步进梁式加热炉炉压问题分析及处理方法

步进梁式加热炉炉压问题分析及处理方法

王新龙

王新龙

莱芜钢铁集团银山型钢有限公司宽厚板事业部山东莱芜271104

摘要：加热炉作为钢铁工业轧钢生产线的关键设备和能耗设备，其自动化控制水平直接影响到能耗、烧损率、废钢率、产量、质量等指标。

关键词：步进梁式；加热炉；关键技术

1加热炉发展和现状

现代化的高产量热轧带钢轧机，由于对轧制带钢的厚度、尺寸、公差带、钢表面质量和板型控制的要求日益严格，因而对板坯加热温度均匀性和热板坯表面的质量要求也不断提高。加热炉是热轧带钢轧机必须配备的加热设备，随着工业自动化技术的不断发展，现代化的热连轧机应该配置大型化的高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产优质低耗节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短产量低烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，钢坯断面温差较大，板坯背面滑轨擦痕多难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构在炉内做矩形运动来移送板坯，可以留出空隙，板坯和步进梁之间没有摩擦，通过托出装置出炉完全消除了滑轨擦痕，又有适合加热断面较大的坯料钢坯，加热断面温差小、加热均匀，以及可出空炉料炉长不受限制、产量高、生产操作灵活等特点，其生产符合高产优质、低耗节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。

2步进式加热炉工艺流程

步进式加热炉炉型为三段供热端进端出步进梁加热炉。加热炉自装料端至出料端沿炉长上分为预热段、加热一段、加热二段及均热段。为了便于灵活调节各段炉温，在加热二段与均热段之间设有无水冷隔墙。用无水冷隔墙隔开，可以精确控制两段炉温和炉压，减少两段之间的辐射干扰。各段均为上下加热，采用分布在炉子侧墙上的烧嘴进行供热。通过每对烧嘴的切换燃烧，加强了炉气在炉内的扰动，增强了炉气对钢坯的传热。空气预热温度600℃以上，排烟温度250℃以下。加热工艺的操作包括正常生产时的加热温度、加热速度、加热时间等工艺参数的控制，以及对炉内气氛和炉压控制等项。计算机还有适应轧机计划和非计划停轧的功能。炉内钢坯通过步进梁的步进动作，自装料端一步一步经过加热一段、加热二段和均热段传送到炉子的出料端。在接到轧机要钢信号后，步进梁就将固定梁上最终料位处的钢坯托出到出料辊道上面，然后送出进入轧线轧制。全炉采用多台烧嘴，最大限度的保证了生产的连续稳定运行。通过控制烧嘴的开闭，可以适应多品种、小批量生产的需要。在加热特殊钢种时，可以根据实际情况关闭一加热段靠近炉尾的部分烧嘴，延长预热段长度，方便的实现低温入炉。在不需要低温入炉同时又有较大产量要求时，可以将全部烧嘴打开，延长加热段长度，提高产量，最大限度的实现操作的灵活性。加热炉采用端进料、端出料，可以减少冷风吸入和高温炉气外溢，必要时可出空炉。确保钢坯初始位定位准确，保证钢坯在炉内运行后准确达到出炉辊上面，顺利出炉。

2运行中存在的主要问题

2.1炉衬维修率高

步进炉炉衬目前国内大部分采用高铝混凝土浇注料复合保温结构，从内到外依次为：高铝混凝土浇注料、轻质耐火砖和硅钙板（也有用硅酸铝纤维板的），炉顶采用预制块吊挂，炉墙采用浇注料整体浇注。在使用过程中发现，由于高温浇注料的抗热震型较差，经常出现由于浇注料开裂而引起跑火现象，炉顶预制块碎裂掉落也时有发生。

2.2料坯跑偏

步进梁式加热炉料坯跑偏，是指料坯在步进梁加热炉内从输入辊道运行至出辊道时与理想工作位置的偏差。理想的工作状况是料坯的上述运行过程在加热炉长度和宽度方向上都不应有偏移。若料坯在长度方向上跑偏会造成炉墙擦伤，严重时会刮伤侧墙保温层，料坯相互碰撞造成划伤，影响工件质量；宽度方向的跑偏会造成无法将料坯两端都放在出料辊道上，从而导致出料故障，造成无法出坯。

2.3水梁黑印

在步进梁式加热炉内，料坯升温缓慢，与水梁上的垫块接触时间长，尤其是为了保证梁的高温强度而中间通冷水冷却，造成梁表面温度比炉温低很多，与梁接触的料坯部位温度比其它部位低20～30℃，导致料坯与垫块的接触处不能被很好地加热，形成黑印，影响钢坯轧制，对锻造极为不利。特别是400系不锈钢，高温时强度非常低，钢坯受自重力的影响，与水梁接触的部位易形成压痕，造成钢坯缺陷，影响产品品质。

2.4炉压波动

在步进梁加热炉布置中如果排烟口位置设置不合理、排烟不通畅，都容易引起炉压较大波动。炉压过大，会造成两端炉门烟气溢出，对炉门及附近设备造成损伤，影响设备使用寿命，不利于节能。同时，高温烟气会沿保温层缝隙游走到炉体钢结构并对其造成破坏。炉压过低，会造成炉外冷风吸入炉膛，降低炉温均匀性及加热效率。分析表明，步进梁加热炉在使用过程中出现的这些故障，造成维修时间长、费用高、生成效率低、产品质量下降，有时故障同时出现，严重影响了生产的正常进行。

3步进梁加热炉关键技术先进优化

3.1炉温控制

炉温控制器是炉温控制的核心。仅靠常规PID来控制炉温这个具有大惯性、大滞后的对象，会造成炉温控制系统的超调量大、响应速度慢。为此，提出了采用模糊PID控制策略，一方面通过能量需求分析建立煤气的消耗量与加热炉生产能力之间的基本函数关系，另一方面根据现场操作经验将加热炉生产分为几种典型工况，制定相应的模糊决策规则。在此基础上，建立了炉温模糊控制器。该模糊控制器采用前馈控制结构实现，这样既实现了模糊决策规则对煤气/空气流量控制的作用，又兼顾了PID的控制作用，两者作用的大小依生产情况决定。当生产比较平稳时，炉温模糊控制器的输出基本上没有变化，PID控制起主要作用；当生产变化大时，特别是在炉温发生波动前，模糊控制器会超前于PID起作用，直接作用于煤气/空气的流量改变。这种模糊控制技术起到了提前的修正作用，从而提高炉温控制系统的响应速度。

3.2炉压控制

炉膛压力控制也是一个重要参数，压力过高，烟会大量冒出，使大量热散失，增加损耗；炉压过低会吸入大量冷风，可能引起烧钢。炉温炉压必须控制在一定范围之内。三段式步进梁式加热炉的炉压控制中，炉膛压力主要通过设于排烟管道上的调节阀的开度进行调节，正常时应保持炉膛微正压，以防止外部冷气侵入和过多火焰外逸。

3.3排烟控制

烟气的温度是反应燃烧质量和加热炉安全的重要指标，所以控制排烟温度是必要的。被控量为排烟温度T，以各段空煤气排烟管最高排烟温度为准；控制量为各排烟管的烟气流量调节阀开度，每个烟气调节阀有2路信号（信号类型4-20mA）：①AI—烟气流量阀体反馈②AO—烟气流量调节输出。三段控制时，保持三段最高排烟温度基本相等。排烟温度（每段4点）共12点温度由12个热偶K测量。另外换向阀换向时，对排烟温度的调节暂处于休止状态，换向动作完成后恢复正常调节。

参考文献：

[1]赵排官，张玉宏.浅析步进梁式加热炉[J].中国新技术新产品，2011，24.

[2]刘兴军，李励洁，张伯祥.加热炉的节能控制[J]，2001，9（6）.

[3]汤秀琴，陶军.加热炉燃烧控制系统的改进[J].控制工程，2002，9（5）.