广西柳州钢铁集团有限公司 广西柳州 545002
一、前言
加热炉在生产线上是第一道工序，可称为生产线的龙头，加热质量的好坏决定了成材率，合格率的高低。同时要兼顾加热过程中的煤气消耗，煤耗指标是生产过程中的一个重要环节，而降低煤耗则是降低生产成本的重要一环。以我厂二棒为例，在控制煤气流量消耗上，是通过气动调节阀来控制阀门开度的大小，以达到煤气在加热过程中的流量控制。如何确保对煤气调节阀进行有效精确控制，提高燃烧效率是势在必行的课题。
二、设备使用现状
我厂二棒加热炉经过十多年的使用，虽然期间经过了不断的完善和改造，但在煤气调节阀方面从投产到今天一直还是使用气动调节阀，而调节阀是在加热炉加热控制系统中不可缺少的一部分，当它接收来自阀门定位器的输出信号，从而改变和调节煤气流量，达到调节功能。调节阀的性能和动作的好坏，会直接影响调节系统的质量和效果，是煤气调节系统中的一个重要环节，特别是近两年煤气调节阀在使用过程中出现了或多或少的问题。致使钢坯在炉内加热时出现温度不均匀，以及煤气耗提高等问题。此外，棒线型材厂于2015年开始应用加热炉燃烧优化自动控制系统技术，加热炉调节煤气使用的气动调节阀弊端日益体现，已不能满足燃烧优化自动控制系统运行的需要。
三、气动调节阀常见的问题
1、零位大，阀门关不死
当线上设备出现故障需要检修，加热炉不需要停炉，只是需要保温的时候，加热操作工因根据线上检修时间的长短来调节煤气阀门开度的大小，如果时间较长，应关闭部分煤气调节阀，减少煤气的无谓消耗。目前的实际情况是当加热操作工关闭某个煤气调节阀门，但从炉外观察孔可以看到该段烧嘴依然有较大火焰飘出，说明该段煤气调节阀没有关死，导致煤气一直在消耗中。
导致气动调节阀关不死的原因之一，就是阀门定位器使用时间久之后，灵位变大，仍有微量气源进入气缸内部，活塞复位不到位，从而导致阀门关不死。
2、定位器精度差，难以精确控制阀门开度
阀门开度大小的控制需要通过阀门定位器来完成。它的工作原理是将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号，以控制器输出的信号作为设定信号，进行比较，当两者有偏差是，改变其到执行机构的输出信号，使执行机构动作，建立了阀杆位移量与控制器输出信号之间的对应关系。因此，阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号，以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。但在实际操作过程中常常出现如下情况：例如均热段温度需要提高50度，才能达到轧制温度，对应阀门开度仅仅需要增加开度3%，但目前气动煤气调节阀无法进行3%的开度调节，只有增大到8%--10%的开度才能动作，导致煤耗使用量的上升，同时钢温也有可能超过上限的轧制温度，出现类似情况，烧火工只能进行手动关小烧嘴阀门。如此反复不但温度难以控制，同时也增加了烧火工的劳动强度。
出现阀门定位器精度下降的原因：（1）阀杆采用填料密封，控制阀在工作状态时，需要不停来回比例调节，填充料容易对阀杆造成一定的摩擦阻力，会影响控制阀反映滞后与灵敏度，最终会导致阀门的精度下降；（2）因我厂使用的煤气杂质比较多，阀杆在长期的使用中堆积了大量的焦油杂质，这些杂质也大大阻碍到了阀门定位器小开度的调节功能；（3）定位器内部反馈机构的弹簧老化，弹簧的弹力下降，造成反馈不及时，定位不准，也是调节精度降低的主要原因。
四、项目改造的必要性
阀门关不死及定位器精度差一直是我厂二棒加热炉煤气气动调节阀的通病。经过与机动科和能源环保室研究讨论，最后决定使用防爆型电动调节阀来取代原有气动调节阀的改造方案。
4.1电动调节阀特点的优越性。
（1）调节功能好，特别是小开度的工作性能能准确到1%的开度调节；
（2）关闭功能好，对比气动调节阀通过弹簧复位，应用电机转动关闭的电动阀具有零位准确的特点；
（3）耐蚀功能强，特别是对于煤气管道内产生的焦油，具有很好的抗腐蚀能力；
（4）重量轻、易维护，与相同管径的气动阀相比，重量减轻60%；
（5）高度的稳定和用户可应用的恒定的推力，最大执行器产生的推力可高达225000kgf，能达到这么大推力的只有液动执行器，但是造价要低液动执行器低；
（6）电动执行器的抗偏离能力是很好的，输出的推力或者力矩是恒定的，可以很好的克服介质的不平衡力，达到对工艺参数的准确控制，所以控制精度比气动执行器要高。
此外，在现场进行项目实施中，对换上的防爆型电动调节阀增加了开度反馈信号。使得操作人员在电脑上可以清晰看到煤气阀门的实际开度，更能把我控制参数的调解，这是气动执行器所做不到的。因此，电动调节阀对于在自动燃烧控制系统中的应用，更是得天独厚。
4.2调火过程中空燃比难把握，煤气和风量的配比靠经验
煤气与风量的关系就好比鱼和水的关系，加热过程中煤气与风量的配比非常重要，风量小了煤气不能完全燃烧多余的煤气就会随着烟囱排出，白白流失增加了煤气的消耗；风量大了在快节奏生产时，操作工容易不自觉地，不受限制的向炉内加热。以满足快节奏的生产需要，炉压就会升高，长期以往炉况就会恶化，设备寿命缩短。在停轧时，待温保温阶段会导致炉内钢坯形成更多的氧化铁皮，导致成材率的下降。过去烧火工在煤气与风量的配比中完全靠个人经验去观察，因而很难达到煤气的完全燃烧，这种粗放式的操作方式一直沿用至今。
4.3通过改造，提高空燃比优化
为了能让空燃比达到均衡状态，新增一台烟气检测分析仪，分别在加热炉的预热段，加热段和均热段增加三组炉气分析仪的探头，主要是检测炉内一氧化碳和氧气的残留状况。然后传输到电脑，通过设定程序计算，进行煤气与风量的自动配比，将煤气与风量的配比控制在1:4。以这个最优化的空燃比来控制阀门开度，使煤气与空气的流量形成1:4，以此得到理想的加热温度。而电动调节阀的特点在加热炉燃烧优化自动控制系统中体现得淋漓尽致，实现了这个控制系统需要的精度控制。
五、改造后的效果
此次二棒加热炉煤气调节阀的改造，从运行的效果可以看出，电动调节阀与加热炉燃烧优化自动控制系统完美的契合，实现了精细操作，大大提高了煤气的燃烧率，降低了煤气的损耗。改造前二棒煤气吨钢消耗为43m³/吨，改造后煤气吨钢消耗降为40m³/吨，全年的降成本效益可观。同时通过改造后，摒弃了气动调节阀在加热炉燃烧优化自动控制系统中存在的弊端，实现了空燃比的自动配比，降低了操作人员的劳动强度。
六、结束语
随着柳钢对于生产成本的控制要求越来越高，节能降耗成了生产降成本的重要一环。轧钢加热炉煤气耗大小的控制首当其冲，作为直接控制煤气流量大小的调节阀，是否顺行尤为重要。电动调节阀能在加热炉燃烧优化自动控制系统达到理想的控制要求，故障率相对于气动调节阀更低，控制效果更好。从而促进了燃烧系统的优化运行，合理控制煤气流量及热风配比，使煤气能够完全燃烧，达到燃烧的最大值，煤气损耗降到最低，为降低生产成本提供保障。
参考文献：
[1]《大型燃气窑炉燃烧优化自动控制系统的开发与应用》.张卫权、覃宝腾等.中南泛珠三角地区轧钢学术交流会 2015
[2]王志.电动调节阀动态特性与控制研究[D].山东大学 2013