軋鋼加熱爐在生產(chǎn)中的溫度控制探討

翟諾

（山信軟件萊蕪分公司，山東濟南，271104）

0 引言

在軋鋼生產(chǎn)中加熱爐需要把各種坯料均勻加熱到相應(yīng)的軋制溫度，從而滿足軋鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。只有做好加熱控制，保證加熱溫度，才可以生產(chǎn)出斷面尺寸精確，性能和質(zhì)量達標的軋鋼產(chǎn)品。所以在軋鋼生產(chǎn)中，必須強化對加熱爐的溫度控制，積極研究和創(chuàng)新爐溫控制方法，不斷提高爐溫控制的精確度，為軋鋼企業(yè)經(jīng)濟效益和市場競爭力的提升做出有效貢獻。

1 軋鋼加熱爐溫度控制系統(tǒng)概述及運行問題分析

加熱爐的溫控系統(tǒng)基本都有4部分組成，溫度傳感器、加熱爐、固態(tài)繼熱器和主控系統(tǒng)。在軋鋼生產(chǎn)中，可以通過傳感器來采集加熱爐內(nèi)的溫度信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號和數(shù)字信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)之中，然后控制系統(tǒng)就可以按照既定的加熱爐生產(chǎn)設(shè)計參數(shù)來進行溫度信號的控制處理，之后再通過PID計算得到相應(yīng)的控制信息，最后在將其輸入到固態(tài)繼電器中，通過控制端來完成對加熱爐運行情況的有效控制。加熱爐的溫度控制效果除了主控系統(tǒng)外，更與加熱爐設(shè)備的自動化控制水平、熱效率等直接相關(guān)。其具體體現(xiàn)在下述幾方面：第一，溫控自動化水平仍有待提升。在現(xiàn)階段基本都采用熱電偶來進行加熱爐的溫度傳感監(jiān)測，熱電偶的測溫范圍非常廣，足以滿足加熱爐生產(chǎn)中的測溫要求，但是在智能化和自動化建設(shè)方面仍有待加強，與國際先進技術(shù)相比仍存在一定劣勢，尤其在爐內(nèi)溫度場控制、爐中胚料溫度實時監(jiān)測等方面的自動化控制技術(shù)效果相對較弱。這就會影響爐溫控制的準確性和時效性，難以實現(xiàn)對胚料溫度的有效控制；第二，熱效率低。在現(xiàn)階段炸缸加熱中普遍都會存在設(shè)備轉(zhuǎn)換率較低的情況，其根本原因是燃料和空氣之間的比例不合理，以保證燃料的充分燃燒。空氣過多會導(dǎo)致煙氣量增加，此時就會導(dǎo)致熱量被帶走，而空氣少燃料多，則難以保證燃料的充分燃燒，此時也會造成燃料浪費，并且在此過程中還會產(chǎn)生大量污染氣體[1]；第三，設(shè)備維修成本高。加熱爐在使用中必不可免會因為某些因素影響而出現(xiàn)設(shè)備磨損老化，例如操作不當(dāng)、維修養(yǎng)護不及時等等，并且加熱爐設(shè)備的運行環(huán)境相對惡劣，這也會加劇設(shè)備的磨損老化。并且各種設(shè)備配件的采購成本非常高，一旦出現(xiàn)故障，不僅會影響加熱爐的溫控效果，還必須投入大量資金來進行維修，嚴重影響了軋鋼廠的經(jīng)濟效益。

2 軋鋼加熱爐溫度控制不準確的不良影響

2.1 過熱和過燒

軋鋼胚料如果長期在高溫條件下進行加熱，鋼晶粒體就會超過標準要求，過分長大，減弱鋼晶粒體間的聯(lián)系，影響軋鋼產(chǎn)品的鍛壓質(zhì)量。尤其在過熱溫度環(huán)境下，配料非常容易在軋制中產(chǎn)生裂紋，并且隨著高溫加熱，晶粒還會進一步長大，發(fā)生精液熔化氧化等問題，最終導(dǎo)致胚料破碎，失去鍛壓價值，造成嚴重的成本損失。比如碳鋼胚料最高的加熱溫度為1300℃，在加熱溫度高于該上限后，就會融化坯料表層氧化鐵皮，同時如果坯料雜質(zhì)含量過高，熔點會進一步降低，通常在1300～1350℃。所以如果鋼坯加熱溫度高于1300℃，過熱過燒問題的發(fā)生率就會大大增加。

2.2 氧化與脫碳

在整個軋鋼生產(chǎn)中也會發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，在坯料加熱過程中，在不同溫度條件下，坯料內(nèi)的鐵就可能與各種氧化氣體出現(xiàn)反應(yīng)，生成Fe2CO3、Fe3CO4等鐵氧化物，鋼坯脫碳后淬火硬度不達標，必然會對后續(xù)鋼坯加工帶來不良影響。同時氧化、脫碳在加熱過程中是同時開展的，在加熱溫度低于750℃，氧化、脫碳的速度非常慢，但是超過800℃，其速度會明顯加快，如果沒有做好有效控制必然會影響氧化脫碳的效果，無法保證坯料淬火硬度[2]。

2.3 鋼坯料開裂

有部分鋼坯材料的導(dǎo)熱率比較小，比如軸承鋼、高碳高等類材料，在加熱溫度超過700℃后，如果升溫速度過快，胚料斷面溫差會迅速擴大，一旦熱應(yīng)力超過坯料所能承受的極限，很容易發(fā)生開裂問題或者斷鋼風(fēng)險，這就會導(dǎo)致軋鋼成本增加，利潤降低。

3 軋鋼加熱爐溫度控制改進措施研究

3.1 重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強資金投入

在現(xiàn)階段軋鋼技術(shù)、溫控技術(shù)等不斷進步，作為軋鋼企業(yè)應(yīng)該充分重視對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，積極引進先進的加熱設(shè)備和溫控技術(shù)，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面入手，不斷提高加熱爐溫度控制的準確性，減少加熱爐在生產(chǎn)運行中的熱量損耗和污染，降低成本投入，提高軋鋼企業(yè)經(jīng)濟效益。除此以外，還需要重視對相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)和引進，激勵政策來提升員工在軋鋼生產(chǎn)中的積極性和主動性，提高工作效率和工作質(zhì)量。

3.2 提高加熱爐的熱轉(zhuǎn)化效率

加熱爐轉(zhuǎn)化效率不僅直接關(guān)系著軋鋼生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效益，同時與軋鋼廠的可持續(xù)發(fā)展直接相關(guān)，尤其在現(xiàn)階段國家對于鋼鐵企業(yè)的環(huán)保要求日益嚴格，只有不斷提高熱轉(zhuǎn)化效率減少，熱量損失和污染產(chǎn)生，才可以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。所以在溫度控制中必須從設(shè)備和技術(shù)兩方面入手來進行轉(zhuǎn)換效率的提升[3]。比如，雙閉環(huán)比值控制和雙交叉線幅控制都是溫度控制中常用的溫控方法，兩種方法都能夠有效促進加熱爐熱效率的提升，但是雙閉環(huán)比值控制并不適用于溫度變化極為迅速的情況，在此情況下容易出現(xiàn)過氧或者缺氧等問題，然而雙交叉線幅控制，則可以有效彌補這方面的缺陷，對空氣過剩率進行有效管控，確保燃燒效率。同時雙交叉限幅的反應(yīng)速度慢，并不能夠滿足所有生產(chǎn)場景。所以在具體應(yīng)用中應(yīng)該聯(lián)合利用兩種控制系統(tǒng)，通過雙閉環(huán)比值控制來提升雙交叉線幅控制的功能性，再利用雙交叉限幅來改進雙閉環(huán)壁紙控制的動態(tài)管控不足。此外，還可以從加熱爐材料結(jié)構(gòu)等方面入手，做好對加熱爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新材料的應(yīng)用，提高加熱爐的保溫性能，減少熱損失。

3.3 做好自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

信息化、自動化技術(shù)在牙膏生產(chǎn)中得到了普遍性應(yīng)用，在加熱爐控制中應(yīng)該通過自動化信息化控制技術(shù)來實現(xiàn)對爐內(nèi)溫度和坯料溫度的有效管控，建立起數(shù)字化溫度控制模型，并通過相應(yīng)的溫度控度公式來實現(xiàn)對加熱爐生產(chǎn)中最佳處理溫度的計算管控，提高加熱爐轉(zhuǎn)換效率。二級控制系統(tǒng)是當(dāng)下最為常用的溫控系統(tǒng)，其分為界面、策略和換熱模型幾部分，其能夠有效用于加熱爐運行中的燃氣壓力控制、溫度閉環(huán)控制，以此來有效控制加熱爐運行中的爐溫和坯料溫度。

3.4 做好爐溫預(yù)設(shè)系統(tǒng)的優(yōu)化

為了更好控制爐溫，可以從爐溫預(yù)設(shè)系統(tǒng)方面入手，通過相應(yīng)的方法來優(yōu)化爐溫設(shè)定值，做好鋼坯溫度和爐溫的實時在線監(jiān)控。首先，爐溫擬合。鋼胚在加熱爐內(nèi)需要移動，所以在確定和計算鋼胚溫度時，需要結(jié)合鋼坯所處位置的爐溫以及熱電偶數(shù)值來進行螺紋的測量，然后再通過線性擬合來得到爐溫分布曲線。其次，鋼坯跟蹤模型，該模型主要用于分析預(yù)測鋼坯在各個位置的溫度，跟蹤鋼坯位置，并且還可以根據(jù)爐溫分布曲線，對鋼胚出爐時表面、鋼芯溫度和斷面溫差進行預(yù)測。

4 結(jié)束語

為了更好促進軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量和軋鋼企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，必須加強對加熱爐的溫度控制，提高溫度控制的精確性，減少爐溫損耗和污染，保證坯料的出爐溫度，降低坯料報廢率。