轧钢加热炉在生产中的温度控制探讨

2021-04-04翟诺

电子测试 2021年12期

翟诺

（山信软件莱芜分公司，山东济南，271104）

0 引言

在轧钢生产中加热炉需要把各种坯料均匀加热到相应的轧制温度，从而满足轧钢产品的生产要求。只有做好加热控制，保证加热温度，才可以生产出断面尺寸精确，性能和质量达标的轧钢产品。所以在轧钢生产中，必须强化对加热炉的温度控制，积极研究和创新炉温控制方法，不断提高炉温控制的精确度，为轧钢企业经济效益和市场竞争力的提升做出有效贡献。

1 轧钢加热炉温度控制系统概述及运行问题分析

加热炉的温控系统基本都有4部分组成，温度传感器、加热炉、固态继热器和主控系统。在轧钢生产中，可以通过传感器来采集加热炉内的温度信息，并将其转换为电信号和数字信号传输到控制系统之中，然后控制系统就可以按照既定的加热炉生产设计参数来进行温度信号的控制处理，之后再通过PID计算得到相应的控制信息，最后在将其输入到固态继电器中，通过控制端来完成对加热炉运行情况的有效控制。加热炉的温度控制效果除了主控系统外，更与加热炉设备的自动化控制水平、热效率等直接相关。其具体体现在下述几方面：第一，温控自动化水平仍有待提升。在现阶段基本都采用热电偶来进行加热炉的温度传感监测，热电偶的测温范围非常广，足以满足加热炉生产中的测温要求，但是在智能化和自动化建设方面仍有待加强，与国际先进技术相比仍存在一定劣势，尤其在炉内温度场控制、炉中胚料温度实时监测等方面的自动化控制技术效果相对较弱。这就会影响炉温控制的准确性和时效性，难以实现对胚料温度的有效控制；第二，热效率低。在现阶段炸缸加热中普遍都会存在设备转换率较低的情况，其根本原因是燃料和空气之间的比例不合理，以保证燃料的充分燃烧。空气过多会导致烟气量增加，此时就会导致热量被带走，而空气少燃料多，则难以保证燃料的充分燃烧，此时也会造成燃料浪费，并且在此过程中还会产生大量污染气体[1]；第三，设备维修成本高。加热炉在使用中必不可免会因为某些因素影响而出现设备磨损老化，例如操作不当、维修养护不及时等等，并且加热炉设备的运行环境相对恶劣，这也会加剧设备的磨损老化。并且各种设备配件的采购成本非常高，一旦出现故障，不仅会影响加热炉的温控效果，还必须投入大量资金来进行维修，严重影响了轧钢厂的经济效益。

2 轧钢加热炉温度控制不准确的不良影响

2.1 过热和过烧

轧钢胚料如果长期在高温条件下进行加热，钢晶粒体就会超过标准要求，过分长大，减弱钢晶粒体间的联系，影响轧钢产品的锻压质量。尤其在过热温度环境下，配料非常容易在轧制中产生裂纹，并且随着高温加热，晶粒还会进一步长大，发生精液熔化氧化等问题，最终导致胚料破碎，失去锻压价值，造成严重的成本损失。比如碳钢胚料最高的加热温度为1300℃，在加热温度高于该上限后，就会融化坯料表层氧化铁皮，同时如果坯料杂质含量过高，熔点会进一步降低，通常在1300～1350℃。所以如果钢坯加热温度高于1300℃，过热过烧问题的发生率就会大大增加。

2.2 氧化与脱碳

在整个轧钢生产中也会发生一系列的化学反应，在坯料加热过程中，在不同温度条件下，坯料内的铁就可能与各种氧化气体出现反应，生成Fe2CO3、Fe3CO4等铁氧化物，钢坯脱碳后淬火硬度不达标，必然会对后续钢坯加工带来不良影响。同时氧化、脱碳在加热过程中是同时开展的，在加热温度低于750℃，氧化、脱碳的速度非常慢，但是超过800℃，其速度会明显加快，如果没有做好有效控制必然会影响氧化脱碳的效果，无法保证坯料淬火硬度[2]。

2.3 钢坯料开裂

有部分钢坯材料的导热率比较小，比如轴承钢、高碳高等类材料，在加热温度超过700℃后，如果升温速度过快，胚料断面温差会迅速扩大，一旦热应力超过坯料所能承受的极限，很容易发生开裂问题或者断钢风险，这就会导致轧钢成本增加，利润降低。

3 轧钢加热炉温度控制改进措施研究

3.1 重视基础设施建设，加强资金投入

在现阶段轧钢技术、温控技术等不断进步，作为轧钢企业应该充分重视对基础设施的建设，积极引进先进的加热设备和温控技术，从基础设施建设方面入手，不断提高加热炉温度控制的准确性，减少加热炉在生产运行中的热量损耗和污染，降低成本投入，提高轧钢企业经济效益。除此以外，还需要重视对相关专业人才的培养和引进，激励政策来提升员工在轧钢生产中的积极性和主动性，提高工作效率和工作质量。

3.2 提高加热炉的热转化效率

加热炉转化效率不仅直接关系着轧钢生产成本和生产效益，同时与轧钢厂的可持续发展直接相关，尤其在现阶段国家对于钢铁企业的环保要求日益严格，只有不断提高热转化效率减少，热量损失和污染产生，才可以满足可持续发展的要求。所以在温度控制中必须从设备和技术两方面入手来进行转换效率的提升[3]。比如，双闭环比值控制和双交叉线幅控制都是温度控制中常用的温控方法，两种方法都能够有效促进加热炉热效率的提升，但是双闭环比值控制并不适用于温度变化极为迅速的情况，在此情况下容易出现过氧或者缺氧等问题，然而双交叉线幅控制，则可以有效弥补这方面的缺陷，对空气过剩率进行有效管控，确保燃烧效率。同时双交叉限幅的反应速度慢，并不能够满足所有生产场景。所以在具体应用中应该联合利用两种控制系统，通过双闭环比值控制来提升双交叉线幅控制的功能性，再利用双交叉限幅来改进双闭环壁纸控制的动态管控不足。此外，还可以从加热炉材料结构等方面入手，做好对加热炉的结构优化和新材料的应用，提高加热炉的保温性能，减少热损失。

3.3 做好自动化控制技术的应用

信息化、自动化技术在牙膏生产中得到了普遍性应用，在加热炉控制中应该通过自动化信息化控制技术来实现对炉内温度和坯料温度的有效管控，建立起数字化温度控制模型，并通过相应的温度控度公式来实现对加热炉生产中最佳处理温度的计算管控，提高加热炉转换效率。二级控制系统是当下最为常用的温控系统，其分为界面、策略和换热模型几部分，其能够有效用于加热炉运行中的燃气压力控制、温度闭环控制，以此来有效控制加热炉运行中的炉温和坯料温度。

3.4 做好炉温预设系统的优化

为了更好控制炉温，可以从炉温预设系统方面入手，通过相应的方法来优化炉温设定值，做好钢坯温度和炉温的实时在线监控。首先，炉温拟合。钢胚在加热炉内需要移动，所以在确定和计算钢胚温度时，需要结合钢坯所处位置的炉温以及热电偶数值来进行螺纹的测量，然后再通过线性拟合来得到炉温分布曲线。其次，钢坯跟踪模型，该模型主要用于分析预测钢坯在各个位置的温度，跟踪钢坯位置，并且还可以根据炉温分布曲线，对钢胚出炉时表面、钢芯温度和断面温差进行预测。