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(jìn)行了探討。

2冶金步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)3座步進(jìn)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(jìn)了3座現(xiàn)代化的步進(jìn)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(jìn)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(jìn)爐可以通過改變坯料間距離來達(dá)到改變或保持加熱時間不變的目的。在步進(jìn)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(jìn)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(jìn)爐內(nèi)加熱。另外步進(jìn)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(jìn)日本的先進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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?，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(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(jìn)行跟蹤并控制。板坯進(jìn)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(jìn)入A2輥道的時候進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)出爐口時，到達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)和節(jié)能環(huán)保的方針。本文以1580步進(jìn)梁加熱爐控制系統(tǒng)為例進(jìn)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(jìn)爐進(jìn)行優(yōu)化控制也是今后進(jìn)一步研究的方向。