連續(xù)熱鍍鋅退火爐區(qū)域溫度負載控制原理

孫健新

摘 要：在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)中，退火溫度直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以退火爐的溫度控制至關(guān)重要。首鋼京唐冷軋廠1#鍍鋅線的退火爐溫度控制采用區(qū)域負載控制。退火爐總共有147個燒嘴，燒嘴被劃分成7個獨立控制區(qū)，每個區(qū)都有單獨的煤氣流量控制閥以及助燃空氣變頻風機。每個燒嘴負載控制由安裝在爐室內(nèi)的熱電偶采集測量值，溫度的設定值由操作工或數(shù)學模型來給定。區(qū)域負載控制主要分為三部分：自身溫度PID控制、高溫計修正控制、交叉控制。在這三部分控制的作用下來實現(xiàn)最精確退火爐溫度的控制。

關(guān)鍵詞：鍍鋅退火爐 溫度控制 負載控制 交叉控制 高溫計修正

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0121-02

首鋼京唐一冷軋鍍鋅機組退火爐引進DREVER公司的退火爐技術(shù)，控制工藝復雜，技術(shù)先進。首鋼京唐一冷軋兩條熱鍍鋅機組均采用美鋼聯(lián)法退火工藝。退火爐由預熱段、輻射管加熱段（RTF+SF）、噴氣冷卻段（JCF）和均衡段組成。預熱段通過回收廢氣中的熱量把帶鋼加熱到一定的溫度；加熱段采用的是DERVER公司改進后的W型輻射管進行加熱，燒嘴采用推拉式，燃燒控制方式為比例控制，助燃空氣由助燃風機傳送給燒嘴，燃燒廢氣由排煙風機從燒嘴吸出。助燃空氣在燒嘴內(nèi)由廢氣進行預熱。每一個燒嘴裝有一個點火電極和一個火焰檢測器UVS，通過高壓變壓器和點火控制單元BCU執(zhí)行所有的點火程序，通過一個UV單元來進行火焰檢測并反饋操作狀態(tài)。燒嘴點火3次失敗后，通過一個BCU將燒嘴煤氣管道關(guān)閉。所有的燒嘴被分成7個控制區(qū)，通過每個區(qū)單獨的助燃風機和燃氣控制閥能使各區(qū)獨立工作，通過爐子控制系統(tǒng)自動燒嘴點火；噴冷段有4個區(qū)，在HNx / 水換熱器后配置有一個壓力控制的變速風機（帶有一個高溫計進行修正）。風機可以直接通過位于終冷段出口處的高溫計控制。要使退火爐達到最佳的工藝溫度，這對各段的溫度控制要求非常嚴格，需要深入的研究。

1 運轉(zhuǎn)過程

根據(jù)所需要的帶鋼退火溫度控制控制區(qū)的溫度。爐子共分5個加熱區(qū)1個均衡區(qū)每一個區(qū)裝有2個熱電偶用做區(qū)域溫度控制和一個熱電偶用作輻射管過熱控制，高溫計安裝在6區(qū)（P2）和7區(qū)（P3）根據(jù)加熱區(qū)的設計（燒嘴邊緣重疊），兩個相對的加熱區(qū)可以看作一個控制區(qū)。根據(jù)這個原則，加熱控制區(qū)分成4個控制區(qū)：加熱控制區(qū)1&2、加熱控制區(qū)3&4、加熱控制區(qū)5&6、加熱控制區(qū) 7（均熱段）。溫度控制由控制區(qū)來完成。溫度控制器用來測量控制區(qū)的平均溫度。

2 控制部分

區(qū)域負載控制被分為三部分如下。

自身溫度控制：溫度測量運行，溫度設定運行，溫度控制器以及能效模式控制。

高溫計修正控制：根據(jù)鋼帶的溫度修正溫度（或功率）的設定值。

交叉控制：通過交叉控制來限定控制區(qū)的助燃空氣和燃氣的設定值，交叉控制的目的是確保過氧燃燒。

2.1 溫度控制流程

溫度控制器的過程數(shù)值由以下三項來源：雙區(qū)溫度控制，區(qū)域溫度測量值與設定值之間的差值；煙氣溫度控制，煙氣溫度測量值與設定值之間的差值；輻射管溫度控制，輻射管內(nèi)溫度測量值與設定值之間的差值。

2.2 溫度測量過程

每一個控制區(qū)裝有2個熱電偶來測量控制區(qū)的溫度。雙區(qū)溫度控制器所利用的工藝值是雙區(qū)的4個熱電偶的平均值（及較低的值對工藝值的影響相對其它值要低），但是下述情況出外：如果某一控制區(qū)關(guān)閉（控制區(qū)MG是FOF），此區(qū)的熱電偶停用。如果（熱電偶安裝位置的）燒嘴是關(guān)閉的且此時需求負載比（燒嘴最小負載）MinLoadBurnLT（33%）大，此熱電偶停用。如果某一熱電偶處于測量暫停狀態(tài)（BK），此電偶停用。

2.3 溫度設定值斜坡函數(shù)

此斜坡函數(shù)的目標是控制溫度的增長，避免損壞輻射管。根據(jù)雙區(qū)的狀態(tài)和溫度，所選擇的溫度設定值由斜坡函數(shù)來管理。

斜坡函數(shù)的控制功能如下：所需求的設定值SP：操作工設定值、保溫模式設定值和數(shù)學模型溫度設定值。PV是雙區(qū)溫度控制器的工藝值。

當雙區(qū)控制關(guān)閉時，斜坡函數(shù)禁用且其輸出值等于PV。

當雙區(qū)控制打開時，有如下三種可能性：

需求的SP=PV或需求的SP斜坡函數(shù)輸出值，實際的設定值增加到所需求的設定值。連續(xù)的監(jiān)控斜坡函數(shù)的輸出值與PV之間的偏差。當偏差值超過最大偏差值后，斜坡函數(shù)的輸出值停止增加且修正到與最大偏差值相等。

2.4 交叉控制原理

交叉控制的目的是根據(jù)熱需求（控制區(qū)負載）、助燃空氣的測量值、燃氣流量來管理控制器空氣和燃氣的流量設定值，其目的是保證燃氣的完全燃燒。此項功能是通過一個選擇最小數(shù)值來定義燃氣流量設定值和選擇最大數(shù)值來定義助燃空氣流量設定值而獲得的。

在控制區(qū)負載增加的情況下，空氣流量驅(qū)動燃氣流量控制器：空氣流量直接增加（最大值功能）但是燃氣流量要等到空氣流量測量值增加后方可增加（最小值功能）。

在控制區(qū)負載減少的情況下，燃氣流量驅(qū)動空氣流量控制器：燃氣流量直接減少（最小值功能）但是空氣流量要等到燃料流量的測量值減少后方可減少（最大值功能）。

2.5 高溫計修正

高溫計修正控制器的工作是修正雙區(qū)的溫度控制器的設定值同時也修正數(shù)學模型的功率設定值。如果測量值或發(fā)射率丟失，系統(tǒng)將產(chǎn)生報警同時系統(tǒng)自動將高溫計關(guān)閉（只針對相關(guān)的高溫計，其它高溫計保持運行）。在正常狀態(tài)恢復后15 s，高溫計修正選用功能禁用。當獲得啟動條件后，系統(tǒng)不會自動啟用高溫計修正功能，此功能必須經(jīng)由操作工啟動。高溫計產(chǎn)生的信號與帶鋼的溫度是成正比的，帶鋼的發(fā)射率與高溫計預設的發(fā)射率相同。實際上，根據(jù)帶鋼質(zhì)量的不同帶鋼的發(fā)射率也不同。高溫計能夠設定新設的發(fā)射率，發(fā)射率可以由操作工在HMI上給出（工程師權(quán)限），或由數(shù)學模型給出。此參數(shù)的范圍是從0到1。

3 結(jié)語

隨著對帶鋼熱處理質(zhì)量要求的提高，準確控制爐子溫度是提高退火質(zhì)量的關(guān)鍵。鍍鋅退火爐是一個工藝控制復雜，技術(shù)先進的設備，加熱過程中有如此多的燒嘴同時協(xié)調(diào)工作，對于燒嘴的控制相當嚴格，而燒嘴負載的控制在整個爐子溫度控制中是重要環(huán)節(jié)，應該進行深入的研究。這次論文分析的是DREVER公司退火爐的負載控制原理，DREVER公司的技術(shù)已經(jīng)是世界先進水平，通過對它的控制原理的分析研究，將對以后的退火控制研究起到指導作用，對以后的工作學習有著重要意義。

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