刘玉彪 刘浩峰 张荣
陕西龙门钢铁有限责任公司轧钢厂 陕西 韩城 715400
摘要：加热炉智能燃烧控制系统根据入炉坯料信息，通过实时控制炉内燃烧气氛，动态优化加热制度，适应煤气压力频繁波动需要，在满足轧线产量和产品质量的前提下，保证了坯料的加热温度均热性与头尾温差均匀性，实现全自动控制烧钢。
关键词：加热炉 炉温设定优化控制
龙门钢铁有限责任公司轧钢厂精品板带加热炉由河南某厂承建，并于2018年2月投产，该炉型为空、煤气双预热蓄热式、端进侧出步进加热炉，有效尺寸46m*8.6m，四段燃烧控制，燃料为高炉煤气，坯料规格7900mm*165mm*280/350/410/530mm原电控系统由上海浦马设计制造，该线设计生产能力120万吨。
一、存在问题及原因
1.公司在产线布置上由于炼钢2#连铸与板带产能不匹配、轧钢产能大于炼钢，存在冷热坯混装入炉情况，生产节奏变化频繁，目前板带加热炉控制中、以前的PID控制很难适应多变的加热炉工况；
2.公司煤气热值范围在3.1-3.8MJ/m3,高炉煤气压力在7-13KPa之间，煤气热值、压力波动大，燃烧温度控制不均匀、加热温度波动大、影响产品质量（三点差）、氧化烧损较高（1.23%）；
3.操作人员对不断变化的工况调节不及时、操作精准度不够、使得四段空、煤气量配比（空燃比）不能实时保持在最佳配比，燃料消耗较高，工人劳动强度大，不利于钢坯均匀加热以及出钢温度的稳定控制；
二、实施方案
1增加加热炉智能化燃烧二级系统：
智能燃烧二系统主要用来对加热炉炉温设定值进行优化计算，实现炉温和燃耗量的优化控制。在满足轧线产量和加热质量的条件下，尽量使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小。
该二级系统实现的主要功能包括：数据通讯、加热炉炉内坯料跟踪、操作画面和炉温优化控制模型(建立坯料数据信息、坯料温度、计算热工模型、炉温设定值管理、延迟策略、轧制温度反馈控制、停炉策略、离线模拟计算模型)等。
该系统报据加热炉一级系统传上来的坯料上料情况和设备运行状态信号跟踪炉内每一块坯料的位置并形成当前炉内坯料的分布图，从而用加热炉热交换数学模型计算炉内每一块坯料的热状态并且根据这些信息计算出最佳的燃烧控制段温度设定值（通过黑匣子测试校证调整）以及最佳的加热炉产量，结合模糊PID参数控制，最终实现加热炉二级系统自动烧钢。
2增加炉烟气检测系统：
增一套加热炉气氛分析系统，用于检测预热段、加热一段、加二段和均热段的氧气及一氧化碳含量及NOx组分。
借助于巡检式烟气气氛分析系统，可实现最优空燃配比。该系统通过在各段空气/空烟集气管上取样，在排烟过程中进行采样，通过电磁阀阀门组的切换检测不同控制段的烟气残氧和二氧化碳情况，并将检测的烟气中残氧含量值传输至处理单元，处理单元根据残氧含量反馈控制各段煤气与空气的流量调节阀，以达到实现最优空燃配比的效果。
3一级系统优化：
本次改造硬件部分：充分利用现有一级硬件设备，将根据燃烧工艺控制的需求优化现有自动燃烧控制程序，达到自动控制炉温和炉压的目标（≤30Pa），实现空燃比的自动匹配，降低操作工的操作强度，减少人为因素的干扰。同时新增3套操作员站，对HMI操作画面进行调整并优化一级燃烧控制程序，实现炉温自动控制功能、炉膛压力控制功能和换向自动控制功能。
三、实践应用
该智能燃烧控制系统自2020年四月在板带加热炉投运，随机对6-8月份记录导出数据进行抽检、结果见下：
1. 该控制系统通过对炉内钢坯温度进行实时跟踪，通过画面展示各钢坯的位置、模型预测温度、升温曲线，在出炉后进行比对和偏差统计，据此自动修正温度场模型数，自动生成相关统计报表（建立坯料数据信息）；
检测指标：头尾温度≤10℃、命中率80%
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2. 该控制系统通过具备参数自适应能力的预测控制算法，克服煤气压力热值波动，实时精准调节各段炉温，确保准确达到目标出钢温度；
检测指标：实际钢温与目标±10℃、命中率90%
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3. 该控制系统通过精准检测并控制炉内各段气氛，优化空燃比（空燃比自学习控制模型功能），记录相关数据，生成相关统计报表；
检测指标：炉内气氛2%-4%、命中率≥85%
4. 该控制系统采取延迟策略，实现待轧优化控制，根据钢坯规格以及待轧时间，计算出各段的降温幅度并防止过烧和加热质量降低 。
检测指标：氧化烧损目标减低≥7%
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5.该控制系统实现以坯料温度为目的的智能化二级加热工艺指导，要求系统各模块联动、根据所提供的工艺出钢温度，合理设定/调整加热炉各段温度，炉内气氛；实现一键烧钢，
检测指标：自动化率＞95%
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四、结束语
该智能燃烧控制系统项目通过在板带加热炉的实践应用，实现了对该加热炉全炉燃烧状况进行实时监控，通过对各段燃烧进行自动控制，自动调节各段空燃比例，克服煤气热值及煤气管网压力波动带来的炉温、钢温的波动，提高了加热质量，稳定炉内气氛，达到了预期效果；随后将在公司其他轧线上推广应用。
参考文献：
[1]徐宏伟.燃气燃烧器发展现状研究[J].现代制造技术与装备,2009(3):19-20.
[2]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社,2010.
[3]胡寿松.自动控制原理[M].机械工业出版社,2012.
作者简介;刘玉彪 男 1970.1 加热炉技师 2002年起从事加热炉工作.