冶金业加热炉控制体系完善

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1引言

钢铁工业是能源消耗大户，而其中冶金加热炉的能耗就接近钢铁工业总能耗的1/4。加热炉是冶金工业中重要的换热设备，提高加热炉的加热效率，设计其优化控制系统，降低能源消耗，对整个钢铁工业的节能具有重要的意义［1］。同时，随着现代化轧机向连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，对板坯的加热质量要求提高，加上加热炉具有强祸合、大滞后等特性，因而对加热炉的控制提出更为严格的要求［2］。本文主要分析了冶金工业中的加热炉及控制的相关问题，对控制系统的优化进行了探讨。

2冶金步进炉的发展及结构特点

在国外，20世纪中叶，美国“表面燃烧”公司首创上下供热的步进梁式加热炉（图1）；紧接着日本“中外炉”公司设计的炉子在名古屋热轧带钢厂投入了生产。自此步进梁式加热炉成为20世纪70年代日本以及欧洲国家新建带钢轧机和原板轧机的主要用炉。［3,4］在国内，我国也于20世纪70年代从日本引进3座步进梁式炉；20世纪80年代宝钢2050热轧带钢厂从“斯太因”公司引进了3座现代化的步进炉。但是设计技术都是由国外“中外炉”公司和“斯太因”公司提供，尚未有自主产权和自主创新。步进式加热炉加热比较灵活，炉长在一定的情况下，炉内的坯料数目是可调的。同时步进炉可以通过改变坯料间距离来达到改变或保持加热时间不变的目的。在步进式加热炉内可以使坯料间保留一定的间隙，这样扩大了坯料受热面，加热温度比较均匀，保证了加热质量。且步进式加热炉的炉长不受限制。对于不利于推钢的细长坯料、圆棒、弯曲坯料等均可在步进炉内加热。另外步进炉操作方便，可以准确地控制炉内坯料的位置，便于实现加热炉的自动化操作，使用极为广泛。［5］

3加热炉控制系统分析及优化

1580加热炉是宝钢企业引进日本的先进加热炉设备，该加热炉的控制系统是采用4级计算机控制，该系统包括基础自动化级、过程级、生产控制级和区域管理船，相互之间通过以太网SCC光纤数据大道组成多级计算机控制系统。［6，7］步进炉自动控制系统的基本功能是信号传递、加工和比较。这些功能往往是由测量元件、变送器、调节器和执行机构来完成的。步进炉自动调节控制系统原理框图如图2所示。1580加热炉计算机管理和控制系统控制的区域范围是从炉子区的A1辊道开始，经过A辊道、B辊道以及3个加热炉，一直到板坯从炉内抽出过程结束。1580加热炉控制系统的工艺过程的简要和分析为：步进式加热炉控制系统首先接收上位计算机（简称PCC）传输的轧制计划，然后板坯库搬送计算机（简称SYC）按照计划利用板坯搬运小车、板坯升降机等等搬运工具移到A1辊道。把板坯从板坯库放入A1辊道结束后，SYC向SCC1（1580热轧加热炉计算机系统）发送板坯电文，然后SCC1对该板坯开始进行跟踪并控制。板坯进炉控制流程分析和优化如下：流程基础自动化级启动Al辊道，将扳坯从A1辊道移动到A2辊道。在A2辊道完成对中后，SCC1向秤重机发出秤重命令请求。秤重机完成称重后，通过基础自动化级DATAWAY把结果传送给SCC1。测长则在板坯进入A2辊道的时候进行。这样就简化了工艺流程，在提高效率的同时降低了能耗。SCC1根据板坯的长度和重量确定该板坯合适装入的炉号、列号。

并由操作工对计算机的判定结果和板坯号进行板坯是否装炉的最终确认。确认完毕后，SCC1便向基础自动化发出A2辊道启动命令，基础自动化级把此板坯移动到SCC1指定的炉前以及列前，并对此板坯进行B辊道对中，SCC1收到对中完成信号后，向装钢机发出装钢的命令，由基础自动化级将板坯装入炉内。板坯出炉控制流程分析和优化如下：在板坯装入炉内后，SCC1向基础自动化级发出步进梁开始启动命令。然后基础自动化根据SCC1的命令把板坯从加热炉的入口处逐步移动至出口，在这过程当中，SCC1周期性地进行板坯的温度以及炉温设定计算，并将计算结果发送给仪表DDC控制系统，仪表DDC控制系统同时把炉况的实际数据传送给SCC1，随后提供给自动燃烧控制模型，作为周期控制的设定值计算。当板坯到达出炉口时，到达抽出时刻后，由SCC2向SCC1发抽出命令，之后SCC1向基础自动化级发出抽钢命令，基础自动化把由SCC1指定的炉列号的板坯从炉内自动抽出。等到板坯抽出后，SCC1向轧线过程监控计算机（简称SCC2）发出抽出完成电文，并向SCC2发出下一块抽出板坯的信息，将出炉板坯的跟踪任务移交给SCC2，SCC2从出炉辊道—C辊道开始进行跟踪和控制，SCC1对该板坯的跟踪和控制宣告结束，尽量实现控制的最优化。

4结语

为了适应国际新技术的发展，使我国加热炉水平与国际接轨，就必然要求我们从设计步进梁式炉结构及控制系统到设备加工制造安装，必须坚持技术先进和节能环保的方针。本文以1580步进梁加热炉控制系统为例进行分析，给出了相关控制系统技术分析及优化思想，对于今后加热炉控制系统设计具有一定的帮助。另外，利用微机技术对步进炉进行优化控制也是今后进一步研究的方向。