冶金企業加熱爐爐溫控制的機械故障與改進措施

尹宏瑛，楊學友，贠海坤

（河北津西鋼鐵集團股份有限公司，河北 唐山 063000）

加熱爐在鋼鐵冶金企業的軋鋼產線中具有十分重要的突出作用。受加熱爐工藝因素影響，加熱爐也是軋鋼產線主要的耗能設備，其工藝特點也決定了其具有非線性、大慣性等特點。因此加熱爐的爐溫控制是熱軋加熱爐工藝的核心，其不僅關系到產品軋制的質量和產量，同時也關系到加熱爐裝備的能耗和使用壽命。熱連軋產線加熱爐的熱量來源主要源于鋼鐵企業的副產煤氣，加熱爐的爐溫控制直接受來源煤氣的壓力、流量和熱值的影響。因此研究加熱爐爐溫控制因素十分必要。

1 冶金熱軋加熱爐的主要結構特點與熱工控制系統分析

本文所涉及的有兩座輥底式加熱爐并且僅靠在鑄機和軋機之間，津西鋼鐵的1880產線也稱為短流程產線。兩座輥底式加熱爐分別稱為A線和B線。爐子的熱工控制由PLC完成全自動化控制。A線和B線兩座加熱爐均為直通式輥底式爐，并設有橫移車和諸多爐輥。津西鋼鐵冶金熱軋加熱爐的結構特點為：爐體采用直通式結構，為了能夠滿足緊急事故的處理，爐體的爐頂設置為可拆卸結構；加熱爐爐體的鋼結構采用分塊組裝，爐體的爐頂和側墻上部采用的是耐火纖維，這樣便會使爐子具有惰性小，能夠具備靈活控制爐溫等特點；加熱爐的爐底采用斜倉式結構；多個高速燒嘴分布于爐體兩側板坯的上部，上加熱，下排煙。加熱爐結構如圖所示。

圖1 加熱爐結構示意圖

1880產線冶金熱軋加熱爐的熱工控制采用分段控制爐內溫度，燃料設計為混合煤氣。其熱工控制系統主要包含：自動的爐溫控制；熱軋板坯的出爐溫度控制；煤氣流量與燃比控制；煤氣熱值和壓力的波動檢測和修正；熱交換和其他輔助系統的控制。

2 影響加熱爐爐溫控制的機械故障

2.1 煤氣調節閥故障

加熱爐煤氣管道及調節閥直接控制加熱爐的煤氣壓力及流量，其對加熱爐爐溫的控制十分關鍵。為此快速準確判斷和解決煤氣管路調節閥的機械故障十分重要。煤氣調節閥的機械故障主要表現為：①執行機構行程不準確，該故障表現為煤氣壓力和流量調節不準，特別是全關和全開狀態煤氣流量和壓力的實際值與設計值相差較大。處理該故障需要在閥門投入使用前確定好機械式角度定位，通過定位發現故障位置并及時接觸，如果該閥門再投入使用前沒有做好角度定位，則需要在有管道停運機會的時候，打開人孔重新對閥門角度進行定位；②閥門軸承損壞，大多數調節閥是通過齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動來完成閥門的調節功能的。閥門蝸桿兩側一般是由滾動軸承支撐的，往往受外部因素影響會產生軸承潤滑不良問題的產生，由于調節閥行程機構蝸桿經常轉動，因此其支承軸承極易發生損壞進而影響蝸輪蝸桿的正常傳動，此外軸承本身質量因素也會引起該故障現象的發生。解決該故障最為直接有效的手段就是及時更換軸承并做好潤滑保養；③渦輪磨損，大多數蝸輪蝸桿機構受蝸輪蝸桿加工工藝影響，一般將渦輪選用材質較軟的金屬材料進行制造，為此一旦發生機械機構傳動故障，多半表現為渦輪的磨損和實效。解決該故障則需要拆解蝸輪蝸桿傳動機構，重新加工修復渦輪或者更換備件；④閥板腐蝕及內漏，鋼鐵企業加熱爐使用的煤氣均為企業本身的副產煤氣，受到煤氣凈化工藝的影響，加熱爐在實際使用中的煤氣往往會伴隨腐蝕性雜質的帶入，加之閥板本體質量問題，往往便會造成閥板腐蝕和內漏的產生。解決該故障則需要重新更換閥體并做好來源煤氣的凈化或排渣處理。

2.2 加熱爐煤氣管路及燒嘴故障

圖2 加熱爐控制系統

加熱爐由多個高速燒嘴分布于爐體兩側板坯的上部，直接燃燒煤氣給加熱爐加熱，因此一旦發生煤氣管路及燒嘴故障會直接影響爐體的溫度控制。加熱爐煤氣管路及燒嘴故障主要表現為管路或燒嘴堵塞，造成該故障的直接原因便是來源煤氣雜質較多或來源煤氣沒有及時排渣引起的，解決該故障需要通過高溫熔渣排除管內及燒嘴雜質，嚴重堵塞則需要重新更換新管路和燒嘴，此外在來源管道增加排渣裝置也十分必要。加熱爐爐溫及燒嘴控制系統如圖所示。

3 爐溫數字控制系統改進

加熱爐的熱量主要是通過輻射傳遞，因此加熱爐具有較大時間常數和滯后時間，為此加熱爐溫度控制屬多容量被控對象。對加熱爐進行擾動分析不難得出影響溫度控制的擾動因素主要包括:煤氣壓力、流量、熱值、空氣質量以及燒嘴阻力等。上述擾動因素一部分可控、一部分不可控，因此為了改進加熱爐的爐溫控制，則需要將可控干擾設置為控制回路組成串級系統，對不可控干擾則需要引入補償修補設置。此外，為了最大限度提高加熱爐的熱效率，并且抑制管路或燒嘴堵塞等不可控擾動因素，則需要引入加熱爐支路平衡控制來保證加熱爐各支路出口溫度偏差的最小化。其實質就是通過利用動態模型通過預測控制算法操縱一組獨立變量，并引入干擾變量來實現前饋控制并消除干擾影響。

4 結語

加熱爐在鋼鐵企業熱連軋產線中的作用十分關鍵，爐溫控制是加熱爐一項特別重要的指標，做好爐溫控制需要加熱爐諸多方面進行改進和提高，其中熱工控制系統較為關鍵。影響冶金熱軋加熱爐的爐溫控制因素較多，其中影響加熱爐爐溫控制的機械故障因素屬較為重要因素。這就要求在總結機械故障特點和應對措施的同時，還需要注重預防性維護保養措施，避免故障的發生或擴大。此外利用動態模型通過預測控制算法改進爐溫控制系統同樣十分重要。