立式退火炉炉压控制技术

王磊 杜克飞 林攀 王建军

摘要：从立式炉的炉压设备入手，从流程控制和保护控制两个方面系统的分析了立式炉炉压控制的原理。

关键词：炉压控制; PID ;斜坡函数

Abstract：Starting from the furnace pressure equipment of vertical furnace， this paper systematically analyzes the principle of furnace pressure control of vertical furnace from two aspects of process control and protection control.

Keywords： Pressure control ，PID， Slope function

0 引言

立式退火炉是凃镀生产线关键设备之一，以马钢镀锌机组为例，退火炉是带钢进行加热、冷却的核心设备。在凃镀生产过程中，炉压的控制对炉内气氛、退火稳定性有着重要影响，本文以马钢冷轧2#镀锌，系统性的介绍立式退火炉的炉压控制技术。

1 立式炉炉压控制概况

2#镀锌线炉压主要依靠安装于炉顶的放散阀进行调控，如图1所示，这些阀门分别是PHF（预热炉）顶部的放散调节阀0402PCV101，RTF（辐射管加热炉）顶部的放散调节阀0402PCV102，和RTF顶部的安全阀0404EV103;退火炉内通入氮氢混合气保持炉内气氛，使炉内气氛处于还原状态，在保持炉内气氛的同时需要对通入氮氢混合气的流量进行控制。综合以上讨论，立式炉的炉压分为放散控制和流量控制。炉顶放散调节阀为模拟量连续控制阀，根据PLC中的炉压控制器0402PIC001进行调整，而安全阀0404EV103根据压力开关0404PSH104进行控制，当炉压大于压力开关的设定值时安全阀打开。控制器0402PIC001是炉压控制的核心，其作用是通过对炉压的实时检测，输出一个控制值，用于对放散阀和氮气流量进行控制，概括的起来，其控制思路为：炉压低于设定炉压时调小放散阀，增大氮氢混合气流量，反之调大放散阀，减小氮氢混合气流量。

2立式炉炉压控制流程

2.1主要控制设备

通过以上分析，从功能上，控制设备分为检测设备和执行设备;从性质上也可以分为虚拟设备和物理设备，具体设备构成如表1所示：

2.2控制算法

在正常的生产过程中，炉压控制由PLC控制器进行，通过表1列出的设备执行，压力检测设备对炉压实时监控，通过一定的计算达到控制炉压的目的。

2.2.1炉压控制

令0402PT104（入口炉压）的输入为x1，0402PT106（出口炉压）的输入为x2，040405PCV101的输出为y1，0405PCV101的输出为y2，0402FIC111的给定流量为y3，控制流程如图2所式

对以上流程数学推到后可得如下计算公式：

输入范围为IN_MIN至IN_MAX，输出范围为OUT_MIN至OUT_MAX，可通过修改上述4个参数改变K3和b3，以改变输出线性。

2.2.2 炉压保护控制

当炉压的超过压力开关04004PSH104的设定值（25daPa）时，安全阀0402EV103将会打开，以保证炉内压力不超过安全压力。

3小结

通过以上分析，可以将立式炉的炉压控制概括如下

（1）对压力输入值低选后作为反馈参数;

（2）通过PID控制器得到最初的控制值;

（3）PID控制值与压力的斜坡函数比较后进行高选控制放散阀的输出;

（4）PID控制值通过斜坡函数对氮气流量调节阀进行控制;

（5）达到设定安全压力后，安全放散阀直接打开。

4 炉压控制的优化

退火炉在生产过程中炉压是动态变化的，由于带钢的流动性以及部分气体在生产过程中与带钢发生还原作用，所以需要不断补充氮氢混合气。通过对斜坡函数的调节可改变放散阀的输出特性，尽可能使放散阀处于小的开口的，从而达到节省能源的目的（放散会带走炉内热量并消耗氮氢混合气）

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