冶金業加熱爐控制體系完善

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1引言

鋼鐵工業是能源消耗大戶，而其中冶金加熱爐的能耗就接近鋼鐵工業總能耗的1/4。加熱爐是冶金工業中重要的換熱設備，提高加熱爐的加熱效率，設計其優化控制系統，降低能源消耗，對整個鋼鐵工業的節能具有重要的意義［1］。同時，隨著現代化軋機向連續、大型、高速、高精度和多品種方向發展，對板坯的加熱質量要求提高，加上加熱爐具有強禍合、大滯后等特性，因而對加熱爐的控制提出更為嚴格的要求［2］。本文主要分析了冶金工業中的加熱爐及控制的相關問題，對控制系統的優化進行了探討。

2冶金步進爐的發展及結構特點

在國外，20世紀中葉，美國“表面燃燒”公司首創上下供熱的步進梁式加熱爐（圖1）；緊接著日本“中外爐”公司設計的爐子在名古屋熱軋帶鋼廠投入了生產。自此步進梁式加熱爐成為20世紀70年代日本以及歐洲國家新建帶鋼軋機和原板軋機的主要用爐。［3,4］在國內，我國也于20世紀70年代從日本引進3座步進梁式爐；20世紀80年代寶鋼2050熱軋帶鋼廠從“斯太因”公司引進了3座現代化的步進爐。但是設計技術都是由國外“中外爐”公司和“斯太因”公司提供，尚未有自主產權和自主創新。步進式加熱爐加熱比較靈活，爐長在一定的情況下，爐內的坯料數目是可調的。同時步進爐可以通過改變坯料間距離來達到改變或保持加熱時間不變的目的。在步進式加熱爐內可以使坯料間保留一定的間隙，這樣擴大了坯料受熱面，加熱溫度比較均勻，保證了加熱質量。且步進式加熱爐的爐長不受限制。對于不利于推鋼的細長坯料、圓棒、彎曲坯料等均可在步進爐內加熱。另外步進爐操作方便，可以準確地控制爐內坯料的位置，便于實現加熱爐的自動化操作，使用極為廣泛。［5］

3加熱爐控制系統分析及優化

1580加熱爐是寶鋼企業引進日本的先進加熱爐設備，該加熱爐的控制系統是采用4級計算機控制，該系統包括基礎自動化級、過程級、生產控制級和區域管理船，相互之間通過以太網SCC光纖數據大道組成多級計算機控制系統。［6，7］步進爐自動控制系統的基本功能是信號傳遞、加工和比較。這些功能往往是由測量元件、變送器、調節器和執行機構來完成的。步進爐自動調節控制系統原理框圖如圖2所示。1580加熱爐計算機管理和控制系統控制的區域范圍是從爐子區的A1輥道開始，經過A輥道、B輥道以及3個加熱爐，一直到板坯從爐內抽出過程結束。1580加熱爐控制系統的工藝過程的簡要和分析為：步進式加熱爐控制系統首先接收上位計算機（簡稱PCC）傳輸的軋制計劃，然后板坯庫搬送計算機（簡稱SYC）按照計劃利用板坯搬運小車、板坯升降機等等搬運工具移到A1輥道。把板坯從板坯庫放入A1輥道結束后，SYC向SCC1（1580熱軋加熱爐計算機系統）發送板坯電文，然后SCC1對該板坯開始進行跟蹤并控制。板坯進爐控制流程分析和優化如下：流程基礎自動化級啟動Al輥道，將扳坯從A1輥道移動到A2輥道。在A2輥道完成對中后，SCC1向秤重機發出秤重命令請求。秤重機完成稱重后，通過基礎自動化級DATAWAY把結果傳送給SCC1。測長則在板坯進入A2輥道的時候進行。這樣就簡化了工藝流程，在提高效率的同時降低了能耗。SCC1根據板坯的長度和重量確定該板坯合適裝入的爐號、列號。

并由操作工對計算機的判定結果和板坯號進行板坯是否裝爐的最終確認。確認完畢后，SCC1便向基礎自動化發出A2輥道啟動命令，基礎自動化級把此板坯移動到SCC1指定的爐前以及列前，并對此板坯進行B輥道對中，SCC1收到對中完成信號后，向裝鋼機發出裝鋼的命令，由基礎自動化級將板坯裝入爐內。板坯出爐控制流程分析和優化如下：在板坯裝入爐內后，SCC1向基礎自動化級發出步進梁開始啟動命令。然后基礎自動化根據SCC1的命令把板坯從加熱爐的入口處逐步移動至出口，在這過程當中，SCC1周期性地進行板坯的溫度以及爐溫設定計算，并將計算結果發送給儀表DDC控制系統，儀表DDC控制系統同時把爐況的實際數據傳送給SCC1，隨后提供給自動燃燒控制模型，作為周期控制的設定值計算。當板坯到達出爐口時，到達抽出時刻后，由SCC2向SCC1發抽出命令，之后SCC1向基礎自動化級發出抽鋼命令，基礎自動化把由SCC1指定的爐列號的板坯從爐內自動抽出。等到板坯抽出后，SCC1向軋線過程監控計算機（簡稱SCC2）發出抽出完成電文，并向SCC2發出下一塊抽出板坯的信息，將出爐板坯的跟蹤任務移交給SCC2，SCC2從出爐輥道—C輥道開始進行跟蹤和控制，SCC1對該板坯的跟蹤和控制宣告結束，盡量實現控制的最優化。

4結語

為了適應國際新技術的發展，使我國加熱爐水平與國際接軌，就必然要求我們從設計步進梁式爐結構及控制系統到設備加工制造安裝，必須堅持技術先進和節能環保的方針。本文以1580步進梁加熱爐控制系統為例進行分析，給出了相關控制系統技術分析及優化思想，對于今后加熱爐控制系統設計具有一定的幫助。另外，利用微機技術對步進爐進行優化控制也是今后進一步研究的方向。