加热炉过程控制技术研究

＊霍晓志

（大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司烯烃中心 内蒙古 027300）

加热炉是将物料进行加热的设备工具，步进加热炉是一种依靠炉底或是水冷金属梁的上升、下降、前进、后退等动作，从而把配料逐渐进行加工的连续加热炉，在这个过程中，步进机构发挥着重要的作用，需要其按照一规定的轨道运动，从而将炉内材料推进加工。而加热炉指的是在炉中具有固定梁和步进梁，其可以对物料进行上下双面加热，从而在提高作业效率的同时，还能提高质量。随着工业冶金等产业的发展，轧机逐渐大型化，加热炉也在上世纪70年代起逐渐得到了广泛的应用，其不仅具有双面加热的优势，同时还能灵活的运料，在运行过程中还能将炉料全部排出，降低生产成本；均匀加热，也在一定程度上提高了作业质量水平；加热快速，满足当代工业发展态势；无粘钢故障等。

1.加热炉燃烧控制系统分析

为了进一步对加热炉的自动化控制进行分析，笔者对以下两座加热炉进行了分析，其主要数据如下：有效长度59m，炉内宽度11.8m，产量大致为395t/h，其最大的坯重为40t，主要燃料是高焦转混合煤气，平均热量值9500至10000kj/m³，各段炉顶采用空气单蓄热式烧嘴，均热段炉顶采用的烧嘴为HP3，在运行中以液压驱动为主，其升降数据210mm，前后平移数据560mm，步进周期为52s。其主要的作用如下：加热碳素结构钢料、加工汽车大梁所需钢料、制作锅炉用料钢等。在加热炉燃烧控制系统中，通常采用的方式便是利用空气、煤气流量双闭环比值来控制系统，从而构成变比值控制系统，促使其工作运行比值能随着工况的变化而产生变化，在多向的操控下，保证加热炉炉内温度的稳定。

在一般的加热炉燃烧控制系统中，对能源的节约、效率的提升、污染的减少等方面，并不能达到理想的效果当炉内温度发生改变时，首先发生变化的是所需的煤气量，而在这个变化的过程中，就需要燃烧更多燃料，才能保持一定的温度，在这个过程中，不仅产生了极大的资源浪费，还会导致环境的污染。

2.加热炉优化控制模型分析

为了进一步提高加热炉作业质量与效率，对其控制模型进行分析是非常有必要的，在下文中，笔者主要从板坯温度追踪、炉内的温度追踪、炉温的设定计算三个方面，对优化控制模型进行了分析讨论。

(1)板坯的温度跟踪

对板坯的温度进行跟踪计算，其重要目的为：一是加热之前，板坯的表面存在被氧化的铁皮，从而干扰了对板坯温度的测量，而如果不对其温度进行精确测量的话，就需要赋有较多经验的工作人员对板坯表面颜色进行观察，从而估计出其温度数值；二是在加热的过程中，温度与位置都会随着时间而发生变化，板坯各个部位的温度差也会改变，而在大部分工艺以及扎线作业中，对板坯的温度具有较高的要求，不仅要了解其主要的平均温度，还需要知道各个部位之间的温度差，同时，还对板坯温度变化过程中的升温曲线也具有一定要求。这就需要运用自动控制系统对板坯温度进行跟踪计算。因此，可以针对板坯在加热过程中温度的变化情况，分别对板坯的水印部位、及非水印和均热段水印，在板坯的厚度方向上分5层进行计算，从而提高其数值精确度。

(2)炉内的实时跟踪

根据上述内容，对板坯的温度采用沿厚度方向分层计算法，而对炉内情况进行实时跟踪时，对各单元层的温度计算，需要采用傅立叶导热定律作为依据。

(3)炉温的设定计算

在对炉温的设定计算中，其主要思想如下：一在不同的工艺下，对每块板坯的升温过程都具有一定的要求，而在特定的加热炉中，板坯的升温曲线变化和板坯的步进速度方向都与炉温具有较大的关系；二在进行炉温的设定计算，实际上是通过升温曲线，计算板坯在加热炉中的步进速度与温度设定数值；三在实际作业过程中，为了更好的利用轧机，加热炉的生产能力都具有一定的余量。

因而首先需要对加热炉中的每块板坯都进行炉温的计算，对各段在炉内剩余时间进行确认，取出数据表中初始必要炉温，同时也要计算板坯的各段段末温度，在数据的基础上，对其加工情况进行判断，是否满足收敛条件。最后计算出每块板坯的加权系数，从而提高炉温设定值的精确度。

(4)降低加热炉的氧化耗损

要实现降低加热炉的氧化耗损，首先，要控制加热炉的空燃比，一般空燃比控制在0.95--1.05，尽量消除氧化氛围，还要注意炉温，不是越高越好也不是越低越好，高了氧化速度快，低了加热时间就要增加，各种物料各种条件都有具体的指标，同时，炉温分布也是一个重要问题，均匀合理的炉温分布也在一定程度可以减少氧化量。还有一点其实是所有加热炉都已经考虑到的，就是加热炉烧嘴一般是成对的，一个喷助燃剂一个喷燃料，一般是靠近物料的喷嘴是喷燃料的，这样也可以减少氧化；最后，要实现富氧燃烧，有研究发现，富氧量在百分之28--30时不仅没有增加氧化反而有所降低。

一般来说，加热温度越高，烧损速度越快，钢坯的加热温度受工艺影响，可改变范围不大，不过可以在满足工艺要求的条件下，看火工可适当控制调整炉膛各段温度。另外，计划检修和换辊时间，看火工要心中有数，按工艺调整炉温进行保温降低烧损。加热时间长，加热温度高，氧化烧损严重，因此在加热钢坯时可以让钢坯在低温段加热时间更长一点，一般炉子预热段会更长一点，这样在加热段时就能停留更短时间，对于没有加热时间限制的普通钢种，完全可以把加热段温度提高，使之能迅速达到开轧温度，从而减少加热时间。出钢操作员注意观察钢的轧制时间，合理调整出钢节奏，同时注意控制钢在炉外待轧时间，从而减少钢在高热段的停留时间(普通钢种)。炉内气氛的控制尽量保持均热段还原性，空燃比低一点，也就是燃气不完全燃烧，而加热段空燃比相应高点，使均热段未完全燃烧的燃气在此处继续燃烧，也就不会浪费煤气了。另外对于炉压，要控制为微正压，使炉子不吸冷风增加氧化，火焰也不外溢浪费燃料，烧毁附属设施。

3.结束语

随着时代的进步，我国工业发展迅速，逐渐成为经济的重要组成部分，对促进国家社会的稳定发展发挥着巨大的作用，同时也影响着人民的生产与生活。加热炉作为工业发展的基础部分，对整项工程质量具有决定性意义，因而促进提高加热炉的作业质量，是社会发展的首要任务。近年来，随着科技的发展，其自动化控制系统也初见增强，不仅减少了生产成本的投入，还有效减少了环境污染现象。

•【参考文献】

[1]谢国威,蔡九菊,孙文强等.蓄热式连续加热炉应用中若干问题研究[J].中国冶金,2015,18(06):36-39.

[2]冯旭东.新型高效间接加热炉的开发与应用[J].硅谷,2013,16(08):20-20,30.

[3]赵爱华,贾振,张天赋等.三元控制模型在连续式加热炉的应用[J].冶金能源,2017,36(z2):62-63.