軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制研究

張亮

安陽鋼鐵股份有限公司質(zhì)量檢測處 河南安陽 455000

加熱爐是軋鋼生產(chǎn)線上的重要設(shè)備之一，也是軋線上的耗能大戶，主要完成鋼坯加熱任務(wù)，通過加熱改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，提高鋼材朔性，當(dāng)溫度達到軋機需要的軋制范圍時進行軋制。傳統(tǒng)的加熱爐爐溫控制是人工設(shè)定，缺點如下：一是增強了工作人員的勞動強度，人工成本上升；二是被控量爐溫的誤差偏大，當(dāng)生產(chǎn)工況不穩(wěn)定時，極易出現(xiàn)鋼坯過度燃燒，造成加熱效率低，軋鋼成本上升。由于被控對象加熱爐有較強的非線性、不確定性和強藕合等特點，因此加熱爐優(yōu)化控制策略是一個較復(fù)雜又互相聯(lián)系的大系統(tǒng)建模，采用常規(guī)技術(shù)難以取得良好的優(yōu)化設(shè)定控制效果。

1 軋鋼加熱爐概述

加熱爐是鑄造、熱處理中應(yīng)用得最多的加熱設(shè)備，也是最主要的能源消耗設(shè)備。加熱爐用來對材料進行分段加熱和冷卻等，其溫度參數(shù)對材料的制備和生產(chǎn)有很大影響，溫度控制精度和穩(wěn)定度直接影響著鍛件的性能和能源利用的效率。有效地提高加熱爐溫度控制精度以及能源利用效率，增強企業(yè)競爭力，是鑄造企業(yè)所面臨的重要課題。

2 軋鋼加熱爐生產(chǎn)過程溫度控制存在的問題分析

2.1 技術(shù)受到一定的限制

現(xiàn)今智力支出不斷加大，行業(yè)也出現(xiàn)了可喜的變化，但是距離還是存在的，目前我們所使用的設(shè)備與技術(shù)較為落后，生產(chǎn)狀況仍然不能夠達到期望程度，這一問題存在時間較長卻沒有得到真正的解決，正是這些問題制約著溫度控制技術(shù)的實現(xiàn)與發(fā)展。在設(shè)備與技術(shù)方面，發(fā)達國家明顯占據(jù)著優(yōu)勢[1]。調(diào)查顯示，我國大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)所需要的設(shè)備與技術(shù)大多是從國外引進的。這恰好說明我國的技術(shù)研究還處于攻堅期。

2.2 設(shè)備的熱效率較低

除了設(shè)備與技術(shù)方面，問題更多的在于參與燃燒的空氣和燃料的比例沒有得到合理的控制，空氣使用量具有不確定性，有時候空氣使用量過大，在生產(chǎn)過程中帶走了很多的熱量，熱效率較低；而有時候空氣使用量又存在不足情況。

2.3 設(shè)備維修費用高

生產(chǎn)過程中不乏有一些主觀因素導(dǎo)致設(shè)備受損，這些都是可以通過技術(shù)培訓(xùn)減少不合理的操作行為來規(guī)避的，日常維修頻率自然會下降。但是這并不意味著不需要進行維修工作。值得注意的是，我們所引進的國外設(shè)備雖較為先進，使用年限也較長，但是其長期不間斷的工作始終會有自然磨損，影響鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)。維修零件和相關(guān)材料費較高[2]。

3 軋鋼加熱爐在生產(chǎn)過程中的溫度控制對策

3.1 加大資金投入

目前我國軋鋼加熱爐溫度控制技術(shù)仍然采用先進國家的技術(shù)，但我國與發(fā)達國家的控制系統(tǒng)仍存在較大差距，相關(guān)加熱設(shè)備、加熱技術(shù)以及加熱控制元器件方面都明顯落后于發(fā)達國家。因此，在后續(xù)軋鋼生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展及經(jīng)營的過程中，需要重點加大在研發(fā)方面的資金投入，在引入國外先進加熱設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備的同時，重點開發(fā)自主研發(fā)技術(shù)，及時更新軋鋼落后設(shè)備，提高鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)能，減少軋鋼過程中問題的發(fā)生，提高鋼鐵生產(chǎn)效率和鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 爐溫預(yù)設(shè)定優(yōu)化系統(tǒng)

爐溫預(yù)設(shè)定優(yōu)化系統(tǒng)主要完成對爐內(nèi)鋼坯溫度分布的實時跟蹤與爐溫的在線優(yōu)化，實時為燃燒系統(tǒng)提供最佳的爐溫設(shè)定值。

（1）爐溫擬合。鋼坯的升溫過程由爐溫來決定，鋼坯進入加熱爐后，以一定的速度在爐內(nèi)移動，所以進行鋼坯溫度計算時需要首先確定鋼坯所在位置的爐溫。因此需要根據(jù)熱電偶分布狀況和實時測得的爐溫，擬合得到沿爐長方向的爐溫分布曲線。

（2）鋼坯跟蹤模型。該模型實時跟蹤每塊入爐鋼坯的位置與該位置的鋼坯溫度分布。并可預(yù)測在當(dāng)前爐溫分布條件下，到達出爐位置時該鋼坯內(nèi)部溫度分布，以給出鋼坯表面預(yù)測溫度、鋼芯預(yù)測溫度及鋼坯斷面溫差。

3.3 鼓勵技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)

從整體來看，鋼鐵企業(yè)每年在設(shè)備技術(shù)方面花費了大量資金，那么企業(yè)不妨將這些資金用于技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)上，確保自身占據(jù)著主導(dǎo)地位。我國工業(yè)現(xiàn)代化步伐不斷加快，企業(yè)可以在吸收借鑒其他國家先進技術(shù)的基礎(chǔ)上吸收大量現(xiàn)代化人才，由這些人才開展結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算量大的加熱爐溫度控制模型的研究。技術(shù)人員在此方面的研究一步步深入，以理論作為基礎(chǔ)，不斷實踐，不斷檢驗，在原有基礎(chǔ)上經(jīng)過改良保證技術(shù)的先進性[3]。人才儲備量決定著技術(shù)研究所能達到的高度。企業(yè)要多多吸引高級技術(shù)人才，在研究隊伍中不斷的注入新鮮血液。

3.4 引入自動化控制技術(shù)

通過信息技術(shù)控制軋鋼加熱爐的溫度，使鋼坯出爐溫度控制在較高標(biāo)準(zhǔn)，并且引入平衡數(shù)字模型及加熱爐共坯等相關(guān)模塊，對軋鋼生產(chǎn)流程進行有效控制，從而可以對加熱爐設(shè)備的溫度進行系統(tǒng)性監(jiān)管，并建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，提出相關(guān)數(shù)學(xué)公式，對最佳處理溫度進行計算，最大限度地減少熱能的消耗，提高熱能的轉(zhuǎn)換效率。目前軋鋼加熱爐溫度控制領(lǐng)域使用最多的是多級計算機控制系統(tǒng)。二級控制系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)之一，主要包括界面溫度、策略及換熱模型三個部分。溫控系統(tǒng)包括溫控設(shè)定值及出爐命令符號的設(shè)置和輸出下級溫控系統(tǒng)，主要用于爐內(nèi)燃?xì)鈮毫σ约凹訜釁^(qū)域溫度閉環(huán)的有效控制。自動化控制系統(tǒng)和智能化控制流程的應(yīng)用能夠改變因傳統(tǒng)人工控制方法所造成的問題，提高控制效率和控制質(zhì)量，有效避免問題和故障的發(fā)生，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)語

軋鋼加熱爐生產(chǎn)溫度控制出于多方面的考慮，出于現(xiàn)實需要，在成本控制與節(jié)能減排方面有這著莫大的作用。然而，就目前情況來看，軋鋼加熱溫度控制仍然存在一定的問題，并未達到盡善盡美的地步。由于設(shè)備的轉(zhuǎn)換率較低，導(dǎo)致廢熱排放量較大，對環(huán)境保護和企業(yè)發(fā)展帶來了不利的影響。基于此問題，應(yīng)當(dāng)提出切實可行的控制措施，通過種種措施最終實現(xiàn)技術(shù)突破，以促進鋼鐵工業(yè)更好的發(fā)展。