加熱爐自動化控制系統的應用與技術分析

韓明陽，孫高原，王 凱，李雪松

（河鋼邯鋼中板廠，河北 邯鄲 056000）

1 軋鋼廠加熱爐的控制現狀分析

1.1 軋鋼加熱爐的加熱原理

加熱爐是軋鋼廠生產中不可或缺的重要設備之一，其主要作用是將鋼坯加熱至適合軋制的溫度，隨著鋼坯本身溫度的逐步提升，其變形抗力會隨之降低，鋼的可塑性會大幅度增強。以T12 鋼為例，在室溫條件下，其變形抗力約為600 MPa，當加熱至1200 ℃后，變形抗力會下降到30 MPa，僅為室溫的1/20，由此能夠使軋機的生產效率顯著提升，能耗也會隨之降低。

1.2 加熱爐的控制現狀

對于軋鋼加熱爐而言，爐膛內的溫度主要是由燃燒系統進行控制，通過對空氣及煤氣流量的調節，從而達到控制燃燒溫度的目的。加熱爐控制系統中的輸入和輸出量如表1 所示。

表1 加熱爐控制系統輸入/輸出量

加熱爐燃燒系統的特點體現在強耦合性和滯后性兩個方面，加之參數之間存在互相干擾的情況，并且燃燒系統還會受到外界因素的影響，從而導致加熱爐的燃燒效率并不理想?，F階段，軋鋼廠加熱爐采用的控制系統，一般都是以人為手動的方式對空煤配比系數進行設定，如果運行工況出現變化，那么很難保證控制系統的響應及時有效，偶爾會出現加熱爐尾冒黑煙的現象，不但影響了燃燒效率，而且還會增大能耗。為有效解決這一問題，軋鋼廠可對自動化控制系統進行應用。

2 加熱爐自動化控制系統的應用及關鍵技術

針對軋鋼廠加熱爐燃燒控制存在的不足，本文提出一種自動化控制系統，皆在為了提高加熱爐的燃燒效率，降低能耗。

2.1 系統構成及控制方式

本次開發的自動化控制系統主要是針對鋼坯加熱爐。自動化控制系統的組成部分如下：PLC、遠程I/O 站、操作員站、通信網絡等。在該控制系統中，PLC 是核心部分，可對相關的信號進行實時采集和處理，并且還能對鋼坯進行定位控制。系統有兩種控制方式，一種是手動，另一種是自動，在系統運行穩定的情況下，采用自動控制方式，而系統出現故障時，可轉為手動控制。

2.2 具體應用

（1）在爐膛溫度控制中的應用。鋼坯加熱爐分為上部供熱段和下部供熱段，利用熱電偶對各段的爐溫進行檢測，以供熱段的平均溫度作為自動控制對象，各段的爐溫變化主要是通過煤氣流量的改變來實現，采用串級解耦的方法，對加熱爐的燃燒控制系統進行優化，從而使爐膛內的低過?？諝饽苓_到充分燃燒的目的。除此之外，爐膛溫度控制系統還能對氧量信號實時接收，借助主從控制的方式，防止供熱段出現干擾。

（2）在排煙溫度控制中的應用。對于鋼坯加熱爐而言，排煙溫度是較為重要的控制指標之一，如果該溫度過高，容易引起設備損壞，若是該溫度過低，則會使能源浪費，并且還會使爐壓增大。為對加熱爐的排煙溫度進行自動化控制，可在三通閥上加裝溫度檢測裝置，該裝置能夠對燒嘴的工作狀態進行自動檢測。同時，為防止溫度過高燒壞換熱器，可在煙道上加裝熱電偶，對排煙溫度進行測量，當溫度超出設定的限值后，會自動發出報警提示。

（3）在殘氧量控制中的應用。本系統中，對加熱爐殘氧量的控制主要是通過相關的儀器設備檢測氣氛含氧量，按照檢測所得的數據，利用改變通風量的方式，調整混合氣體中空氣與燃料的質量比例?？梢圆捎迷诰€測量的方式，其優點是便于安裝、基本不存在滯后性，能夠避免空氣滲漏對測量結果準確性造成的影響。

（4）在爐膛壓力控制中的應用。當加熱爐內部的壓力升高后，可以通過遠程控制的方式，對空氣流量和煤氣流量進行調節，并打開煙道閘板，使煙氣排出量增大，這樣便可有效降低爐膛內部的壓力，從而確保加熱爐穩定運行。各個燃燒段的溫度，則可利用排煙調節閥進行自動控制。同時，為在現有的基礎上，降低因爐膛內部壓力偏離正軌引起的氣氛紊亂幾率，在系統設計中，可以加入自學習功能模塊。

（5）在換向控制中的應用。這是鋼坯加熱爐中較為重要的一個控制環節，主要的控制對象為三通換向閥。在加熱爐中，三通換向閥的作用是確保運行穩定，其具備定時換向、自動保護和報警等功能。如果三通換向閥的運行出現異常，則會對加熱爐的運行安全造成影響，借助換向控制系統，可對三通換向閥進行自動控制，在設計時，按照定溫度、定時間的原則，通過時序檢測，實現控制目標。

（6）在聯鎖控制中的應用。本文所提出的加熱爐自動化控制系統中，加入了安全聯鎖控制系統，其主要作用是提高加熱爐的運行穩定性和可靠性，避免安全事故的發生。聯鎖控制分為三級，其中一級聯鎖的觸發條件是燃燒壓力或是爐膛內的空氣壓力過低，此時自動化控制系統會自行啟動聯鎖控制功能，將煤氣總管切斷；二級聯鎖的觸發條件是換向閥故障；三級聯鎖的觸發條件是爐膛溫度超高。

2.3 關鍵技術

在軋鋼加熱爐中，汽化冷卻是不可或缺的重要裝置，為對該裝置的運行過程進行有效地控制，可采取如下技術措施：（1） 水位檢測技術。對汽包的水位進行檢測時，可以通過差壓或是電接點等方法，將測點布設在汽包兩側。（2）壓力控制技術。由汽包產生的蒸汽是經由壓力調節閥進行排放，由此可以達到壓力控制的效果。然而，若是汽包本身的壓力超過限值，為確保汽包的安全性，控制系統則會開啟放散閥，對蒸汽進行快速排放，從而降低汽包的壓力。（3）除氧器調節與控制技術。在對除氧器的壓力進行調節時，可以利用減壓閥進行降壓，然后由調節閥為除氧器提供蒸汽，這部分壓力經由變送器檢測后，會轉換為電信號傳給汽化冷卻控制系統。（4）濃度監控技術。鋼坯加熱爐的操作者在工作時，可能會受到一氧化碳的影響，對此可在爐區兩側加裝一氧化碳濃度監控報警器，當現場的一氧化碳濃度超標時，報警器會自動發出聲光報警，提示操作人員。

3 結 語

綜上所述，加熱爐運行穩定與否直接關系到軋鋼廠的生產能效，因此，軋鋼廠可對自動化控制系統進行合理運用，借助該系統對加熱爐的運行過程進行自動化控制。同時，可以采取有效的技術措施，對加熱爐的汽化冷卻裝置進行控制。這樣能夠確保加熱爐的運行安全、穩定、可靠。