立式退火爐爐壓控制技術

王磊 杜克飛 林攀 王建軍

摘要：從立式爐的爐壓設備入手，從流程控制和保護控制兩個方面系統的分析了立式爐爐壓控制的原理。

關鍵詞：爐壓控制; PID ;斜坡函數

Abstract：Starting from the furnace pressure equipment of vertical furnace， this paper systematically analyzes the principle of furnace pressure control of vertical furnace from two aspects of process control and protection control.

Keywords： Pressure control ，PID， Slope function

0 引言

立式退火爐是凃鍍生產線關鍵設備之一，以馬鋼鍍鋅機組為例，退火爐是帶鋼進行加熱、冷卻的核心設備。在凃鍍生產過程中，爐壓的控制對爐內氣氛、退火穩定性有著重要影響，本文以馬鋼冷軋2#鍍鋅，系統性的介紹立式退火爐的爐壓控制技術。

1 立式爐爐壓控制概況

2#鍍鋅線爐壓主要依靠安裝于爐頂的放散閥進行調控，如圖1所示，這些閥門分別是PHF（預熱爐）頂部的放散調節閥0402PCV101，RTF（輻射管加熱爐）頂部的放散調節閥0402PCV102，和RTF頂部的安全閥0404EV103;退火爐內通入氮氫混合氣保持爐內氣氛，使爐內氣氛處于還原狀態，在保持爐內氣氛的同時需要對通入氮氫混合氣的流量進行控制。綜合以上討論，立式爐的爐壓分為放散控制和流量控制。爐頂放散調節閥為模擬量連續控制閥，根據PLC中的爐壓控制器0402PIC001進行調整，而安全閥0404EV103根據壓力開關0404PSH104進行控制，當爐壓大于壓力開關的設定值時安全閥打開。控制器0402PIC001是爐壓控制的核心，其作用是通過對爐壓的實時檢測，輸出一個控制值，用于對放散閥和氮氣流量進行控制，概括的起來，其控制思路為：爐壓低于設定爐壓時調小放散閥，增大氮氫混合氣流量，反之調大放散閥，減小氮氫混合氣流量。

2立式爐爐壓控制流程

2.1主要控制設備

通過以上分析，從功能上，控制設備分為檢測設備和執行設備;從性質上也可以分為虛擬設備和物理設備，具體設備構成如表1所示：

2.2控制算法

在正常的生產過程中，爐壓控制由PLC控制器進行，通過表1列出的設備執行，壓力檢測設備對爐壓實時監控，通過一定的計算達到控制爐壓的目的。

2.2.1爐壓控制

令0402PT104（入口爐壓）的輸入為x1，0402PT106（出口爐壓）的輸入為x2，040405PCV101的輸出為y1，0405PCV101的輸出為y2，0402FIC111的給定流量為y3，控制流程如圖2所式

對以上流程數學推到后可得如下計算公式：

輸入范圍為IN_MIN至IN_MAX，輸出范圍為OUT_MIN至OUT_MAX，可通過修改上述4個參數改變K3和b3，以改變輸出線性。

2.2.2 爐壓保護控制

當爐壓的超過壓力開關04004PSH104的設定值（25daPa）時，安全閥0402EV103將會打開，以保證爐內壓力不超過安全壓力。

3小結

通過以上分析，可以將立式爐的爐壓控制概括如下

（1）對壓力輸入值低選后作為反饋參數;

（2）通過PID控制器得到最初的控制值;

（3）PID控制值與壓力的斜坡函數比較后進行高選控制放散閥的輸出;

（4）PID控制值通過斜坡函數對氮氣流量調節閥進行控制;

（5）達到設定安全壓力后，安全放散閥直接打開。

4 爐壓控制的優化

退火爐在生產過程中爐壓是動態變化的，由于帶鋼的流動性以及部分氣體在生產過程中與帶鋼發生還原作用，所以需要不斷補充氮氫混合氣。通過對斜坡函數的調節可改變放散閥的輸出特性，盡可能使放散閥處于小的開口的，從而達到節省能源的目的（放散會帶走爐內熱量并消耗氮氫混合氣）

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