冶金企业加热炉炉温控制的机械故障与改进措施

尹宏瑛，杨学友，贠海坤

（河北津西钢铁集团股份有限公司，河北 唐山 063000）

加热炉在钢铁冶金企业的轧钢产线中具有十分重要的突出作用。受加热炉工艺因素影响，加热炉也是轧钢产线主要的耗能设备，其工艺特点也决定了其具有非线性、大惯性等特点。因此加热炉的炉温控制是热轧加热炉工艺的核心，其不仅关系到产品轧制的质量和产量，同时也关系到加热炉装备的能耗和使用寿命。热连轧产线加热炉的热量来源主要源于钢铁企业的副产煤气，加热炉的炉温控制直接受来源煤气的压力、流量和热值的影响。因此研究加热炉炉温控制因素十分必要。

1 冶金热轧加热炉的主要结构特点与热工控制系统分析

本文所涉及的有两座辊底式加热炉并且仅靠在铸机和轧机之间，津西钢铁的1880产线也称为短流程产线。两座辊底式加热炉分别称为A线和B线。炉子的热工控制由PLC完成全自动化控制。A线和B线两座加热炉均为直通式辊底式炉，并设有横移车和诸多炉辊。津西钢铁冶金热轧加热炉的结构特点为：炉体采用直通式结构，为了能够满足紧急事故的处理，炉体的炉顶设置为可拆卸结构；加热炉炉体的钢结构采用分块组装，炉体的炉顶和侧墙上部采用的是耐火纤维，这样便会使炉子具有惰性小，能够具备灵活控制炉温等特点；加热炉的炉底采用斜仓式结构；多个高速烧嘴分布于炉体两侧板坯的上部，上加热，下排烟。加热炉结构如图所示。

图1 加热炉结构示意图

1880产线冶金热轧加热炉的热工控制采用分段控制炉内温度，燃料设计为混合煤气。其热工控制系统主要包含：自动的炉温控制；热轧板坯的出炉温度控制；煤气流量与燃比控制；煤气热值和压力的波动检测和修正；热交换和其他辅助系统的控制。

2 影响加热炉炉温控制的机械故障

2.1 煤气调节阀故障

加热炉煤气管道及调节阀直接控制加热炉的煤气压力及流量，其对加热炉炉温的控制十分关键。为此快速准确判断和解决煤气管路调节阀的机械故障十分重要。煤气调节阀的机械故障主要表现为：①执行机构行程不准确，该故障表现为煤气压力和流量调节不准，特别是全关和全开状态煤气流量和压力的实际值与设计值相差较大。处理该故障需要在阀门投入使用前确定好机械式角度定位，通过定位发现故障位置并及时接触，如果该阀门再投入使用前没有做好角度定位，则需要在有管道停运机会的时候，打开人孔重新对阀门角度进行定位；②阀门轴承损坏，大多数调节阀是通过齿轮传动、蜗轮蜗杆传动来完成阀门的调节功能的。阀门蜗杆两侧一般是由滚动轴承支撑的，往往受外部因素影响会产生轴承润滑不良问题的产生，由于调节阀行程机构蜗杆经常转动，因此其支承轴承极易发生损坏进而影响蜗轮蜗杆的正常传动，此外轴承本身质量因素也会引起该故障现象的发生。解决该故障最为直接有效的手段就是及时更换轴承并做好润滑保养；③涡轮磨损，大多数蜗轮蜗杆机构受蜗轮蜗杆加工工艺影响，一般将涡轮选用材质较软的金属材料进行制造，为此一旦发生机械机构传动故障，多半表现为涡轮的磨损和实效。解决该故障则需要拆解蜗轮蜗杆传动机构，重新加工修复涡轮或者更换备件；④阀板腐蚀及内漏，钢铁企业加热炉使用的煤气均为企业本身的副产煤气，受到煤气净化工艺的影响，加热炉在实际使用中的煤气往往会伴随腐蚀性杂质的带入，加之阀板本体质量问题，往往便会造成阀板腐蚀和内漏的产生。解决该故障则需要重新更换阀体并做好来源煤气的净化或排渣处理。

2.2 加热炉煤气管路及烧嘴故障

图2 加热炉控制系统

加热炉由多个高速烧嘴分布于炉体两侧板坯的上部，直接燃烧煤气给加热炉加热，因此一旦发生煤气管路及烧嘴故障会直接影响炉体的温度控制。加热炉煤气管路及烧嘴故障主要表现为管路或烧嘴堵塞，造成该故障的直接原因便是来源煤气杂质较多或来源煤气没有及时排渣引起的，解决该故障需要通过高温熔渣排除管内及烧嘴杂质，严重堵塞则需要重新更换新管路和烧嘴，此外在来源管道增加排渣装置也十分必要。加热炉炉温及烧嘴控制系统如图所示。

3 炉温数字控制系统改进

加热炉的热量主要是通过辐射传递，因此加热炉具有较大时间常数和滞后时间，为此加热炉温度控制属多容量被控对象。对加热炉进行扰动分析不难得出影响温度控制的扰动因素主要包括:煤气压力、流量、热值、空气质量以及烧嘴阻力等。上述扰动因素一部分可控、一部分不可控，因此为了改进加热炉的炉温控制，则需要将可控干扰设置为控制回路组成串级系统，对不可控干扰则需要引入补偿修补设置。此外，为了最大限度提高加热炉的热效率，并且抑制管路或烧嘴堵塞等不可控扰动因素，则需要引入加热炉支路平衡控制来保证加热炉各支路出口温度偏差的最小化。其实质就是通过利用动态模型通过预测控制算法操纵一组独立变量，并引入干扰变量来实现前馈控制并消除干扰影响。

4 结语

加热炉在钢铁企业热连轧产线中的作用十分关键，炉温控制是加热炉一项特别重要的指标，做好炉温控制需要加热炉诸多方面进行改进和提高，其中热工控制系统较为关键。影响冶金热轧加热炉的炉温控制因素较多，其中影响加热炉炉温控制的机械故障因素属较为重要因素。这就要求在总结机械故障特点和应对措施的同时，还需要注重预防性维护保养措施，避免故障的发生或扩大。此外利用动态模型通过预测控制算法改进炉温控制系统同样十分重要。