軋鋼加熱爐在生產中的溫度控制探討

翟諾

（山信軟件萊蕪分公司，山東濟南，271104）

0 引言

在軋鋼生產中加熱爐需要把各種坯料均勻加熱到相應的軋制溫度，從而滿足軋鋼產品的生產要求。只有做好加熱控制，保證加熱溫度，才可以生產出斷面尺寸精確，性能和質量達標的軋鋼產品。所以在軋鋼生產中，必須強化對加熱爐的溫度控制，積極研究和創新爐溫控制方法，不斷提高爐溫控制的精確度，為軋鋼企業經濟效益和市場競爭力的提升做出有效貢獻。

1 軋鋼加熱爐溫度控制系統概述及運行問題分析

加熱爐的溫控系統基本都有4部分組成，溫度傳感器、加熱爐、固態繼熱器和主控系統。在軋鋼生產中，可以通過傳感器來采集加熱爐內的溫度信息，并將其轉換為電信號和數字信號傳輸到控制系統之中，然后控制系統就可以按照既定的加熱爐生產設計參數來進行溫度信號的控制處理，之后再通過PID計算得到相應的控制信息，最后在將其輸入到固態繼電器中，通過控制端來完成對加熱爐運行情況的有效控制。加熱爐的溫度控制效果除了主控系統外，更與加熱爐設備的自動化控制水平、熱效率等直接相關。其具體體現在下述幾方面：第一，溫控自動化水平仍有待提升。在現階段基本都采用熱電偶來進行加熱爐的溫度傳感監測，熱電偶的測溫范圍非常廣，足以滿足加熱爐生產中的測溫要求，但是在智能化和自動化建設方面仍有待加強，與國際先進技術相比仍存在一定劣勢，尤其在爐內溫度場控制、爐中胚料溫度實時監測等方面的自動化控制技術效果相對較弱。這就會影響爐溫控制的準確性和時效性，難以實現對胚料溫度的有效控制；第二，熱效率低。在現階段炸缸加熱中普遍都會存在設備轉換率較低的情況，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。空氣過多會導致煙氣量增加，此時就會導致熱量被帶走，而空氣少燃料多，則難以保證燃料的充分燃燒，此時也會造成燃料浪費，并且在此過程中還會產生大量污染氣體[1]；第三，設備維修成本高。加熱爐在使用中必不可免會因為某些因素影響而出現設備磨損老化，例如操作不當、維修養護不及時等等，并且加熱爐設備的運行環境相對惡劣，這也會加劇設備的磨損老化。并且各種設備配件的采購成本非常高，一旦出現故障，不僅會影響加熱爐的溫控效果，還必須投入大量資金來進行維修，嚴重影響了軋鋼廠的經濟效益。

2 軋鋼加熱爐溫度控制不準確的不良影響

2.1 過熱和過燒

軋鋼胚料如果長期在高溫條件下進行加熱，鋼晶粒體就會超過標準要求，過分長大，減弱鋼晶粒體間的聯系，影響軋鋼產品的鍛壓質量。尤其在過熱溫度環境下，配料非常容易在軋制中產生裂紋，并且隨著高溫加熱，晶粒還會進一步長大，發生精液熔化氧化等問題，最終導致胚料破碎，失去鍛壓價值，造成嚴重的成本損失。比如碳鋼胚料最高的加熱溫度為1300℃，在加熱溫度高于該上限后，就會融化坯料表層氧化鐵皮，同時如果坯料雜質含量過高，熔點會進一步降低，通常在1300～1350℃。所以如果鋼坯加熱溫度高于1300℃，過熱過燒問題的發生率就會大大增加。

2.2 氧化與脫碳

在整個軋鋼生產中也會發生一系列的化學反應，在坯料加熱過程中，在不同溫度條件下，坯料內的鐵就可能與各種氧化氣體出現反應，生成Fe2CO3、Fe3CO4等鐵氧化物，鋼坯脫碳后淬火硬度不達標，必然會對后續鋼坯加工帶來不良影響。同時氧化、脫碳在加熱過程中是同時開展的，在加熱溫度低于750℃，氧化、脫碳的速度非常慢，但是超過800℃，其速度會明顯加快，如果沒有做好有效控制必然會影響氧化脫碳的效果，無法保證坯料淬火硬度[2]。

2.3 鋼坯料開裂

有部分鋼坯材料的導熱率比較小，比如軸承鋼、高碳高等類材料，在加熱溫度超過700℃后，如果升溫速度過快，胚料斷面溫差會迅速擴大，一旦熱應力超過坯料所能承受的極限，很容易發生開裂問題或者斷鋼風險，這就會導致軋鋼成本增加，利潤降低。

3 軋鋼加熱爐溫度控制改進措施研究

3.1 重視基礎設施建設，加強資金投入

在現階段軋鋼技術、溫控技術等不斷進步，作為軋鋼企業應該充分重視對基礎設施的建設，積極引進先進的加熱設備和溫控技術，從基礎設施建設方面入手，不斷提高加熱爐溫度控制的準確性，減少加熱爐在生產運行中的熱量損耗和污染，降低成本投入，提高軋鋼企業經濟效益。除此以外，還需要重視對相關專業人才的培養和引進，激勵政策來提升員工在軋鋼生產中的積極性和主動性，提高工作效率和工作質量。

3.2 提高加熱爐的熱轉化效率

加熱爐轉化效率不僅直接關系著軋鋼生產成本和生產效益，同時與軋鋼廠的可持續發展直接相關，尤其在現階段國家對于鋼鐵企業的環保要求日益嚴格，只有不斷提高熱轉化效率減少，熱量損失和污染產生，才可以滿足可持續發展的要求。所以在溫度控制中必須從設備和技術兩方面入手來進行轉換效率的提升[3]。比如，雙閉環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加熱爐熱效率的提升，但是雙閉環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過氧或者缺氧等問題，然而雙交叉線幅控制，則可以有效彌補這方面的缺陷，對空氣過剩率進行有效管控，確保燃燒效率。同時雙交叉限幅的反應速度慢，并不能夠滿足所有生產場景。所以在具體應用中應該聯合利用兩種控制系統，通過雙閉環比值控制來提升雙交叉線幅控制的功能性，再利用雙交叉限幅來改進雙閉環壁紙控制的動態管控不足。此外，還可以從加熱爐材料結構等方面入手，做好對加熱爐的結構優化和新材料的應用，提高加熱爐的保溫性能，減少熱損失。

3.3 做好自動化控制技術的應用

信息化、自動化技術在牙膏生產中得到了普遍性應用，在加熱爐控制中應該通過自動化信息化控制技術來實現對爐內溫度和坯料溫度的有效管控，建立起數字化溫度控制模型，并通過相應的溫度控度公式來實現對加熱爐生產中最佳處理溫度的計算管控，提高加熱爐轉換效率。二級控制系統是當下最為常用的溫控系統，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行中的燃氣壓力控制、溫度閉環控制，以此來有效控制加熱爐運行中的爐溫和坯料溫度。

3.4 做好爐溫預設系統的優化

為了更好控制爐溫，可以從爐溫預設系統方面入手，通過相應的方法來優化爐溫設定值，做好鋼坯溫度和爐溫的實時在線監控。首先，爐溫擬合。鋼胚在加熱爐內需要移動，所以在確定和計算鋼胚溫度時，需要結合鋼坯所處位置的爐溫以及熱電偶數值來進行螺紋的測量，然后再通過線性擬合來得到爐溫分布曲線。其次，鋼坯跟蹤模型，該模型主要用于分析預測鋼坯在各個位置的溫度，跟蹤鋼坯位置，并且還可以根據爐溫分布曲線，對鋼胚出爐時表面、鋼芯溫度和斷面溫差進行預測。

4 結束語

為了更好促進軋鋼產品質量和軋鋼企業經濟效益的提升，必須加強對加熱爐的溫度控制，提高溫度控制的精確性，減少爐溫損耗和污染，保證坯料的出爐溫度，降低坯料報廢率。