王凯飞
河钢集团唐钢高强汽车板公司 河北唐山
摘要：文中介绍了某钢厂的连续退火炉对带钢温度稳定性的控制方法和措施，以此实现产品质量的稳定、能耗的降低、设备寿命的延长。
关键词：退火炉；带钢温度；控制稳定性
连续退火炉是冷轧退火板、冷轧镀锌板、热轧镀锌板、彩涂板等产品生产工艺中不可或缺的关键设备，在机组中起至关重要的作用，并且退火工艺的好坏将直接影响到最终产品质量。本文以我厂连续热镀锌机组为例，该机组主要包括入口开卷段、焊机、入口活套、碱清洗段、退火工艺段、出口活套、后处理段（包括：镀锌工艺段、光整平整、钝化、涂油等）、出口卷取等。其中退火工艺又分为预热、加热、冷却、干燥等。退火炉带钢温度是影响产品力学性能诸多因素中最为关键的因素之一，其中包括带钢实际温度、带钢温度均匀性、带钢温度平稳性、带钢保温时长等。因此，只有精准地反馈并控制退火炉各区段温度才能有效确保带钢质量。由于退火炉设备庞大、区域较长、影响温度控制的因素较多，再加上不同规格、不同品种带钢的频繁切换，因此对退火工艺要求极高，同时这也是各生产企业技术研究的重点。
1 退火炉退火工艺介绍
退火炉给带钢加热的目的在于将具有较高冷硬性的冷轧板加热到一定温度，经过一定时长的保温后进行冷却，从而改变材料的金相组织，释放材料内部的残余内应力，改善板材性能，并获得更高的板面质量增加带钢的抗拉性、延展性和可塑性。带钢退火后，其硬度降低，可有效消除加工硬化平台，材料的变形性得到恢复，晶粒组织更加平稳，化学成分也更加均匀。这一工艺过程类似于传统的退火工艺。
热处理工艺通常包括：普通热处理、表面热处理和形变热处理三种，其目的均是获得不同的组织性能和机械性能。在带钢的退火过程中，带钢经历了加热、保温、降温三个过程，此过程中的温度控制曲线与带钢的品种和产品的性能具有密切关系。温度控制曲线如图1所示。
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图1 具代表性的温度控制曲线
由于退火炉所生产带钢规格和品种的不同，而且冷轧轧制工艺也有很大差异，因此其退火温度控制是不同的。退火温度控制是否合理直接影响材料金相组织，温度控制的精度也会直接决定产品的各项性能参数。因此退火炉温度控制的准确度、稳定性和调节速率都是退火工艺中的重要环节。
2连续退火炉温度控制方式
退火炉内带钢温度控制精度是温度控制的基础，温度控制精度直接影响温度控制的稳定性。退火炉过程控制主要是加热区载荷控制：⑴退火炉温度控制；⑵交叉复合控制；⑶校准热电偶控制。根据目标带钢温度要求来校准热电偶的数值。
2.1退火炉温度控制
以我厂某镀锌机组为例，其退火炉加热段分为4个区。若想对炉内温度进行精准控制，首先需准确测量并反馈炉内实时温度，因此在每个炉区内均装有2个热电偶，测得的平均温度用于对炉区温度控制的工艺值，其中任何一个热电偶产生的报警和连锁信息均作为有效信息处理。
炉子的温度控制可以从两个方面进行分析：⑴根据带钢的目标温度计算需要的有效热量；⑵根据经验值控制炉子温度来保证带钢的目标温度。这两种控制思想在本条生产线上都有体现，视情况不同采取不同的操作方式。
由带钢目标温度控制方法所需热量：
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（1）
其中：m_flow——单位时间过钢量，kg/s,由带钢的厚度h×带钢宽度w×带钢运行速度s×带钢密度ρ计算得到；
σr——炉内辐射换热系数；
tr——当前炉内温度；
tm——带钢进出炉子速度差
PID结合式⑴进行复合控制，系统计算出所需煤气量，并根据带钢的规格、运行速度、通过退火炉的时间等参数对炉内温度进行不断纠偏，最终实现带钢目标温度的精确控制。
对炉温进行控制是退火炉较为常用的控制思想，适用于生产钢种较为简单、带钢种类切换频率低的场景。这种控制方式对炉子控制系统的精度要求相对低，对现场的自动化程度要求不高，使用成本也相对降低。
2.2交叉复合控制
复合控制的根本目的同样是实现带钢目标温度的精确控制，不同的是，复合控制在实现目标温度的同时使能源效率最大化。首先根据目标温度及各参数计算出所需的总热量，然后计算出所需氧气和煤气总量，通过交叉复合控制进行氧气和煤气的输送，在此过程中，系统不断进行动态调整，将能源消耗控制在最低，从而实现能源使用率最大化，降低成本，增加效益。
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2.3 校准热电偶控制
传感器是所有闭环控制系统的基础，热电偶数据反馈的准确度直接关系到带钢温度控制的精确度。因此在生产实践过程中需要对热电偶进行不断持续性的跟踪和校准。根据炉壁温度校准高温计：
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⑵
其中，Wi——总热量检测值；
Tc——校正后带钢温度；
Ki——高温计参数；
Es——带钢发射率；
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⑶
其中，Ei——高温计设定发射率，为0.75；
Ti——高温计测得带钢温度。
只要带钢的发射率与热电偶中预定的发射率相同，热电偶提供的信号和带钢温度成正比。实际上，带钢发射率根据钢材质量、表面状态和温度而变化，可以从HMI上向热电偶提供一个新的发射率。这个参数可以在0.2和１之间变化。如果在自动模型中对热电偶跟踪失败，则系统自动切换到操作员模式，禁用自动模式选择。热电偶系数通过两个热电偶之间互相监控。通过以上的系统控制，从而保证热电偶在整个生产过程中的精度是可靠的并且是可以控制的，大大降低不必要的风险，进一步提高了目标温度的稳定性。
3结语
在生产实践过程中，退火炉内带钢温度与带钢规格、运行速度、炉内温度等因素有关。并且，带钢经退火炉不同工艺段时的目标温度之间的关系也不呈线性关系。可见想要实现不同规格带钢在各个炉区内的温度均达到理想的目标温度是比较困难的。因此在生产过程中，应以产品质量控制为出发点，密切关注生产工艺控制参数，最大程度上降低不利因素对带钢温度的影响，同时还要关注能源消耗，以降低生产成本。
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