冶金業(yè)加熱爐控制體系完善

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1引言

鋼鐵工業(yè)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(yè)總能耗的1/4。加熱爐是冶金工業(yè)中重要的換熱設(shè)備，提高加熱爐的加熱效率，設(shè)計其優(yōu)化控制系統(tǒng)，降低能源消耗，對整個鋼鐵工業(yè)的節(jié)能具有重要的意義［1］。同時，隨著現(xiàn)代化軋機向連續(xù)、大型、高速、高精度和多品種方向發(fā)展，對板坯的加熱質(zhì)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(yán)格的要求［2］。本文主要分析了冶金工業(yè)中的加熱爐及控制的相關(guān)問題，對控制系統(tǒng)的優(yōu)化進行了探討。

2冶金步進爐的發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點

在國外，20世紀(jì)中葉，美國“表面燃燒”公司首創(chuàng)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(shè)計的爐子在名古屋熱軋帶鋼廠投入了生產(chǎn)。自此步進梁式加熱爐成為20世紀(jì)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(nèi)，我國也于20世紀(jì)70年代從日本引進3座步進梁式爐；20世紀(jì)80年代寶鋼2050熱軋帶鋼廠從“斯太因”公司引進了3座現(xiàn)代化的步進爐。但是設(shè)計技術(shù)都是由國外“中外爐”公司和“斯太因”公司提供，尚未有自主產(chǎn)權(quán)和自主創(chuàng)新。步進式加熱爐加熱比較靈活，爐長在一定的情況下，爐內(nèi)的坯料數(shù)目是可調(diào)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(nèi)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(zhì)量。且步進式加熱爐的爐長不受限制。對于不利于推鋼的細(xì)長坯料、圓棒、彎曲坯料等均可在步進爐內(nèi)加熱。另外步進爐操作方便，可以準(zhǔn)確地控制爐內(nèi)坯料的位置，便于實現(xiàn)加熱爐的自動化操作，使用極為廣泛。［5］

3加熱爐控制系統(tǒng)分析及優(yōu)化

1580加熱爐是寶鋼企業(yè)引進日本的先進加熱爐設(shè)備，該加熱爐的控制系統(tǒng)是采用4級計算機控制，該系統(tǒng)包括基礎(chǔ)自動化級、過程級、生產(chǎn)控制級和區(qū)域管理船，相互之間通過以太網(wǎng)SCC光纖數(shù)據(jù)大道組成多級計算機控制系統(tǒng)。［6，7］步進爐自動控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)來完成的。步進爐自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。1580加熱爐計算機管理和控制系統(tǒng)控制的區(qū)域范圍是從爐子區(qū)的A1輥道開始，經(jīng)過A輥道、B輥道以及3個加熱爐，一直到板坯從爐內(nèi)抽出過程結(jié)束。1580加熱爐控制系統(tǒng)的工藝過程的簡要和分析為：步進式加熱爐控制系統(tǒng)首先接收上位計算機（簡稱PCC）傳輸?shù)能堉朴媱潱缓蟀迮鲙彀崴陀嬎銠C（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(jié)束后，SYC向SCC1（1580熱軋加熱爐計算機系統(tǒng)）發(fā)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(yōu)化如下：流程基礎(chǔ)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(fā)出秤重命令請求。秤重機完成稱重后，通過基礎(chǔ)自動化級DATAWAY把結(jié)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(jù)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(jié)果和板坯號進行板坯是否裝爐的最終確認(rèn)。確認(rèn)完畢后，SCC1便向基礎(chǔ)自動化發(fā)出A2輥道啟動命令，基礎(chǔ)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(fā)出裝鋼的命令，由基礎(chǔ)自動化級將板坯裝入爐內(nèi)。板坯出爐控制流程分析和優(yōu)化如下：在板坯裝入爐內(nèi)后，SCC1向基礎(chǔ)自動化級發(fā)出步進梁開始啟動命令。然后基礎(chǔ)自動化根據(jù)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(dāng)中，SCC1周期性地進行板坯的溫度以及爐溫設(shè)定計算，并將計算結(jié)果發(fā)送給儀表DDC控制系統(tǒng)，儀表DDC控制系統(tǒng)同時把爐況的實際數(shù)據(jù)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(shè)定值計算。當(dāng)板坯到達出爐口時，到達抽出時刻后，由SCC2向SCC1發(fā)抽出命令，之后SCC1向基礎(chǔ)自動化級發(fā)出抽鋼命令，基礎(chǔ)自動化把由SCC1指定的爐列號的板坯從爐內(nèi)自動抽出。等到板坯抽出后，SCC1向軋線過程監(jiān)控計算機（簡稱SCC2）發(fā)出抽出完成電文，并向SCC2發(fā)出下一塊抽出板坯的信息，將出爐板坯的跟蹤任務(wù)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(jié)束，盡量實現(xiàn)控制的最優(yōu)化。

4結(jié)語

為了適應(yīng)國際新技術(shù)的發(fā)展，使我國加熱爐水平與國際接軌，就必然要求我們從設(shè)計步進梁式爐結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)到設(shè)備加工制造安裝，必須堅持技術(shù)先進和節(jié)能環(huán)保的方針。本文以1580步進梁加熱爐控制系統(tǒng)為例進行分析，給出了相關(guān)控制系統(tǒng)技術(shù)分析及優(yōu)化思想，對于今后加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計具有一定的幫助。另外，利用微機技術(shù)對步進爐進行優(yōu)化控制也是今后進一步研究的方向。