邯钢连退线退火炉的加热控制

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【摘 要】 对邯钢西区冷轧厂连退线退火炉的加热段进行介绍，分析加热控制的组成和先进技术，说明加热控制功能特点。

【关键词】 退火炉 加热控制

1 引言

邯钢连退线退火炉是由比利时DREVER公司设计，其设计采用分布式数字式控制，具有简易和安全的过程控制、开放式系统、模块化的硬件、便捷的通讯等特点。本文介绍和分析邯钢连退线退火炉的加热控制及特点。退火炉的加热单元是由378个独立的煤气辐射管通过内部燃烧产生的热辐射加热带钢，每个煤气辐射管是由单独的烧嘴控制单元控制。加热控制就是通过有序的控制378个烧嘴控制单元驱动辐射管的燃烧，最终达到不同钢种在加热段的温度要求。

2 加热段介绍

连退线退火炉加热系统分为预热段、加热段和均热段。炉内采用HNx（96%N，4%H）作为保护气。

2.1 预热段

预热段内保护气体与辐射管排出的高温烟气在热交换器内进行热交换后，被预热段循环风机重新送入预热段喷吹到带钢表面，因此带钢在预热段的温度可以通过调节循环风机的转速来改变。一般在预热段带钢温度能够被加热到120℃至150℃。

2.2 加热段和均热段

加热段和均热段采用交错分布在带钢两侧的W型煤气辐射管进行加热，混合煤气在辐射管内燃烧，产生的热量通过w形辐射管传到带钢表面。在炉子传动和操作侧均匀对称的分布有378个辐射管，每个辐射管由1个烧嘴控制器控制。辐射管的烧嘴处具有高温烟气与助燃空气换热的功能，可将助燃空气预热到约550℃。辐射管燃烧系统采用的是“鼓—抽”式燃烧方式，助燃空气经助燃风机提供给辐射管烧嘴，烟气由排烟风机通过辐射管抽出。

3 加热控制系统的组成

3.1 过程控制系统

退火炉控制系统主要由s7—400和人机界面计算机组成。采用PLC编程软件的PCS7模块化编程方法，使用梯形图、语句表及功能块图编制程序实现PID控制算法，从而使控制系统简单、易操作。在现场配备远程I/O从站，用与采集温度、压力、流量、位置等参数，及对烧嘴控制单元、阀门、气缸、电机等进行控制。因为现场设备数量多、控制复杂，控制系统采用了具有大中规模程序容量的CPU417，自带有Profibus—DP主站/从站接口，建立分布式I/O结构，满足大规模的I/O通讯设置。从站选用ET200，在从站中接数字量及模拟量输人输出模块。

3.2 烧嘴控制单元

烧嘴控制单元（BCU）为德国霍科德（Krom Schroder）公司产品，其特点是自带网络地址，可以通过Profibus网络直接与PLC相通讯，接受PLC命令来进行远程工作，也可以通过现场控制按钮进行现场打火燃烧操作。操作画面可以实时监控到烧嘴的燃烧状态，并可对一般故障进行远程复位。烧嘴控制单元包括点火变压器、电动煤气截止阀、火焰检测单元组成。控制单元在接收到PLC的启动命令后，点火变压器开始点火，打开煤气阀，打火时间持续3秒钟，将辐射管内的混合煤气与空气点燃。如果点火成功，火焰检测单元将反馈一个电信号到烧嘴控制单元，并可根据电信号的大小来反映火焰大小。若电信号数值稳定，就会按照程序设定的加热需求保持燃烧。若在打火安全时间内，火焰检测单元没有检测到火焰或低于控制单元设定的火焰反馈的数值就会报错，关闭煤气截止阀，并反馈故障代码。

4 加热控制

4.1 温度控制

带钢在加热段和均热段的退火过程是由安装在每个区中部的热电偶对加热室测量的温度来控制的。温度控制有三种主要的操作模式：

（1）手动模式：由操作者选择加热区域并手动设定加热温度。（2）闭环控制：在闭环控制模式中，依据位于各段末端的高温计对带钢的温度测量对加热室的温度自动设定。（3）自动模式：在加热室中，温度和煤气流量由数学模型根据板带尺寸、线速度和带钢目标温度进行自动计算和设定。在操作者的选择下，可在入口高温计上进行有限的修正。

4.2 燃烧控制

烧嘴采用“鼓—抽”式，助燃空气由助燃风机鼓入烧嘴，烟气由排烟风机通过辐射管抽出。加热段烧嘴根据煤气和助燃空气的供应分成14个独立的控制区域，每一个烧嘴控制区由两个装在每个区域中部的K型热电偶参与温度控制。温度设置由自动操作模式下的数学模型或人工操作模式下的操作员进行给定。在正常情况下，使用两个区域（马达侧和操作侧相对应的区域）的4个热电偶的平均值。当其中一个热电偶发生故障，也不会影响其他热电偶参与温度控制。在每个区域，煤气的需求量通过一个流量控制阀和变频式助燃风机联合控制，以达到最佳空燃比。为了保证燃烧混合物的过氧燃烧，当加热能力需要减少时，首先减少煤气供应量，再减少助燃空气的供应量。当加热能力需要增加时，首先增大供助燃空气量，再增大煤气的供应量。总之，在加热需求改变的过程中，总能保证燃烧空气的流量变化在增加区域负荷时超前于混合煤气，在减少区域负荷时滞后于混合煤气。如果烧嘴点火失败，由独立的控制箱发出信号切断在受影响的烧嘴。报警系统会通知操作者，燃烧控制系统将通过调节助燃风机转速修正空气流量以避免其它烧嘴助燃空气过量。

4.3 安全逻辑控制

控制系统同时具有安全逻辑控制的功能，防止加热炉的过烧（炉子设计在极限温度以下运行）。每个烧嘴控制区都有一个附加热电偶来监视过烧。如果任何一个察觉有过烧现象，该区的煤气流量控制阀和助燃空气风机调节器将减少能量供给来保证温度在规定范围内。加热和均热段控制原理见图1。

5 结语

邯钢连退线退火炉采用完善、高效的控制系统，自2010年10月投产以来，退火炉运行平稳。在工艺生产中，国内同类型退火炉常见的断带和热瓢曲等现象极为少见，充分发挥了加热段带钢受热均匀，加热控制精度高，故障停机率低、操作强度低等特点。