轧钢加热炉在生产中的温度控制研究

张亮

安阳钢铁股份有限公司质量检测处 河南安阳 455000

加热炉是轧钢生产线上的重要设备之一，也是轧线上的耗能大户，主要完成钢坯加热任务，通过加热改变钢的组织结构，提高钢材朔性，当温度达到轧机需要的轧制范围时进行轧制。传统的加热炉炉温控制是人工设定，缺点如下：一是增强了工作人员的劳动强度，人工成本上升；二是被控量炉温的误差偏大，当生产工况不稳定时，极易出现钢坯过度燃烧，造成加热效率低，轧钢成本上升。由于被控对象加热炉有较强的非线性、不确定性和强藕合等特点，因此加热炉优化控制策略是一个较复杂又互相联系的大系统建模，采用常规技术难以取得良好的优化设定控制效果。

1 轧钢加热炉概述

加热炉是铸造、热处理中应用得最多的加热设备，也是最主要的能源消耗设备。加热炉用来对材料进行分段加热和冷却等，其温度参数对材料的制备和生产有很大影响，温度控制精度和稳定度直接影响着锻件的性能和能源利用的效率。有效地提高加热炉温度控制精度以及能源利用效率，增强企业竞争力，是铸造企业所面临的重要课题。

2 轧钢加热炉生产过程温度控制存在的问题分析

2.1 技术受到一定的限制

现今智力支出不断加大，行业也出现了可喜的变化，但是距离还是存在的，目前我们所使用的设备与技术较为落后，生产状况仍然不能够达到期望程度，这一问题存在时间较长却没有得到真正的解决，正是这些问题制约着温度控制技术的实现与发展。在设备与技术方面，发达国家明显占据着优势[1]。调查显示，我国大多数企业生产所需要的设备与技术大多是从国外引进的。这恰好说明我国的技术研究还处于攻坚期。

2.2 设备的热效率较低

除了设备与技术方面，问题更多的在于参与燃烧的空气和燃料的比例没有得到合理的控制，空气使用量具有不确定性，有时候空气使用量过大，在生产过程中带走了很多的热量，热效率较低；而有时候空气使用量又存在不足情况。

2.3 设备维修费用高

生产过程中不乏有一些主观因素导致设备受损，这些都是可以通过技术培训减少不合理的操作行为来规避的，日常维修频率自然会下降。但是这并不意味着不需要进行维修工作。值得注意的是，我们所引进的国外设备虽较为先进，使用年限也较长，但是其长期不间断的工作始终会有自然磨损，影响钢铁产品生产。维修零件和相关材料费较高[2]。

3 轧钢加热炉在生产过程中的温度控制对策

3.1 加大资金投入

目前我国轧钢加热炉温度控制技术仍然采用先进国家的技术，但我国与发达国家的控制系统仍存在较大差距，相关加热设备、加热技术以及加热控制元器件方面都明显落后于发达国家。因此，在后续轧钢生产企业发展及经营的过程中，需要重点加大在研发方面的资金投入，在引入国外先进加热设备和生产设备的同时，重点开发自主研发技术，及时更新轧钢落后设备，提高钢铁行业的产能，减少轧钢过程中问题的发生，提高钢铁生产效率和钢铁生产质量。

3.2 炉温预设定优化系统

炉温预设定优化系统主要完成对炉内钢坯温度分布的实时跟踪与炉温的在线优化，实时为燃烧系统提供最佳的炉温设定值。

（1）炉温拟合。钢坯的升温过程由炉温来决定，钢坯进入加热炉后，以一定的速度在炉内移动，所以进行钢坯温度计算时需要首先确定钢坯所在位置的炉温。因此需要根据热电偶分布状况和实时测得的炉温，拟合得到沿炉长方向的炉温分布曲线。

（2）钢坯跟踪模型。该模型实时跟踪每块入炉钢坯的位置与该位置的钢坯温度分布。并可预测在当前炉温分布条件下，到达出炉位置时该钢坯内部温度分布，以给出钢坯表面预测温度、钢芯预测温度及钢坯断面温差。

3.3 鼓励技术创新与研发

从整体来看，钢铁企业每年在设备技术方面花费了大量资金，那么企业不妨将这些资金用于技术创新与研发上，确保自身占据着主导地位。我国工业现代化步伐不断加快，企业可以在吸收借鉴其他国家先进技术的基础上吸收大量现代化人才，由这些人才开展结构复杂、计算量大的加热炉温度控制模型的研究。技术人员在此方面的研究一步步深入，以理论作为基础，不断实践，不断检验，在原有基础上经过改良保证技术的先进性[3]。人才储备量决定着技术研究所能达到的高度。企业要多多吸引高级技术人才，在研究队伍中不断的注入新鲜血液。

3.4 引入自动化控制技术

通过信息技术控制轧钢加热炉的温度，使钢坯出炉温度控制在较高标准，并且引入平衡数字模型及加热炉共坯等相关模块，对轧钢生产流程进行有效控制，从而可以对加热炉设备的温度进行系统性监管，并建立起相应的数学模型，提出相关数学公式，对最佳处理温度进行计算，最大限度地减少热能的消耗，提高热能的转换效率。目前轧钢加热炉温度控制领域使用最多的是多级计算机控制系统。二级控制系统是应用最广泛的控制系统之一，主要包括界面温度、策略及换热模型三个部分。温控系统包括温控设定值及出炉命令符号的设置和输出下级温控系统，主要用于炉内燃气压力以及加热区域温度闭环的有效控制。自动化控制系统和智能化控制流程的应用能够改变因传统人工控制方法所造成的问题，提高控制效率和控制质量，有效避免问题和故障的发生，保证系统运行的稳定性和安全性。

4 结语

轧钢加热炉生产温度控制出于多方面的考虑，出于现实需要，在成本控制与节能减排方面有这着莫大的作用。然而，就目前情况来看，轧钢加热温度控制仍然存在一定的问题，并未达到尽善尽美的地步。由于设备的转换率较低，导致废热排放量较大，对环境保护和企业发展带来了不利的影响。基于此问题，应当提出切实可行的控制措施，通过种种措施最终实现技术突破，以促进钢铁工业更好的发展。