軋鋼廠雙蓄熱式加熱爐自動控制系統的優化

摘 要：對于冶金單位來講，加熱爐是其常用的耗能裝置，對于如今的軋鋼加熱爐功效低和自動化能力差的問題，相關人員積極的探索研究了用于雙蓄熱式加熱爐的計算機控制系統。這個體系在換向管控中使用以狀態轉移為前提的調度方法，減弱了問題分析時的繁瑣性，提升了體系的穩定性，在燃燒控制中采用了基于生產率模型的自動調溫控制及空燃比自尋優策略，實現了燃燒優化控制，從而有效提高了生產效率。實際運行表明，系統運行可靠、高效，具有推廣價值。

關鍵詞：雙蓄熱式加熱爐；換向控制；燃燒控制

1 引言

對于冶金單位來講，加熱爐是其常用的耗能裝置，其在總的耗能中占據大約十分之七的比例，如今的軋鋼加熱爐的功效不高，通過分析得知，步進式的設備的功效僅僅在十分之三左右。我們國家共有七百多臺加熱爐，然而只有不到十分之三使用了電腦控制，就算是我們國家的十大鋼鐵單位中還是存在人工活動的場景，而且大多還是常規管控體系。如今，我們國家的很多單位的該體系都是從國外引入的，其在技術上受到牽制，維護資金多。同時，因為對機械的吸收和創新性不高，體系的能力還是無法有效的展示出，設備的電腦控制性不是很好。怎樣提升其控制能力，提升熱效率，是當前非常受關注的一項內容。

蓄熱式燃燒技術是國外20世紀80年代開發成功的新型燃燒技術，其優點是節能環保，而且噪音不嚴重。我們國家的技術工作者在進行了非常久的探索之后，已經了解了相關的科技，很多的鋼鐵單位已經開始重視這個科技的發展情況，而且把它列入發展規劃里。

2 系統配置

2.1 上位機采用2臺研華工控機，WinCC5.1作為上位機監控軟件。

2.2 下位機采用德國西門子公司的PLC產品，編程工具為STEP7V5.2。整個下位機由兩部分組成，一部分是加熱爐爐體的主體控制，由$7-400完成；另一部分是相關的外圍電氣控制，由s7-300完成。$7-400采集數據主要有：溫度、壓力、流量、CO濃度、電動閥閥位等，S7.300采集參數為各個電氣設備的運行狀態，如開、關、故障等信號。

3 系統控制策略及實現

雙蓄熱式加熱爐控制系統主要包括：燒嘴換向控制、爐膛溫度控制、壓力與排煙控制、汽包液位控制、上料推鋼出鋼控制等子系統。

3.1 燒嘴換向控制

過去的換向通常是使用集中模式或是分段模式，這個方法的不利點有如下的一些：

第一，單一的燒嘴出現問題的話會干擾到總的運作。第二，在換向之后會導致煤氣以及空氣流量的大規模變化。該體系為了處理面對的不利點，所有的燒嘴都使用單獨的換向裝置，所有的燃燒設備間有較高的獨立性。站在控制層次上來看，該項控制要有兩大層次：一個燒嘴單獨的開展轉向以及總體燒嘴轉向的調度工作。這時候，不但有單一燒嘴的快切閥邏輯動作之類的嚴謹的時序聯系，同時還具有調度時期的人工干預要素，眾多的要素組合到一起就得到了一個十分綜合化的體系。由于考慮到其運作本身是在不同的狀態中開展的，這時候就獲取了一個將狀態轉換當成是背景的調度措施，其減弱了問題探索的繁瑣性。實際的措施是，先把燒嘴結合具體的運作模式分成如下的三類情況：燃燒狀態、排煙狀態、轉狀態。然后，結合不同的狀態轉換特征，運行不同的處理方法。針對之前的兩類來講，是通過布置好的周期決定的，具體的說是將固定的時間當成是處理方法。對于后一種是由一些隨機問題或是人為活動導致的，使用以事件響應為前提的處理措施。同時，狀態的運行使用令牌環的措施，如果令牌到達一個燒嘴的時候，它進行一次轉換。具體的傳遞路線是由工藝來控制的。

3.2 掌控好爐膛的氣溫

該項控制活動是設備的關鍵控制活動之一，氣溫的高低會對剛胚的品質有一定的干擾。目前普遍使用的措施是通過爐溫來分段管控，它的設定數值是由工作者結合活動步驟來設置，它的不利點有如下的一些：

第一，控制活動不及時，因為軋制活動的變動會使得爐溫出現非常顯著的變動性。第二，爐溫的設置并不是最合理的。因為各個區域的溫度通常是以經驗來設置的，所以在不一樣的生產模式下，無法確保所有區域的溫度是最為合理的，同時為了確保軋制活動有序開展，在人工設置數值的時候會留有一些余數，其不但導致資源得不到合理的使用，同時還會影響到材料的品質。

該體系使用了以生產率模型為前提的控制措施。經由模型分析出在特定背景中的爐膛所需的氣溫，而且自行的將該氣溫當成是設定數值，進而確保溫度可以自行的優化。

本系統根據燃燒曲線，將空燃比按負荷的大小分為5段，根據實際測得的空氣過剩系數，找出對應的最佳空燃比，從而實現最優燃燒。

3.3 爐膛壓力與排煙溫度控制

如果爐膛的壓力太高的話，火焰朝外竄出，影響到安全。假如其壓力太小，外在的氣體進到其中，導致鋼材的表層氧化，資源得不到有序的使用。

一般來講，爐膛要確保有一定的微正壓。過去的控制活動是經由變化爐膛的擋板自身的開度來實現的，不過對于雙蓄模式的設備來講，為了防止能量得不到合理的使用，在工藝中不使用上述的擋板，僅僅的通過掌控燒嘴的排煙的多少來掌控該壓力。如果壓力增加的非常高的話，那么排煙總數就增加了。相反的，就要降低排煙的總數。

對于雙蓄熱的設備來講，煙氣本身具有調節壓力的功效，同時煙霧還能夠平衡蓄熱水平，假如排煙的氣溫太低的話，就表示著蓄熱的功效不是很好，無法實現節能的意義。假如排煙的氣溫太高的話，就會影響到那些不能耐熱的零件，所以要合理的掌控排煙的氣溫。

3.4 汽包液位控制

由于加熱爐爐膛內長期保持高溫狀態，為防止爐膛內的支撐機構被燒壞，設置汽包冷卻水循環對其降溫，為保證管內水壓力，汽包液位要求控制在一定水位。由于冷卻系統在加熱爐占用重要地位，采用壓差式和電觸點式兩種水位檢測方式。壓差式靈敏度高，與電動閥及手操器構成PID調節回路，電觸點式精度差，但性能可靠，用作備用。

3.5 上料推鋼出鋼控制

上料系統、推鋼系統和出鋼系統是加熱爐鋼坯運輸的主要環節。該系統為典型的液壓驅動系故障，備用泵可自動投入。在上料臺和推鋼設備以及出鋼設備之間都設置了一個活動臺，這些活動臺經由鈴音和信號燈來互通，而且在步驟中可以落實如下的閉鎖活動。

第一，推鋼設備活動完成之后，此時上料設備許可進行上料。在上料設備運行的時候，推鋼設備無法運行。第二，如果出鋼設備活動的時候推鋼機停止。當出鋼機回位之后要釋放信號。第三，推鋼設備活動的時候出鋼設備不能動作。

4 上位機實現

上位機采用WinCC作為軟件平臺開發了上位機監控界面，主要完成溫度、壓力、流量、液位等運行參數的監視，故障報警、報表打印，電氣遠程啟停，參數設置，趨勢分析等，其主要界面包括：系統總貌畫面；報警總貌畫面；參數設定畫面；分段顯示畫面；控制回路畫面；蓄熱式燃燒狀態畫面；換向閥動作畫面；換向溫度、時間參數設定畫面；蓄熱燃燒系統報警畫面；時勢趨勢畫面；歷史記錄畫面；汽化冷卻工作狀態畫面等，整個系統界面友好、直觀，操縱方便。

5 結束語

在具體的運作中，我們得知，爐膛的氣溫能夠掌控在十五攝氏度之內，而且能夠將壓力掌控在15-20Pa間，非常的符合相關的技術要求。該體系自使用以來，獲取了非常顯著的成就。

參考文獻

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