概述1780產(chǎn)線加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)開發(fā)

楊建

摘 要 河鋼集團承德公司1780生產(chǎn)線是一條熱軋卷板生產(chǎn)線，此產(chǎn)線的鋼坯加熱爐為蓄熱式加熱爐，為了解決鋼坯加熱過程中產(chǎn)生的大量氧化燒損問題，設計開發(fā)了1780產(chǎn)線加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)。本文介紹了河鋼集團承德公司1780生產(chǎn)線鋼坯加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)的設計原理和實際應用情況，闡述此系統(tǒng)在實際軋鋼過程中的作用。

關鍵詞 熱軋帶鋼；蓄熱式加熱爐；燒損；檢測

1 概述

在熱軋卷板的生產(chǎn)過程中，鋼坯加熱爐是一種主要的加熱生產(chǎn)設備，其具有節(jié)能、高效的特點。但由于鋼坯在強氧化環(huán)境下會發(fā)生表面劇烈氧化，致使板坯在加熱過程中會形成大量的氧化燒損。氧化燒損問題不僅使鋼坯成材率大幅降低，并且還會造成降低加熱爐熱效率、加劇加熱爐底耐火材料侵蝕、縮短加熱爐爐體使用壽命、減緩鋼坯加熱速度等多種問題，不但大大降低了鋼坯的成材率，也嚴重影響了鋼材生產(chǎn)質量，為了解決此問題，各大鋼廠都投入大量的科研力量，但由于加熱爐生產(chǎn)的特殊性，至今未形成廣泛認可的解決方法，以此依據(jù)1780產(chǎn)線基本情況和特點，設計開發(fā)出1780產(chǎn)線加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)，用于解決1780產(chǎn)線加熱爐生產(chǎn)過程中氧化燒損的情況。

加熱爐在生產(chǎn)過程中存在多種因素耦合擾動的情況，而傳統(tǒng)的經(jīng)典理論多是在限定特定條件的環(huán)境下得出，因此依據(jù)這些理論單一的調(diào)整某項參數(shù)很難實現(xiàn)對相關性能的優(yōu)化，而且會造成生產(chǎn)質量的波動。另外加熱爐性能參數(shù)具有較大的離散性，通過簡單的實驗總結相應的控制參數(shù)和方法，缺乏準確性和代表性，因此對于加熱爐氧化燒損的控制一直是一個較為棘手的問題。加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)依據(jù)熱力學和傳熱學原理，結合信息技術與控制理論，可實現(xiàn)通過爐內(nèi)溫度和氧化環(huán)境的精確控制，以達到控制板坯表面氧化燒損的效果[1]。

2 系統(tǒng)總體結構與流程

本系統(tǒng)分為參數(shù)測量、模型計算和控制三個模塊（如圖1），其中參數(shù)檢測模塊主要用于檢測影響板坯氧化燒損的主要工藝參數(shù)，如：溫度、煤氣流量、空燃比等。模型計算模塊主要用于計算當前爐況下最優(yōu)工藝參數(shù)設定，進而有效降低氧化燒損。控制執(zhí)行模塊主要通過控制設備達到模型計算模塊給定的工藝參數(shù)。以上三個模塊根據(jù)流程按設定周期自動運行，以達到降低氧化燒損的目的。

本系統(tǒng)定周期自動執(zhí)行控制流程，首先系統(tǒng)通過自動化監(jiān)測模塊實時采集加熱爐溫度、煤氣壓力和殘留氧氣含量變化數(shù)據(jù)，傳送給計算模型；計算模型系統(tǒng)收到測量數(shù)據(jù)后，計算出最佳爐內(nèi)空燃比、煤氣流量、爐內(nèi)壓力等參數(shù)，并將計算結果傳輸給精準燃燒控制模塊；精準燃燒控制模塊根據(jù)計算出的設定參數(shù)，通過自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)煤氣、空氣、排煙系統(tǒng)的精準控制，以實現(xiàn)對加熱爐的溫度、壓力等指標的優(yōu)化控制，最終達到減小氧化燒損程度的目的[2]。

3 各功能模塊的詳細結構與功能

3.1 參數(shù)檢測模塊的詳細結構與功能

參數(shù)檢測模塊包含數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成，主要包括熱電偶、流量孔板、電磁流量計、殘氧分析儀、ET200、可編程序控制器PLC等設備構成，可以實時將加熱爐的溫度、煤氣流量、空氣流量、壓力等工藝參數(shù)通過網(wǎng)絡傳送到PLC進行處理，最后再將處理過的數(shù)據(jù)發(fā)送到模型計算模塊。

3.2 模型計算模塊的組成和功能

本模塊依據(jù)熱力學與傳熱學原理，并結合現(xiàn)場實驗結果構建了爐溫預測模型、爐內(nèi)熱負荷平衡模型、煤氣燃燒優(yōu)化模型及金屬表面氧化模型，并使用粒子群算法對模型計算結果進行數(shù)據(jù)優(yōu)化，最終生成最優(yōu)的爐內(nèi)溫度、空燃比、在爐時間等設定參數(shù)，并將其下發(fā)到控制執(zhí)行模塊。

3.3 控制執(zhí)行模塊的組成與功能。

本模塊由可編程序控制器PLC、ET200、調(diào)節(jié)閥、切斷閥以及流量孔板等構成。控制執(zhí)行模塊可依據(jù)模型計算模塊給定的參數(shù)設定值，進行增益自適應前饋補償性燃燒控制，實現(xiàn)溫度和時間的有效控制，以達到控制氧化燒損的目的[3]。

4 系統(tǒng)運行效果

系統(tǒng)上線前后分別對不同鋼種進行了相關對比實驗（如表1），發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)上線后在不影響加熱爐生產(chǎn)質量的情況下，有效降低了鋼坯在加熱爐的氧化燒損，取得了較好的效果。

5 結束語

通過鋼坯加熱爐氧化燒損控制系統(tǒng)的控制可以有效地降低板坯的燒損率，提高板坯的生產(chǎn)質量，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的損耗，取得了較高的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 蔣受寶.鋼坯熱過程節(jié)能與氧化燒損數(shù)值模擬研究[D].長沙：中南大學，2006.

[2] 羅寶軍.降低加熱爐氧化燒損的研究[J].四川冶金，2006， 28（6）：29-33.

[3] 于海生.微型計算機控制技術[M].北京：清華大學出版社， 1999：112.