連續熱鍍鋅退火爐區域溫度負載控制原理

孫健新

摘 要：在連續熱鍍鋅生產中，退火溫度直接影響產品質量，所以退火爐的溫度控制至關重要。首鋼京唐冷軋廠1#鍍鋅線的退火爐溫度控制采用區域負載控制。退火爐總共有147個燒嘴，燒嘴被劃分成7個獨立控制區，每個區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的熱電偶采集測量值，溫度的設定值由操作工或數學模型來給定。區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最精確退火爐溫度的控制。

關鍵詞：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，控制工藝復雜，技術先進。首鋼京唐一冷軋兩條熱鍍鋅機組均采用美鋼聯法退火工藝。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。燒嘴點火3次失敗后，通過一個BCU將燒嘴煤氣管道關閉。所有的燒嘴被分成7個控制區，通過每個區單獨的助燃風機和燃氣控制閥能使各區獨立工作，通過爐子控制系統自動燒嘴點火；噴冷段有4個區，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 運轉過程

根據所需要的帶鋼退火溫度控制控制區的溫度。爐子共分5個加熱區1個均衡區每一個區裝有2個熱電偶用做區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（P2）和7區（P3）根據加熱區的設計（燒嘴邊緣重疊），兩個相對的加熱區可以看作一個控制區。根據這個原則，加熱控制區分成4個控制區：加熱控制區1&2、加熱控制區3&4、加熱控制區5&6、加熱控制區 7（均熱段）。溫度控制由控制區來完成。溫度控制器用來測量控制區的平均溫度。

2 控制部分

區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值由以下三項來源：雙區溫度控制，區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

每一個控制區裝有2個熱電偶來測量控制區的溫度。雙區溫度控制器所利用的工藝值是雙區的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：如果某一控制區關閉（控制區MG是FOF），此區的熱電偶停用。如果（熱電偶安裝位置的）燒嘴是關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（BK），此電偶停用。

2.3 溫度設定值斜坡函數

此斜坡函數的目標是控制溫度的增長，避免損壞輻射管。根據雙區的狀態和溫度，所選擇的溫度設定值由斜坡函數來管理。

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

當雙區控制關閉時，斜坡函數禁用且其輸出值等于PV。

當雙區控制打開時，有如下三種可能性：

需求的SP=PV或需求的SP斜坡函數輸出值，實際的設定值增加到所需求的設定值。連續的監控斜坡函數的輸出值與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熱需求（控制區負載）、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值來定義燃氣流量設定值和選擇最大數值來定義助燃空氣流量設定值而獲得的。

在控制區負載增加的情況下，空氣流量驅動燃氣流量控制器：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）。

在控制區負載減少的情況下，燃氣流量驅動空氣流量控制器：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的溫度控制器的設定值同時也修正數學模型的功率設定值。如果測量值或發射率丟失，系統將產生報警同時系統自動將高溫計關閉（只針對相關的高溫計，其它高溫計保持運行）。在正常狀態恢復后15 s，高溫計修正選用功能禁用。當獲得啟動條件后，系統不會自動啟用高溫計修正功能，此功能必須經由操作工啟動。高溫計產生的信號與帶鋼的溫度是成正比的，帶鋼的發射率與高溫計預設的發射率相同。實際上，根據帶鋼質量的不同帶鋼的發射率也不同。高溫計能夠設定新設的發射率，發射率可以由操作工在HMI上給出（工程師權限），或由數學模型給出。此參數的范圍是從0到1。

3 結語

隨著對帶鋼熱處理質量要求的提高，準確控制爐子溫度是提高退火質量的關鍵。鍍鋅退火爐是一個工藝控制復雜，技術先進的設備，加熱過程中有如此多的燒嘴同時協調工作，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節，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公司的技術已經是世界先進水平，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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