳動電機均失電，割槍停留在原位。當鑄坯運行到切割定尺時，氣缸換向閥得電。夾鉗帶動割槍，迅速達到鑄坯邊緣位置，對鑄坯進行預熱。

　　2．6 管路

　　由車間氧氣、燃氣、壓縮空氣、冷卻水等管道供應的各種介質經過能源介質箱后，通過機外配管、機內配管送到機上各使用點。

　　1.路。氧氣進入能源介質箱，在箱內經過濾器后分成割槍預熱氧、切割氧二路，分別減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管，預熱氧管道進入割槍前裝有氧氣回火防止器。

　　2.燃氣管路。燃氣進入能源介質箱，在箱內經過濾器并減壓至設定壓力，由電磁閥控制出能源介質箱后，經硬管送至拖鏈上的軟管再接到主、副割槍上，高溫區割槍的連接采用不銹鋼波紋軟管。燃氣進入割槍前需裝有回火防止器。

　　3.壓縮空氣灌錄。壓縮空氣進入能源介質箱在箱內經氣源三聯件（過濾、減壓、油霧器）以設定壓力出能源介質箱，經硬管送至拖鏈上的軟管后進入機內配管，由換向閥控制進入同步氣缸，使夾鉗作夾緊與放開動作。

　　火焰切割機的冷卻水進、出水管路如下：

　　2.1 冷卻水進、出水管路示意圖

　　冷卻水經機外硬配管、拖鏈軟管引上切割機后，分兩路進入割槍、上箱體下箱體和夾鉗，然后進入拖鏈回水管，后通過機外硬配管系統排放。

　　另一路由電磁換向閥控制進入長度測量裝置氣缸，使測量輥作靠攏鑄坯與脫離鑄坯動作。

　　2．7 切割車行程控制

　　切割車行程控制由接近開關與感應片組成。接近開關裝在切割機上箱體的水套中，以防在高溫狀態下的失靈，感應片焊接在機架上。

　　2．8 長度測量裝置

　　1. 度測量裝置為一由氣缸推動可擺動的空心軸，空心軸上裝有一個表面經特殊硬化處理的測量輪，其擺動支撐座安裝在切割機機架上。鑄坯到達測量點之前，空心軸應擺動至上位。當上位機發出鑄坯到位信號后，氣缸推動其擺動至下位，測量輪與鑄坯側面接觸，鑄坯靠摩擦力通過測量輪帶動空心軸旋轉。在空心軸上端通過一對開式齒輪傳動副連接一個增量式光電編碼器。測量輪的周長與脈沖發生器的每轉脈沖數是匹配的，通過光電編碼器將測量數據反饋到PLC中去。冷卻水流經測量輪、空心軸后排出。

　　2.產度測量裝置也可以配置紅外線熱金屬探測器，探測器每流一套安裝在長度測量機架上，探測器需要一路壓縮空氣、冷卻水出口和出口管路。

　　3.度測量裝置也可選用DC24VP碰錘，碰錘每流一套安裝在測量機架上，并與機架絕緣。

　　2．9 能源介質控制箱

　　2．9.1 概述

　　能源介質控制箱的功能是將用戶管道來的各種不同壓力的能源介質調整到火焰切割機正常切割所需的工作壓力。

　　本廠提供的能源介質控制箱具有這樣的特點：在進口壓力波動較大，切割所需的氣源流量也很大的情況下，通過具有水平的減壓閥的調壓，使出口氣壓控制在正常切割所需的工作壓力，并持續穩定地供應各種氣源。

　　安裝位置：一般安放在離火焰切割機切割區域不太遠（10米以內）的兩側。這樣既可以使火焰切割機的現場配管長度比較合理，又便于在進行壓力調整的時候，操作工可看清割槍的火焰。

　　結構形式：為立式箱形結構。箱體的前后均可開門，便于維修。箱體的一側配有電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的接線電纜連接到此端子箱。

　　2．9.2 上海減壓閥門廠減壓閥簡介

　?。?）箱體。為立式箱形結構。所有的控制元器件及聯接管路均可安裝在該箱體內，箱體下部為能源介質的進口，上部為能源介質的出口。如用戶特殊需要，也可進、出口換向設計。箱體的前后均為門，便于維修。箱體的一側配有一個電氣端子箱（地上接線端子箱），將切割機上所有電控元器件和能源介質箱內電磁閥的電纜連接到此端子箱。

　?。?）閥門類。共有六種類型。

　　1. 安裝在能介箱內各進氣總管和分路管道上的球閥。其總管所用型號為Q11F-16TG2；分管所用型號為Q11F-16TG3/4。

　　2. 安裝在燃氣總管上的止回閥。型號為MF，其功能一是防止燃氣回火，二是過濾氣體種的雜質。

　　3. 安裝在氧氣和燃氣分管上的減壓閥。切割氧減壓閥型號為MD200；預熱氧減壓閥型號為RE25-HG；燃氣減壓閥型號為RE4PM-G。

　　4. 安裝在氧氣和燃氣分管上，控制每一路氣源開、關的二位二通電磁閥（德國進口件）。

　　5. 安裝在預熱氧管和燃氣管旁路上的氣體調節閥。其型號為DP5。

　　6. 安裝在壓縮空氣管路上的三聯件氣源處理裝置。其型號為399．293。

　?。?）管路。分為進氣總管和各供氣分管。

　　各種介質的進氣總管各一根。其中在氧氣和燃氣總管上裝有過濾器和壓力表。

　　氧氣總管在箱體內分成預熱氧和切割氧兩路然后根據該箱體控制切割槍的數量再分成相應的十路分管。

　　在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、MD200氧氣減壓閥和二位二通電磁閥。

　　在每一路預熱氧分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥、RE25-HG預熱氧減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。

　　燃氣總管在箱體內根據該箱體控制切割槍的數量分成相應的五路分管。

　　在每一路燃氣分管上，裝有Q11F-16TG3/4球閥，RE4PM-G燃氣減壓閥和二位二通電磁閥，在電磁閥的下部也配有一旁路，上裝有DP5氣體調節閥，供調節割槍點火火焰之用。

　　2.10 技術參數