中包自動烘烤控制系統(tǒng)改進措施的探討

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

中包自動烘烤控制系統(tǒng)改進措施的探討

張文龍

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

鑒于原CSP連鑄中包烘烤為全手動操作，烘烤時間長，無法滿足連鑄快速開澆或換包需求，且能源消耗過大。對中包烘烤系統(tǒng)進行改造，增加了全自動控制，操作簡單，效果顯著。

中包；烘烤；連鑄；自動升溫

一、原中包烘烤存在的問題

中間包是煉鋼生產流程中銜接煉鋼和連鑄的中間環(huán)節(jié)，具有穩(wěn)壓、儲存、分流、精煉的功能，對提高鋼的產量和質量有重要作用。在中間包注入鋼水前，中間包烘烤裝置需按包體耐火材料特性，按特定的加溫曲線（防止內部耐火層在烘烤過程損壞），將中間包內表而均勻加熱至1 150℃。中間包的烘烤質量直接決定著中間包的熱穩(wěn)定狀態(tài)，從而影響到中間包開澆的成功與否，對提高中間包連澆爐數(shù)，提高連鑄機作業(yè)率，降低生產成本起著重要作用；同時連鑄的生產節(jié)奏較快，現(xiàn)場的影響因素比較復雜，要求中間包具備快速烘烤的能力。原CSP連鑄的中包烘烤為全手動控制，整個烘烤過程需要操作人員一步一步手動操作：首先手動將空氣和煤氣管道上的手閥開到一定刻度（憑經驗），然后依次啟動助燃風機、液壓電機、轉臂、開點火煤氣閥、點火器、燃氣閥，整個過程全部靠操作人員憑經驗操作。而且烘烤所用的煤氣為混合煤氣，熱值較低；助燃風機功率為6kW，功率較低，從而導致一個烘烤周期長達3～4h，能源消耗量比較大，烘烤效果不穩(wěn)定。由于烘烤時間過長，有時不能滿足連鑄機快速開澆或者快遞換包的要求。

二、系統(tǒng)整合自動控制方式措施

為了減少烘烤周期時間，提高中包烘烤的效率，對原中包烘烤功能系統(tǒng)整合優(yōu)化。

在烘烤工藝路線上，我們將原使用的熱值為8 000kJ混合煤氣改為了熱值為16 300kJ的低壓焦爐煤氣，并將原6kW的配套更換為11kW的助燃風機，充分發(fā)揮低壓焦爐煤氣燃燒值高的特點，將原3～4h的烘烤時間降至70min，為CSP釋放產能夯實基礎。

在設備自動化控制上，通過在壓空和煤氣管道上各自增加一套流量計和電動調節(jié)，并配合控制柜內的成套PLC和SIEMENS TOUCHPANLE TP177A的基礎上，通過數(shù)學模型計算自主研發(fā)出的時分自動烘烤曲線和溫度自動烘烤曲線，不僅在功能上實現(xiàn)了全自動中包烘烤，還根據實際情況優(yōu)化大火烘烤和小火烘烤的分配，在完全滿足現(xiàn)場中包烘烤要求的情況下，將烘烤經濟性進一步提升，還避免了之前因手動烘烤、大小火分配不均所造成的中包涂料烘烤垮塌的問題。該烘烤曲線經網絡傳輸?shù)竭B鑄主控室內，具備7天曲線回查功能，大大提高了烘烤可靠性。另外，針對中包自動烘烤最難的熱電偶燒損問題，選用了下插式熱電偶檢測模式，既可降低備件成本，也大大提高了中包溫度檢測的準確性，具有一定的推廣價值。

三、自動控制方式的設定目標

為提高中間包烘烤的質量，同時滿足現(xiàn)場工藝對中間包的需求，完善中間包自動烘烤，原儀表設備中一部分設備必須重新設計，以期達到設定目標。操作人員根據中間包烘烤時間選擇升溫曲線，用升溫曲線自動控制中間包升溫過程和烘烤質量。

在線中包烘烤器自動溫度控制要求：在線中包烘烤時間與溫度實現(xiàn)自動控制，升溫曲線可以任意設定。升溫曲線的烘烤溫度與時間對應關系如圖1所示。

圖1 在線中包烘烤時間與溫度曲線

四、自動控制后中間包烘烤網絡圖（圖2）

圖2 PLC系統(tǒng)網絡圖

五、中包烘烤目前運行情況

中間包烘烤裝置有自動點火、火焰監(jiān)視、煤氣，空氣流量檢測和控制、氮氣吹掃，熱電偶測溫等功能，但由于長期靠操作人員手動操作和目測，以上功能基本上已經喪失，在恢復上述功能的過程中，同時還在原系統(tǒng)上增加了自動烘烤功能，使其具備溫度，流量，閥位3種自動控制方式，使之滿足不斷變化的工藝條件，具備中包快速烘烤的能力。

1.改造內容

（1）增加了“燃氣閥關閉”按鈕。

（2）增加了“自動停止”按鈕。

（3）原“點火復位”按鈕及作用取消。

（4）原“烘烤正?！敝甘緹羧∠?/p>

（5）原“烘烤正?！崩^電器改為“自動啟動”指示燈信號。

（6）增加了一個繼電器，為“自動停止”指示燈信號。

（7）增加了一個S分度號溫度變送器。

（8）增加了一個10A的空開，作為煤、空兩臺電動調節(jié)閥220V供電的總電源。

（9）增加了現(xiàn)場接線箱一個，里面有6A空開2個，分別為煤、空電動調節(jié)閥供電電源。

（10）PLC硬件中，增加了一個8通道的AI模板和4通道的AO模板。

（11）PLC柜表面，增加了一臺西門子觸摸屏，型號為TP177A，通過PROFIBUS-DP總線與CPU通訊。

（12）煤氣、空氣流量檢測孔板各1臺；煤氣、空氣流量變送器各1臺；煤氣、空氣流量調節(jié)閥各1臺；S型熱電偶一個。

改造后系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖3所示；系統(tǒng)現(xiàn)場操作盤如圖4所示。

2.自動功能的實現(xiàn)和具體操作步驟

（1）確認設備正常（如總電源、風機電源、液壓電源、風機故障、液壓故障等設備狀態(tài)信號）。

（2）將“自動/手動”旋鈕打到“自動”，自動模式指示燈為綠色。

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控畫面

圖4 系統(tǒng)現(xiàn)場操作盤

（3）按下“自動啟動”按鈕，風機、液壓電機（啟動10min后自動停止，也可按“液壓站關閉”按鈕手動停止，液壓站在自動烘烤過程中可手動啟停）、點火煤氣（風機啟動后5s）會依次自動打開（一定要注意點火煤氣是否點火成功，若自動點火不成功，則需手動關閉，待氮氣吹掃完成后，手動重新點火）。

（4）按下“轉臂下降”按鈕，轉臂下行到“點火極限”時，燃氣閥自動打開，同時空氣和煤氣調節(jié)閥閥位自動設定，開始烘烤，（煤氣閥位14%，空氣閥位50%，保持15min；然后煤氣閥位為18%，空氣閥位100%，自動模式下，煤氣閥位設定不能超過30%，已在程序中鎖定）直至達到所需時間。在自動烘烤過程中，可根據實際情況手動更改煤氣、空氣調節(jié)閥閥位。

（5）烘烤完成后，按下“自動停止”按鈕，依次自動關閉燃氣閥、氮氣吹掃20s、自動啟動液壓電機（啟動10min后自動停止，也可按“液壓站關閉”按鈕手動停止）、轉臂上行直至初始極限位（手動操作），同時延時60s停止風機。

（6）自動模式烘烤過程中可將自動轉為手動，但手動模式烘烤過程中不可將手動轉為自動。

3.自動烘烤的實時曲線記錄（圖5）

圖5 自動烘烤曲線

六、系統(tǒng)的優(yōu)點和改進方向

1.現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)點

改造后的CSP連鑄中包烘烤系統(tǒng)，既可全手動操作，又可全自動按照升溫曲線自動烘烤，提高了中包烘烤的質量和穩(wěn)定性。一方面節(jié)省了人力資源，另一方面使烤包流程標準化，減少了人工操作產生的誤差，提高了烤包的成功率和烘烤質量。

中包具備快速烘烤的能力，烤包速度快，中包內的溫度能夠準確達到開澆所要求的溫度，可應對快速開澆和快遞換包的要求，極大的滿足了連鑄生產的需要，同時由于采用了熱值較高的低壓焦爐煤氣，采用了功率更大的助燃風機，也大大的減少了能量消耗，具有較高的推廣價值。另外還恢復了能源計量。

2.系統(tǒng)的改進方向

（1）助燃風機的壓力不足，保證不了火焰的長度，無法實現(xiàn)空燃比控制，導致燃料的熱效率得不到有效的提高。

（2）助燃風機的壓力不足，保證不了火焰的長度，在投運自動溫度調節(jié)方式時沒有充分燃燒的煤氣會飄逸出中包外燒壞點火電極和測溫電偶，影響中包測溫的正確性。

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