概述1780产线加热炉氧化烧损控制系统开发

摘 要 河钢集团承德公司1780生产线是一条热轧卷板生产线，此产线的钢坯加热炉为蓄热式加热炉，为了解决钢坯加热过程中产生的大量氧化烧损问题，设计开发了1780产线加热炉氧化烧损控制系统。本文介绍了河钢集团承德公司1780生产线钢坯加热炉氧化烧损控制系统的设计原理和实际应用情况，阐述此系统在实际轧钢过程中的作用。

关键词 热轧带钢；蓄热式加热炉；烧损；检测

1 概述

在热轧卷板的生产过程中，钢坯加热炉是一种主要的加热生产设备，其具有节能、高效的特点。但由于钢坯在强氧化环境下会发生表面剧烈氧化，致使板坯在加热过程中会形成大量的氧化烧损。氧化烧损问题不仅使钢坯成材率大幅降低，并且还会造成降低加热炉热效率、加剧加热炉底耐火材料侵蚀、缩短加热炉炉体使用寿命、减缓钢坯加热速度等多种问题，不但大大降低了钢坯的成材率，也严重影响了钢材生产质量，为了解决此问题，各大钢厂都投入大量的科研力量，但由于加热炉生产的特殊性，至今未形成广泛认可的解决方法，以此依据1780产线基本情况和特点，设计开发出1780产线加热炉氧化烧损控制系统，用于解决1780产线加热炉生产过程中氧化烧损的情况。

加热炉在生产过程中存在多种因素耦合扰动的情况，而传统的经典理论多是在限定特定条件的环境下得出，因此依据这些理论单一的调整某项参数很难实现对相关性能的优化，而且会造成生产质量的波动。另外加热炉性能参数具有较大的离散性，通过简单的实验总结相应的控制参数和方法，缺乏准确性和代表性，因此对于加热炉氧化烧损的控制一直是一个较为棘手的问题。加热炉氧化烧损控制系统依据热力学和传热学原理，结合信息技术与控制理论，可实现通过炉内温度和氧化环境的精确控制，以达到控制板坯表面氧化烧损的效果[1]。

2 系统总体结构与流程

本系统分为参数测量、模型计算和控制三个模块（如图1），其中参数检测模块主要用于检测影响板坯氧化烧损的主要工艺参数，如：温度、煤气流量、空燃比等。模型计算模块主要用于计算当前炉况下最优工艺参数设定，进而有效降低氧化烧损。控制执行模块主要通过控制设备达到模型计算模块给定的工艺参数。以上三个模块根据流程按设定周期自动运行，以达到降低氧化烧损的目的。

本系统定周期自动执行控制流程，首先系统通过自动化监测模块实时采集加热炉温度、煤气压力和残留氧气含量变化数据，传送给计算模型；计算模型系统收到测量数据后，计算出最佳炉内空燃比、煤气流量、炉内压力等参数，并将计算结果传输给精准燃烧控制模块；精准燃烧控制模块根据计算出的设定参数，通过自动化控制系统实现煤气、空气、排烟系统的精准控制，以实现对加热炉的温度、压力等指标的优化控制，最终达到减小氧化烧损程度的目的[2]。

3 各功能模块的详细结构与功能

3.1 参数检测模块的详细结构与功能

参数检测模块包含数据采集模块和数据处理模块组成，主要包括热电偶、流量孔板、电磁流量计、残氧分析仪、ET200、可编程序控制器PLC等设备构成，可以实时将加热炉的温度、煤气流量、空气流量、压力等工艺参数通过网络传送到PLC进行处理，最后再将处理过的数据发送到模型计算模块。

3.2 模型计算模块的组成和功能

本模块依据热力学与传热学原理，并结合现场实验结果构建了炉温预测模型、炉内热负荷平衡模型、煤气燃烧优化模型及金属表面氧化模型，并使用粒子群算法对模型计算结果进行数据优化，最终生成最优的炉内温度、空燃比、在炉时间等设定参数，并将其下发到控制执行模块。

3.3 控制执行模块的组成与功能。

本模块由可编程序控制器PLC、ET200、调节阀、切断阀以及流量孔板等构成。控制执行模块可依据模型计算模块给定的参数设定值，进行增益自适应前馈补偿性燃烧控制，实现温度和时间的有效控制，以达到控制氧化烧损的目的[3]。

4 系统运行效果

系统上线前后分别对不同钢种进行了相关对比实验（如表1），發现系统上线后在不影响加热炉生产质量的情况下，有效降低了钢坯在加热炉的氧化烧损，取得了较好的效果。

5 结束语

通过钢坯加热炉氧化烧损控制系统的控制可以有效地降低板坯的烧损率，提高板坯的生产质量，降低生产环节的损耗，取得了较高的经济效益。

参考文献

[1] 蒋受宝.钢坯热过程节能与氧化烧损数值模拟研究[D].长沙：中南大学，2006.

[2] 罗宝军.降低加热炉氧化烧损的研究[J].四川冶金，2006， 28（6）：29-33.

[3] 于海生.微型计算机控制技术[M].北京：清华大学出版社， 1999：112.