軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討

沈化冰 吳賢鵬 吳鵬 王衛(wèi)東

摘 要：在軋鋼生產(chǎn)中加熱爐需要把各種坯料均勻加熱到相應(yīng)的軋制溫度，從而滿足軋鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。只有做好加熱控制，保證加熱溫度，才可以生產(chǎn)出斷面尺寸精確，性能和質(zhì)量達(dá)標(biāo)的軋鋼產(chǎn)品。所以在軋鋼生產(chǎn)中，必須強(qiáng)化對(duì)加熱爐的溫度控制，積極研究和創(chuàng)新?tīng)t溫控制方法，不斷提高爐溫控制的精確度，為軋鋼企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升做出有效貢獻(xiàn)。本文對(duì)軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：軋鋼;加熱爐;溫度控制;問(wèn)題;改進(jìn)措施

1軋鋼加熱爐溫度控制系統(tǒng)概述及運(yùn)行問(wèn)題分析

加熱爐的溫控系統(tǒng)基本都有4部分組成，溫度傳感器、加熱爐、固態(tài)繼熱器和主控系統(tǒng)。在軋鋼生產(chǎn)中，可以通過(guò)傳感器來(lái)采集加熱爐內(nèi)的溫度信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)之中，然后控制系統(tǒng)就可以按照既定的加熱爐生產(chǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)進(jìn)行溫度信號(hào)的控制處理， 之后再通過(guò)PID計(jì)算得到相應(yīng)的控制信息，最后在將其輸入到固態(tài)繼電器中，通過(guò)控制端來(lái)完成對(duì)加熱爐運(yùn)行情況的有效控制。加熱爐的溫度控制效果除了主控系統(tǒng)外，更與加熱爐設(shè)備的自動(dòng)化控制水平、熱效率等直接相關(guān)。其具體體現(xiàn)在下述幾方面：第一，溫控自動(dòng)化水平仍有待提升。在現(xiàn)階段基本都采用熱電偶來(lái)進(jìn)行加熱爐的溫度傳感監(jiān)測(cè)，熱電偶的測(cè)溫范圍非常廣，足以滿足加熱爐生產(chǎn)中的測(cè)溫要求，但是在智能化和自動(dòng)化建設(shè)方面仍有待加強(qiáng)，與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)相比仍存在一定劣勢(shì)，尤其在爐內(nèi)溫度場(chǎng)控制、爐中坯料溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方面的自動(dòng)化控制技術(shù)效果相對(duì)較弱。這就會(huì)影響爐溫控制的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料溫度的有效控制;第二，熱效率低。在現(xiàn)階段軋鋼加熱中普遍都會(huì)存在設(shè)備轉(zhuǎn)換率較低的情況，其根本原因是燃料和空氣之間的比例不合理，以保證燃料的充分燃燒?？諝膺^(guò)多會(huì)導(dǎo)致煙氣量增加，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致熱量被帶走，而空氣少燃料多，則難以保證燃料的充分燃燒，此時(shí)也會(huì)造成燃料浪費(fèi)，并且在此過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量污染氣體;第三，設(shè)備維修成本高。加熱爐在使用中必不可免會(huì)因?yàn)槟承┮蛩赜绊懚霈F(xiàn)設(shè)備磨損老化，例如操作不當(dāng)、維修養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等等，并且加熱爐設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，這也會(huì)加劇設(shè)備的磨損老化。并且各種設(shè)備配件的采購(gòu)成本非常高，一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響加熱爐的溫控效果，還必須投入大量資金來(lái)進(jìn)行維修，嚴(yán)重影響了軋鋼廠的經(jīng)濟(jì)效益。

2軋鋼加熱爐溫度控制不準(zhǔn)確的不良影響

2.1過(guò)熱和過(guò)燒

軋鋼坯料如果長(zhǎng)期在高溫條件下進(jìn)行加熱，鋼晶粒體就會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，過(guò)分長(zhǎng)大，減弱鋼晶粒體間的聯(lián)系，影響軋鋼產(chǎn)品的性能質(zhì)量。尤其在過(guò)熱溫度環(huán)境下，坯料非常容易在軋制中產(chǎn)生裂紋，并且隨著高溫加熱，晶粒還會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，發(fā)生精液熔化氧化等問(wèn)題，最終導(dǎo)致坯料破碎，失去鍛壓價(jià)值，造成嚴(yán)重的成本損失和質(zhì)量事故。比如碳鋼坯料最高的加熱溫度為1300℃，在加熱溫度高于該上限后，就會(huì)融化坯料表層氧化鐵皮，同時(shí)如果坯料雜質(zhì)含量過(guò)高，熔點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步降低，通常在1300～1350℃。所以如果鋼坯加熱溫度高于1300℃，過(guò)熱過(guò)燒問(wèn)題的發(fā)生率就會(huì)大大增加。

2.2氧化與脫碳

在整個(gè)軋鋼生產(chǎn)中也會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，在坯料加熱過(guò)程中， 在不同溫度條件下，坯料內(nèi)的鐵就可能與各種氧化氣體出現(xiàn)反應(yīng)，生成Fe2CO3、Fe3CO4等鐵氧化物，鋼坯脫碳后淬火硬度不達(dá)標(biāo)，必然會(huì)對(duì)后續(xù)鋼坯加工帶來(lái)不良影響。同時(shí)氧化、脫碳在加熱過(guò)程中是同時(shí)開(kāi)展的，在加熱溫度低于750℃，氧化、脫碳的速度非常慢，但是超過(guò)800℃，其速度會(huì)明顯加快，如果沒(méi)有做好有效控制必然會(huì)影響氧化脫碳的效果，無(wú)法保證坯料淬火硬度。

2.3鋼坯料開(kāi)裂

有部分鋼坯材料的導(dǎo)熱率比較小，比如軸承鋼、高碳高等類材料，在加熱溫度超過(guò)700℃后，如果升溫速度過(guò)快，胚料斷面溫差會(huì)迅速擴(kuò)大， 一旦熱應(yīng)力超過(guò)坯料所能承受的極限，很容易發(fā)生開(kāi)裂問(wèn)題或者斷鋼風(fēng)險(xiǎn)，這就會(huì)導(dǎo)致軋鋼成本增加，利潤(rùn)降低。

3軋鋼加熱爐溫度控制改進(jìn)措施研究

3.1重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)資金投入

在現(xiàn)階段軋鋼技術(shù)、溫控技術(shù)等不斷進(jìn)步，作為軋鋼企業(yè)應(yīng)該充分重視對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，積極引進(jìn)先進(jìn)的加熱設(shè)備和溫控技術(shù)，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面入手，不斷提高加熱爐溫度控制的準(zhǔn)確性，減少加熱爐在生產(chǎn)運(yùn)行中的熱量損耗和污染，降低成本投入，提高軋鋼企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。除此以外，還需要重視對(duì)相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，激勵(lì)政策來(lái)提升員工在軋鋼生產(chǎn)中的積極性和主動(dòng)性，提高工作效率和工作質(zhì)量。

3.2提高加熱爐的熱轉(zhuǎn)化效率

加熱爐轉(zhuǎn)化效率不僅直接關(guān)系著軋鋼生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效益，同時(shí)與軋鋼廠的可持續(xù)發(fā)展直接相關(guān)，尤其在現(xiàn)階段國(guó)家對(duì)于鋼鐵企業(yè)的環(huán)保要求日益嚴(yán)格，只有不斷提高熱轉(zhuǎn)化效率減少，熱量損失和污染產(chǎn)生，才可以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。所以在溫度控制中必須從設(shè)備和技術(shù)兩方面入手來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率的提升。比如，雙閉環(huán)比值控制和雙交叉線幅控制都是溫度控制中常用的溫控方法，兩種方法都能夠有效促進(jìn)加熱爐熱效率的提升，但是雙閉環(huán)比值控制并不適用于溫度變化極為迅速的情況，在此情況下容易出現(xiàn)過(guò)氧或者缺氧等問(wèn)題，然而雙交叉線幅控制，則可以有效彌補(bǔ)這方面的缺陷，對(duì)空氣過(guò)剩率進(jìn)行有效管控，確保燃燒效率。同時(shí)雙交叉限幅的反應(yīng)速度慢，并不能夠滿足所有生產(chǎn)場(chǎng)景。所以在具體應(yīng)用中應(yīng)該聯(lián)合利用兩種控制系統(tǒng)，通過(guò)雙閉環(huán)比值控制來(lái)提升雙交叉線幅控制的功能性，再利用雙交叉限幅來(lái)改進(jìn)雙閉環(huán)壁紙控制的動(dòng)態(tài)管控不足。此外， 還可以從加熱爐材料結(jié)構(gòu)等方面入手，做好對(duì)加熱爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新材料的應(yīng)用，提高加熱爐的保溫性能，減少熱損失。

3.3做好自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

信息化、自動(dòng)化技術(shù)在牙膏生產(chǎn)中得到了普遍性應(yīng)用，在加熱爐控制中應(yīng)該通過(guò)自動(dòng)化信息化控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度和坯料溫度的有效管控，建立起數(shù)字化溫度控制模型，并通過(guò)相應(yīng)的溫度控度公式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐生產(chǎn)中最佳處理溫度的計(jì)算管控，提高加熱爐轉(zhuǎn)換效率。二級(jí)控制系統(tǒng)是當(dāng)下最為常用的溫控系統(tǒng)，其分為界面、策略和換熱模型幾部分，其能夠有效用于加熱爐運(yùn)行中的燃?xì)鈮毫刂?、溫度閉環(huán)控制，以此來(lái)有效控制加熱爐運(yùn)行中的爐溫和坯料溫度。

3.4做好爐溫預(yù)設(shè)系統(tǒng)的優(yōu)化

為了更好控制爐溫，可以從爐溫預(yù)設(shè)系統(tǒng)方面入手，通過(guò)相應(yīng)的方法來(lái)優(yōu)化爐溫設(shè)定值，做好鋼坯溫度和爐溫的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。首先，爐溫?cái)M合。鋼坯在加熱爐內(nèi)需要移動(dòng)，所以在確定和計(jì)算鋼坯溫度時(shí)，需要結(jié)合鋼坯所處位置的爐溫以及熱電偶數(shù)值來(lái)進(jìn)行螺紋的測(cè)量，然后再通過(guò)線性擬合來(lái)得到爐溫分布曲線。其次，鋼坯跟蹤模型，該模型主要用于分析預(yù)測(cè)鋼坯在各個(gè)位置的溫度，跟蹤鋼坯位置，并且還可以根據(jù)爐溫分布曲線，對(duì)鋼胚出爐時(shí)表面、鋼芯溫度和斷面溫差進(jìn)行預(yù)測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)：為了更好促進(jìn)軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量和軋鋼企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，必須加強(qiáng)對(duì)加熱爐的溫度控制，提高溫度控制的精確性，減少爐溫?fù)p耗和污染，保證坯料的出爐溫度，降低坯料報(bào)廢率。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬兵兵，肖鵬，徐細(xì)華，陳小波，高楊.熱軋加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制措施探討[J].世界有色金屬，2016，（15）：195-196.

[2]張海生.軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討[J].山西冶金，2016，39（03）：59- 60.

[3]王佳，田軍委，彭勃，等.加熱爐均溫燃燒器的火焰溫度場(chǎng)分析[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（06）：659-662.