加热炉自动化控制系统的应用与研究

加热炉自动化控制系统的应用与研究

樊卫

樊卫

南京钢铁联合有限公司宽厚板厂江苏南京210035

摘要：近几年，我国自动化控制技术的应用越来越多。加热炉自动化控制系统的主要任务是按生产工艺要求，对加热炉内的板坯进行合理的加热，准确控制板坯的出炉温度和均匀度，降低板坯的氧化烧损，在提高加热质量及产量的前提下节省能源，并对加热炉区内的板坯进行跟踪和控制。本文主要阐述了加热炉自动化控制系统的研究实现及在实际生产控制中的应用。

关键词：加热炉；自动化控制；过程控制

引言

随着技术的不断发展，加热炉的控制系统不再仅仅满足于基础自动化级的控制（即一级控制），加热炉实现过程控制（即二级控制）已经提到迫切的日程上来。加热炉过程控制系统作为整个热轧厂过程自动化控制的重要组成部分，是对基础自动化级控制的一个总领及升华，它的作用在于：对整个加热炉的生产流程进行自动化管理、控制，包括实现板坯入炉核对、加热炉区物流跟踪、炉区设备的自动设定、加热炉各段炉温动态设定、停炉处理以及加热炉区的班管理和实际数据的收集等功能，实现加热炉区的全自动烧钢，能够在降低燃料消耗和降低烧损的同时，保障板坯的最终出炉温度和温度均匀度要求；除此以外，加热炉过程控制系统还承担了板坯信息化控制的“龙头”地位，为轧线的后续跟踪提供了准确信息。

1加热炉自动化控制系统架构描述

1.1基础自动化系统（L1级）

L1级：即基础自动化系统，主要实现以下功能：信号采集及处理、板坯库辊道控制、装炉辊道的控制、板坯在核对和装炉辊道上定位、板坯称重测长、对中测宽、装钢机位置及行程控制、加热炉装出料侧的炉门控制、步进机械控制、出钢机前进、后退行程设定及位置控制、液压站设备控制、干油站设备控制、出炉辊道控制、返回辊道控制及数据采集、数据管理、参数设定等。

1.2加热炉过程自动化控制技术

加热炉过程自动化控制系统用来对加热炉的整个生产流程进行自动化管理、控制，实现加热炉区的全自动生产，并且能够在降低燃料消耗和降低烧损的同时保障板坯的最终出炉温度和温度均匀度要求，为现代化热轧板厂高质量、低能耗生产提供保障。攀钢热轧加热炉过程自动化系统服务器采用COMPAG公司的ALPHA64位服务器，软件采用OPENVMS操作系统，确保了系统在技术先进的同时，具有良好的可靠性、开放性和可扩充性。数据库服务器采用关系型数据库：ORACLE8ENTERPRISEEDITIONFOROPENVMS。采用ORACLE数据库系统为OPENVMS操作系统提供的PRO*C开发工具。将SQL语句嵌入第三代开发工具，对数据库表的数据进行操作。然后通过ORACLE的预编译，生成标准C语言程序。客户端采用MICROSOFTVISUALBASIC6.0，快速访问数据库和开发人机交互界面。采用ORACLE的SQL*NET协议，实现ORACLE数据库间的通信。采用ABB公司的RSSQL产品，实现ORACLE数据库数据与基础自动化系统的数据交换。攀钢热轧板厂加热炉过程自动化控制系统包括跟踪系统和数学模型两大部分。跟踪系统由炉后核对控制、辊道跟踪、装炉控制、炉内位置跟踪、出炉控制、炉前辊道跟踪等部分构成，其主要作用在于通过对板坯的位置跟踪，达到加热炉自动装、出炉的目的，最后将板坯的出炉信息通知下游计算机，实现整个轧线过程自动化控制。加热炉燃烧数学模型是加热炉过程自动化系统中最重要的部分之一。过程控制系统通过数据库中的数据信息，得到跟踪系统中的板坯的各种数据信息，包括装炉时间、装炉温度、炉内位置、出炉时间、出炉温度以及由跟踪系统收集上来的基础自动化温度参数等信息，通过这些信息来综合分析、计算出板坯的实际温度，实现加热炉各段炉温动态设定、停炉处理以及加热炉区的班管理和实际数据的收集等功能，从而完成加热炉燃烧控制策略的制定，实现加热炉基础自动化的闭环控制，达到控制加热炉板坯出炉温度的目的，实现加热炉全自动烧钢。加热炉数学模型系统包括板坯入炉温度计算、板坯在炉时间计算、板坯出炉目标温度计算、模型周期计算处理、休止处理、温度自学习等部分，其中最重要、最复杂的是模型周期计算处理。模型周期计算处理是加热炉自动燃烧数学控制模型的核心，实施定周期地对加热炉内每块板坯进行温度跟踪计算、必要炉温计算，根据各板坯加权系数进行各控制段炉温及燃料流量设定计算。板坯温度计算涉及两座炉子里每一块板坯的断面5层温度及水印、非水印和均热段水印温度。加热炉燃烧数学模型根据板坯装炉时建立的板坯热跟踪初始数据，由加热炉实测炉温推算各板坯位置处炉气温度以及上一时刻板坯内部温度分布，采用中心差分计算模型周期计算板坯内部温度分布，近而依据剩余在炉时间对板坯作必要炉温计算，最后根据RULEBASE推论确定的各板坯加权系数，计算加热炉各段炉温及燃料流量设定值。若按加热炉各段必要炉温上限进行加热，尚不能达到板坯的出炉目标温度时，则进行板坯在炉时间延长计算。当轧线或加热炉故障以及轧线预定停轧时，根据程序干预自动进行降温休止处理。

1.3生产计划数据的管理功能

生产计划数据管理的目的是对必要的轧制计划数据和板坯数据进行管理，本系统从三级管理系统（L3）自动接收加热炉生产计划和板坯数据。计划数据要求在板坯上料进入核对辊道之前传送到加热炉自动化控制系统。板坯在准备进入核对辊道进行测长、测宽、称重时，L3向加热炉L2发送上料板坯数据，用于加热炉L2进行板坯核对处理。

1.4加热炉自动燃烧控制模型

自动燃烧系统（ACC）是二级系统的核心，主要完成对钢坯在炉内温度的计算和加热炉各段炉温的设定，自动燃烧系统还包括休止处理温度自学习等。加热炉燃烧控制实现了各种钢种、各种规格的板坯在出炉时达到目标的出炉温度，上下表面温差小，提高了加热质量；并很好的适应轧线了轧机节奏；同时燃烧系统控制精准，大大节省了燃料。

2加热炉工艺流程

攀钢热轧板厂加热炉起着对连铸坯实行连续加热的作用。燃料采用高焦煤气混合气体，与空气按照一定的比例混合燃烧，达到加热并节能的目的。板坯从炉尾由推钢机推入，然后在炉膛中进行加热，按照工艺指标达到加热要求后的板坯再从炉头由出钢机托出。炉体部分分为热回收段、预热段、加热段、均热段，其中热回收段的作用在于将冷空气与换热器内的燃烧烟气进行热量交换，从而将冷空气预热，预热后的空气再经管道预热段、加热段、均热段燃烧，达到减小能源损失的目的。热轧板厂加热炉的燃烧介质为高焦煤气混合气体，分别来自高炉冶炼和焦炉分解后产生的气体，由于介质来源及管网的复杂性，混合煤气受管网压力的波动影响较大，影响加热炉自动控制的效果；其次，煤气成分不纯，杂质较多，使得加热炉的执行机构动作灵敏性受到制约，同时由于煤气纯净度低且不稳定，煤气燃烧热值不稳定，又给加热炉燃烧控制策略的制定带来了干扰因素。因而加热炉自动控制系统在完成自动控制的同时，也带来了许多不确定因素，加热炉自动控制技术上的运用是一个渐进、复杂的过程，需要多学科、多专业的协调配合，才能更好地发挥系统优势，更好地服务于加热炉自动控制领域。

结语

自动化控制技术在步进式连续加热炉中的成功运用，提高了加热炉控制的自动化水平，节约了能源，提高了产品质量和产量，创造了极大的社会和经济效益。但在实际生产中，还存在诸多缺陷：外部工艺不完善制约控制策略的控制效果；加热炉基础自动化系统数据采样周期长，数据时效性较差；过程自动化系统计算复杂，导致加热炉过程机计算负荷大，系统的稳定性有待提高等。

参考文献：

[1]中国金属学会热轧板带学术委员会.中国热轧宽带钢轧机及生产技术.冶金工业出版社，2002.

[2]侯志林.过程控制与自动化仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.