【摘 要】 鋼鐵工業(yè)是國家最重要的材料和基礎(chǔ)工業(yè)，擔負著國民經(jīng)濟高速發(fā)展和國防安全所需鋼鐵材料的生產(chǎn)重任。隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，國家倡導(dǎo)低碳節(jié)能環(huán)保這與我國目前的能源短缺狀況存在巨大的矛盾，已經(jīng)制約了我國現(xiàn)代化的進程，必須降低生產(chǎn)能耗。鋼鐵行業(yè)其能耗在各行業(yè)中首屈一指，占總能耗的20%，而加熱爐的能耗占鋼鐵能耗的25%，本文主要從加熱爐的工藝特點入手，以降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標，對加熱爐控制系統(tǒng)進行分析、研究與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 軋鋼；加熱爐；控制系統(tǒng)研究；降低能耗

引言：

加熱爐作為軋鋼整個生產(chǎn)線中的一個不可或缺的熱力設(shè)備，其控制水平與質(zhì)量在很大程度上都將對鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)量、加熱的質(zhì)量與能源消耗、軋機的使用壽命等造成極大的影響，基于此，對其控制系統(tǒng)實施必要的設(shè)計優(yōu)化，很有必然。而且，鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的重要構(gòu)成部分，直接影響到我國整體經(jīng)濟水平好壞與綜合國力的高低，極大地推動了我國社會經(jīng)濟的增長，但也必須承認鋼鐵產(chǎn)業(yè)是一種高能源消耗與高污染的產(chǎn)業(yè)類型，在一定程度上給我國環(huán)境造成較大污染。為此，減少鋼鐵產(chǎn)業(yè)的能源消耗，減少其污染排放就成為了鋼鐵行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。合理先進的加熱爐自動化控制系統(tǒng)，對提高燃燒效率，節(jié)約能源，保護環(huán)境意義重大

一、加熱爐的技術(shù)特點

1.為保證軋機生產(chǎn)對加熱質(zhì)量的要求，根據(jù)國內(nèi)蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展，本設(shè)計采用新型的蓄熱式燒嘴以及高性能的蓄熱體材料和三通換向閥，來達到爐溫均勻、降低能耗的目的。2.采用蓄熱式燃燒技術(shù)，將空氣、煤氣雙雙預(yù)熱到1000℃以上，使排放煙氣溫度140℃-160℃左右，最大限度地利用煙氣余熱，大幅度降低燃耗。3.采用成熟的雙交叉限幅的燃料燃燒控制系統(tǒng)，精確控制爐內(nèi)溫度，減少鋼坯的氧化與脫碳，確保加熱質(zhì)量。4.采用蓄熱式燃燒技術(shù)后，煙氣成橫向流動，燒嘴成對工作，其中一個燒嘴工作時另一個燒嘴排煙蓄熱，燒嘴布置于爐子兩側(cè)，一側(cè)燒嘴噴出的火焰被對側(cè)燒嘴吸引，這相當于加長了火焰長度，因此爐子寬度方向的溫度十分均勻。5.采用實用、可靠、先進的電控儀控設(shè)備，保證爐子的安全正常生產(chǎn)，實現(xiàn)操作自動化。6.步進梁采用汽化冷卻，采用汽化冷卻技術(shù)可延長水冷梁及立柱的使用壽命，減少鋼坯在加熱爐中產(chǎn)生的黑印，有助于提高鋼坯的加熱質(zhì)量；同時汽化冷卻所產(chǎn)生的蒸汽，可有效地回收和利用，具有顯著的節(jié)能和節(jié)水效益，降低全廠能源消耗。7.加熱爐無論在爐子結(jié)構(gòu)上，還是各種輔助設(shè)施的布局、生產(chǎn)操作及設(shè)備的維護上，充分考慮了人身、設(shè)備與生產(chǎn)的安全，而且在加熱爐設(shè)備和燃燒系統(tǒng)控制的功能方面，都設(shè)計有安全切斷及聲光報警等完善的安全措施。

二、軋鋼加熱爐控制系統(tǒng)的構(gòu)成

（一）控制系統(tǒng)的配置

加熱爐控制系統(tǒng)是加熱爐可靠、安全運行的保障，是加熱爐的控制核心.加熱爐控制系統(tǒng)由計算機、控制柜、傳感器等組成.計算機采用工控專用計算機，控制柜包括主控單元和監(jiān)控單元.主控單元包括西門子S7-400PLC和數(shù)字量輸入輸出模塊，模擬量輸入輸出模塊，高速計數(shù)器模塊等；監(jiān)控單元為西門子TP900觸摸屏。如圖是某工程的軋鋼加熱爐。

（二）硬件選型

控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的中樞“神經(jīng)”，它指揮該加熱系統(tǒng)全自動運行，真正實現(xiàn)無人值守.該加熱爐一經(jīng)調(diào)試點火啟動即可長期自動調(diào)節(jié)運行，保證不間斷連續(xù)運行。為提高整套系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場儀表的選型采用較高性能的產(chǎn)品?？刂乒癫捎昧耸覂?nèi)設(shè)計，遠程IO站采用現(xiàn)場布置。根據(jù)控制工藝的要求，同時為了方便操作，還需要考慮硬件的成本問題.該控制系統(tǒng)的觸摸屏采用西門子TP900系列產(chǎn)品，主控制器選用西門子S7-400系列PLC型號，數(shù)字量輸入模塊SM321，數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸出模塊SM332，高速計數(shù)器模塊FM350。

三、軋鋼加熱爐控制系統(tǒng)的分析

整個自動控制系統(tǒng)可以分為兩個重要的部分，必須對生產(chǎn)流程中的各個技術(shù)數(shù)據(jù)進行控制，即控制生產(chǎn)過程；又要對生產(chǎn)設(shè)備的正常運行進行控制，就是電氣化控制。本文所述軋鋼加熱爐生產(chǎn)過程的控制技術(shù)包括爐溫，煤氣量及壓力。而電氣化實現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備如裝鋼出鋼，步進梁運動等方面的控制過程。

（一）爐內(nèi)壓的調(diào)節(jié)控制措施

在加熱爐中，其爐內(nèi)壓控制效果的好壞，直接關(guān)系到其整體的節(jié)能環(huán)保效果，故為保證爐內(nèi)壓始終處于一個相對較穩(wěn)定的微正壓間，以避免冷空氣的吸入與煙氣的外泄，很有必要，因為，若能對加熱爐爐內(nèi)壓實施合理控制，就可實現(xiàn)對其煤氣燃燒過程中火焰的長度進行調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)對爐溫溫度場的均勻區(qū)域劃分，最終達到爐內(nèi)氣氛有效調(diào)節(jié)的功能。故為實現(xiàn)對加熱爐爐內(nèi)壓的有效控制，可把原先的引風機控制轉(zhuǎn)變成變頻控制，并結(jié)合模糊控制原理，充分發(fā)揮出PLC-400系統(tǒng)本身所具有的PID調(diào)節(jié)作用，于程序運行中對不同運行階段中爐內(nèi)壓要求進行合理設(shè)定，從而確保加熱爐爐體能夠始終處于微正壓的狀態(tài)。

（二）裝鋼機運動方式的自動控制

因該企業(yè)內(nèi)部主要是通過借助煤氣爐的發(fā)射器來產(chǎn)生煤氣的，且其管網(wǎng)的壓力相對來說比較平穩(wěn)，故在該PLC系統(tǒng)中，對其煤氣總管與空氣總管作出了相應(yīng)設(shè)定，在裝鋼機工作時的運動自動控制過程不僅要保證精確地運動，還需要和爐門的運動相配合。在加熱爐開始工作后，傳感器對溫度信號進行采集，然后通過模擬量輸入模塊SM331將采集的信號送入CPU中，主控單元通過運算得出控制量，來控制燃燒器火力的大小。相比于以前的手動控制，自動控制的優(yōu)勢不言而喻，不僅節(jié)省了人力成本，避免了人為因素可能造成的出錯，同時提高了控制精度，也提高了控制效率。自動控制的裝鋼基本運動包括向前和向后，上升和下降。自動運行過程的程序是為爐前定位到裝鋼行程計算，當自動運行開始時，加熱爐自動打開。此時裝鋼機推送坯板送入加熱爐。

四、系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)思想

加熱爐優(yōu)化燃燒的目的，主要是在保證加熱爐各溫度達到工藝要求，并在工藝條件允許的前提下，進行降低燃氣的消耗和減少廢氣的排放。即在完成工藝指標的前提下進行節(jié)能降耗。加熱爐生產(chǎn)必須要求計算機控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性、準確性、和實時監(jiān)控性，而且要求接收及發(fā)送數(shù)據(jù)有一定穩(wěn)定性及準確性，所有設(shè)備的自動化程度要高。加熱爐的優(yōu)化燃燒方案，首先應(yīng)著重系統(tǒng)的可靠性、安全性和實用性，其次考慮系統(tǒng)的先進性及節(jié)能性，并在以上基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價比。

（一）可靠性

系統(tǒng)的安全性和可靠性（即穩(wěn)定性）放在加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計的首位。在硬件設(shè)備方面，加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)中的加熱爐燒爐控制部分相互獨立，需要優(yōu)化燒爐時切入優(yōu)化燃燒系統(tǒng)實現(xiàn)智能燃燒，需要手動控制時可切換至本系統(tǒng)手動燒爐狀態(tài)，也可切出本系統(tǒng)通過原有加熱爐控制系統(tǒng)手動控制，完全不影響原系統(tǒng)正常操作。

（二）預(yù)期技術(shù)指標

1.可降低原氧化燒損率的2%以上；2.爐膛溫度平穩(wěn)控制，能抑制燒爐過程爐膛溫度的大幅波動；3.克服煤氣壓力波動的時間≤25s；4）同等條件下，節(jié)約煤氣約2%～5%。

五、結(jié)束語

總而言之，近年來出現(xiàn)的軋鋼加熱爐將鋼坯加熱到軋制所需溫度的設(shè)備，其在軋鋼廠得到了廣泛使用。對于其自動化控制水平的高低對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量起決定性的作用。加熱爐自動化控制水平的提高，不僅可以節(jié)省人力成本，大大提高生產(chǎn)效率，又可以減少出錯率，提高生產(chǎn)精度，產(chǎn)出質(zhì)量標準更高的產(chǎn)品。本文結(jié)合軋鋼加熱爐運行的特點，以簡單及實用為指導(dǎo)思想，結(jié)合生產(chǎn)過程中的實際情況，設(shè)計控制算法和過程，實現(xiàn)軋鋼加熱爐的自動化控制，給出了生產(chǎn)過程中幾步關(guān)鍵過程的自動控制實現(xiàn)過程，包括過程控制（溫度、燃氣量）及電氣邏輯控制系統(tǒng)（裝鋼機運行）的控制方法，達到了加熱爐生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求，有非常重要的實際意義。同時節(jié)約大量的燃氣，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

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