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【摘 要】加热炉是轧钢过程中的耗能大户，采用先进的工艺控制既能降低企业成本，又能提高生产效益，增强市场竞争力。针对本文加热炉的控制方法；控制策略进行分析。
【关键词】加热炉；交叉限幅；空燃比
一、引言
唐钢第一钢轧厂蓄热式加热炉年生产能力250万吨左右，燃料为混合煤气，分六段进行温度控制，包括均热段上下层、加热二段上下层和加热一段上下层。六段均采用相同的温度控制方案，即双交叉限幅控制方案，考虑煤气热值波动，设计煤气/空气分离控制。即煤气与空气比值控制取消，空气设定值按生产率计算给出，上位机可以选择，并借助数学模型，实现生产率的前馈控制。
二、控制方法
（一）温度控制方法
加热炉内设定的温度是通过调节煤气和预热空气的流量来实现的。温度控制器根据热电偶实际测量的温度，按照温度控制策略，产生一个输出信号。该输出信号作为煤气流量和预热空气流量控制器的设定值，去控制煤气和预热空气的流量。
（二）燃烧控制的基本原理
燃烧控制是加热炉加热过程计算机控制的中心内容，是加热炉计算机控制及实现优化烧钢的核心技术。燃烧控制是根据加热炉生产工况，制定合理燃料供应量和空燃比、设定最佳炉温的综合控制。它是以设定炉温为目标函数，当炉温低于或高于设定温度时，需要进行煤气和空气量的调节，以实现炉温维持在设定炉温允许的范围内，使钢坯加热达到轧制的要求。
在保证完全燃烧的前提下，炉内氛围的控制十分重要。控制适当的空气消耗系数，不使炉气中有大量的过剩空气，降低炉气中的自由氧浓度。同时注意适时地调节炉膛内的压力，保持微正压操作，尤其在出钢炉门附近，避免吸入大量的冷空气，因为冷空气的浓度大，留在炉底使钢坯表面的氧化层增加，而且冷空气的吸入必然降低炉温，又使加热时间延长，浪费大量能源。
三、控制策略
（一）双交叉限幅控制
双交叉限幅控制燃烧控制采用燃料流量和空气流量的实测值来分别对副回路的煤气流量和空气流量的设定值进行限幅，通过互相制约来防止负荷变化很快时出现燃料或空气的过剩。通过双交叉限幅，副回路的控制器会在主回路的输出，以及防止燃烧系统出现过氧或缺氧燃烧的上下限中选择一个合适的值给副回路控制器作为设定值。这样燃料的流量和空气的流量会严格地按照一个合理比值交替的上升，使实际的空燃比保持在合理的范围之内。双交叉限幅系统，当前比较流行的单、双交叉控制方案，它的性能比传统的随动控制方案好得多，但其响应速度慢，限幅较死，有时不能满足现场要求，因此可视现场情况由上位机选择是否采用：
（二）煤气空气分离控制
当前比较流行的单、双交叉控制方案，它的性能比传统的随动控制方案好得多，但其响应速度慢，限幅较死，有时不能满足现场要求，取消双交叉方案，温度控制器输出直接给煤气控制器作设定值，空气设定由生产率计算得出。
1、生产率流量前馈
当生产率变化时，坯料所需吸收的热量发生变化，必然使燃料消耗量也发生变化。如果单独靠PID控制作用等到温度发生偏差再进行调整，控制量必然存在较大滞后，温度控制效果会很差。
分析加热炉内热平衡关系，可以得出燃料消耗量与生产能力之间基本上是一种线性关系。由于实际生产中模型的各个系数都很难精确确定，他们与实际工况有着种种复杂联系，因而前馈模型系数有待于在实际生产过程中经现场调试确定。
2、炉温优化模型
数学模型的基本思想是跟据生产率及实际出钢温度的变化情况，实时修正炉温设定值。由于每个供热段负荷不同，所以各段模型系数不尽相同。应该根据实际情况对模型系数进行合理调整。
各段炉温数学模型计算公式为：
结束语
自加热炉投入生产至今，运行稳定，很好地完成了钢坯加热的任务，达到轧制要求，各项规定指标符合了技术要求。
参考文献
[1]乐建波.温度控制系统[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2007.
[3]蔡乔方.加热炉[M].北京：冶金出版社，2008.
作者简介
康东辉（1984-10），男，助理工程师 本科。 |
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发表于 2022-2-21 20:37:27