轧钢加热炉过程控制系统与节能降耗
摘要：加热炉过程控制系统（计算机二级系统，简称二级）是轧钢生产过程脱
离“粗放型”管理模式，实现“精细化”管理的必备手段，只有依靠科学有效的过程
控制技术，才能从根本上解决操作人员“凭经验烧钢”所带来的各种质量和成本问题。

深圳市库马克新技术股份有限公司研发了“库马克轧钢加热炉过程优化控制系统”，应用到钢铁企业对轧钢加热炉进行有效的过程控制，解决了这个问题，并应用到某中板厂和厚板厂，对于该厂的精细化管理及节能降耗做出了贡献，取得了
良好的效果。

关键词：轧钢；加热炉；过程控制系统；节能降耗
钢铁需求和产量的快速增长使得钢铁工业的能源消耗越来越大。

近年来，钢
铁工业的能源消费总量已超过能源消费总量的15%以上。

钢铁产品的升级换代和
质量的提高并没有带来节能，反而增加了轧钢过程的能耗。

加热炉一直是轧钢厂
最重要的耗能设备，其能耗约占钢厂总能耗的70%左右。

高耗能国家轧钢加热炉
不仅浪费能源，污染了环境，而且还增加了企业的生产成本，不利于企业的长期
可持续发展，是否这样的改进，降低加热炉的能耗轧钢厂加热炉势在必行。

1加热炉过程控制系统的主要作用
1.1在实现工艺目标中的作用
该炉过程控制系统的主要任务是保证加热炉钢坯能满足工艺要求。

钢坯温度
满足工艺指标要求。

主要分为两种：一是坯料的温度和均匀性；另一种是钢坯表
面的脱碳强度。

对于第一类技术可以监测目标，“钢坯温度，钢坯温度的核心和表面之间的差异”和“钢坯温度时间”来实现。

第二类的过程目标，因为网上的难度
（直接或间接）检测，从控制的角度出发，仅是为了尽可能的减少，减少钢坯脱碳，高温度和加热时间，特别是在氧化气氛中高温钢坯炉气的“持续时间”。

毕竟，实现过程目标都离不开计算机二级加热炉过程控制系统，利用加热炉过程控制系统，可以有效地提高钢坯加热过程的命中率，从而间接影响产品”目标的命中率，其经济效益在行业内已取得的共识。

具体数量取决于目前的生产管理水平。

1.2在降低加热生产消耗中的作用
加热炉过程控制系统的另一个重要作用是降低钢坯加热的加热消耗。

降低生
产成本的前提是保证钢坯温度达到工艺目标。

在加热炉的生产能力不能完全满足
轧钢系统的要求，利用加热炉过程控制系统的首要任务是确保生产需求，天然气
消费量并不一定比没有加热炉控制系统减少工艺优化。

但是，如果炉子的容量满
足轧机的最大容量要求，钢坯加热的加热时间将减少，钢坯加热的气体将大大减
少间接。

至于“烧钱时间”的减少，取决于现有的管理水平。

在没有加热炉过程控
制系统的情况下，操作人员不能准确掌握钢坯的温度状态，因此不能真正了解实
际钢坯过烧时间。

通过工艺优化控制系统，操作员可以至少直接监测钢坯的温度
变化过程，这是可能的，以减少不必要的加热时间的钢坯。

2加热炉节能降耗技术在加热炉上的具体应用
2.1将节能降耗技术应用在生产工艺上
坯料的热送热装工艺具有非常大的潜在经济效益，这一点在加热炉的实际生
产以及应用中得到充分的证明。

针对不同热装温度的钢坯，需要采用与这些不同
的钢坯相适应的加热工艺，这项措施能够充分体现坯料热装所带来的效能，即节
约能源、增加产量以及降低能耗。

因为连铸坯的热装温度一般较高，那么在对其
进行加热时，可以忽略由于加热速度而引起的热应力对铸坯的作用。

在对热装连
铸坯进行加热时，需要采取不同于加热冷装连铸坯的加热工艺，出台连铸坯热装
的加热工艺制度；将预热段、加热段的温度控制在适宜的较低的范围内，或者可
以直接将装料端低温段的部分烧嘴关闭，开展高温加热段、均热段两段加热制度。

2.2改进操作技术
充分开发和应用烟气余热双蓄热式加热炉蓄热的装置为：空气烧嘴以及高炉
煤气烧嘴前的蓄热室。

基本原理为：依托换向系统促使烟气流经蓄热室里的蓄热体，烟气流量大小的控制是依靠排烟机前的排烟流量阀实现的，从而实现对蓄热
室温度的控制。

当烟气将热量传导给蓄热室里的蓄热体后，经过换向燃烧，对流
经蓄热体的空气与高炉煤气进行预热，使温度上升到一个较高的水平，从而提高
了高炉煤气的发热量。

合理控制炉膛压力节能降耗的另一有效措施为将炉膛的压
力控制在一定范围内，这能够降低出炉口以及入炉口喷火导致的热量损耗。

在这
方面要确保炉体密闭性，尽最大可能将炉压控制在微正压或者30Pa上下。

当不
出钢时，要及时关上炉门，避免炉气溢出以及冷空气的进入。

2.3有条件的自动控制
任何控制系统设计都是针对某种或某些特定干扰来制定的，自动控制应在这
些特定干扰发生时能起到较好的作用，但当其他干扰发生或干扰克服不完全，仅
靠PID闭环反馈起作用时，自动控制就显得缓慢且无力。

一般，在轧制节奏平稳、钢坯品种规格稳定时，采用最基本的串级比值控制
方法即可满足控制质量要求。

控制回路一方面按比例稳定调节煤气和空气的流量，另一方面对温度偏差进行细微的调整。

它起到了比手动操作更为精细的调节作用。

当轧制节奏波动频繁时，虽可采用生产率前馈的策略来克服，但由于前馈模型不
可能十分精确，每次补偿都会有些剩余干扰而造成温度的波动，且从一个稳态到
另一个稳态一般至少需30～50 min。

如果轧制节奏波动周期小于这一时间，则必
将使炉温对象失去稳态和控制质量的下降。

品种多且批量小是对燃烧自动提出的更大挑战，不同品种的加热制度使炉温
设定值相应变化。

由于缺乏针对品种变化干扰的控制手段，故仅靠温度闭环反馈
控制调整会导致温度响应速度较慢。

例如，钢种I要求出钢温度960e，相邻钢种
II要求出钢温度1060e，此时炉温设定值相差较大，则很难获得理想的控制质量。

2.4自动控制系统的设置
轧钢加热炉自动控制系统主要由两部分组成，即换向控制和燃烧控制系统。

有效的自动控制系统完成对加热炉现场数据的采集和处理，输出控制和报警功能
可以控制设备的工作状态，对设备进行燃烧和换向的手动和自动功能。

变速控制
系统包括换向控制原理、燃气快速燃烧安全控制和气动报警系统、燃烧控制系统、燃烧控制原理、数据处理与显示、蒸发冷却自动控制等。

采用加热炉自动控制系统，有效地减少了炉内热量的损失，有效地控制了加热炉和蓄热室的温度；
2.5加热炉装炉技术的改善
该技术从上世纪60年代中期，不定形耐火材料现场捣的原始施工方法，浇水和预制吊装，提高炉壁的气密性，延长炉衬使用寿命。

近年来，加热炉热装技术，提高连铸坯质量，连铸机和加热炉有效，轧机和连铸机的生产节奏的协调提高，
连铸机分离问题和排气热损失问题在一定程度上提高；
2.6 有操作者干预的加热炉燃烧系统自动
如果将加热炉燃烧系统自动理解成是无人操作，那么这个观点是完全错误的。

无人值守的自动需要更全面的实时和专家信息支持，目前的技术水平无法做到。

因此，由于经验知识不完整，自动控制在一些特殊情况下则需操作者的手动干预：
鉴于一些制约因素的影响会出现自动控制效果差的情况，一些操作者就断然认为
自动不好用，这种认识是不全面的。

自动系统在另一些情况下会稳定运行，实现
手动无法做到的精细调整。

因此，要引导操作者熟悉自动操作，了解自动效果，
掌握自动控制什么情况下有效，什么情况下会效果变差，对自动控制做到心中有数，最终形成大多数时间坚持自动，必要时少量手动干预的操作习惯。

3结论
本系统应用在某厚板和中板轧钢加热炉过程的优化控制上，不仅为该厂精细
化管理、提高产品质量做出了贡献，确保所有钢坯的出钢温度满足轧制温度要求，最大限度地降低钢坯加热过程中的碳流失，也为该厂节省钢坯加热煤气用量和减
少钢坯氧化烧损量下降做出了贡献。

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