浅谈提高加热炉温度控制精度方法

浅谈提高加热炉温度控制精度方法
摘要：俗话说的好“钢坯烧好轧出来条形就很棒”，可见加热炉的加热生产
工艺对轧制工艺的影响是很大的，为了确保轧制成品的质量，一定要对加热炉生
产工艺重视，加热炉生产工艺主要是对炉内温度的控制，通过每一段加热进行控制，确保钢坯达到生产工艺要求。

本文主要讲述了加热炉温度控制精度的提升，
同时也分享了本人作为主管加热炉的热能工程师在精度提升攻关中的一些创新与
改进，请同行多多指导和交流。

关键词：加热炉，温度控制，精度提升
1前言
本轧钢厂大棒生产线于2006年开始基建，引入了一套步进式加热炉，随着
钢坯产品的畅销，订单的增加较多，先后又进行了两套步进式加热炉的新建，形
成了三套加热炉系统规模，确保了轧线的供坯充足，降低了钢坯加热等温时间，
提升了生产线的轧制效率。

加热炉生产工艺的执行主要在于加热炉各段温度的控制，确保钢坯的元素扩散，确保钢坯温度各段达标，同时也需要考虑到能源消耗，优化能源配置，对能源进行更好的利用，对加热炉温度控制模型进行了修改，现
在改为双交叉温度控制模型，在传统PID控制状态下，引入了模糊控制原理，对
加热炉温控模型进行了提升。

2加热炉精度提升
加热炉温度控制模型主要涉及到以下几个部分：反馈环节的准确、反馈环节
的多物理量分析、执行机构的反应度与执行度。

这些是我们能去攻关的，也是能
够通过做工作来进行控制的。

整个加热模型的最终控制点为达到操作人员设置的
温度。

反馈环节的准确是建立在检测仪表的精度上，反馈环节的多物理量分析是
建立在对排烟内相关成分的检测上，执行机构的反应度与执行度是建立在机械设
备的执行顺畅和电气准确控制上。

为此根据以上几点，完成了加热炉精度提升具
体方案：（1）提高温度检测准确性，通过对加热炉烧嘴分布和采样点分布的研
究，确定较为合理的温度采样点，确保加热炉对应段温度检测的准确性和代表性。

（2）引入残氧分析仪，使用残氧分析仪对排烟废弃内的氧含量进行分析，参与
到温度控制环节中。

（3）引入热值分析仪，煤气的热值是加热炉燃烧控制环节
中一个重要的参数指标，利用热值分析仪在线测量的热值数据参与到温度控制环
节中。

（4）对加热炉换向阀、流量调节阀等进行测试，完成机械执行机构功能
性测试，对阀板卡顿进行处理，提高阀体的响应度。

3加热炉温控提升改进
3.1温度反馈环节精度提升，重新布置各段温度取样点，对温度检测点数量
进行增加
结合三台加热炉烧嘴位置、空气流量、煤气流量利用Fluent流体计算软件
对三台加热炉炉内的温度场、流场和压力场进行相关模拟，根据模拟结果重新定
义预热段、加一段、加二段和均热段，并对各段合理选取温度代表点，利用年修
期间，对原有温度检测热电偶孔洞进行封堵，重新按照温度代表点对加热炉进行
穿孔并按照热电偶，通过重新布置各段温度取样点，提高了温度反馈环节的精度。

同时防止检测温度的热电偶发生故障后，造成反馈环节数据的错误，会引发控制
系统的错误控制，在原有炉墙两侧各装一个温度检测的基础上，在炉顶新增温度
检测点，作为数据对比，不参与到温度控制中，当炉墙两侧数据偏差较大时，可
以参考炉顶温度判断确定是哪一侧炉墙温度检测有问题，通过屏蔽按钮把错误数
据进行屏蔽，确保了温度反馈环节的准确性。

3.2换向阀、调节阀压缩空气、固定结构等相关改造
加热炉的换向阀、调节阀都是使用压缩空气作为动力，在实际使用过程中发
现存在以下问题，造成了温度控制相关的执行机构执行不到位，换向阀阀无法进
行换向，调节阀无法根据开度进行调整。

问题如下：（1）压缩空气气压波动较大，导致气阀有时候达不到控制要求，造成间接性控制失效。

（2）压缩空气内
存在杂质较多，容易对气阀、阀门定位器造成阻塞，使得控制失效。

（3）压缩
空气管路较为复杂，有些气路从平台内部铺设，一旦气路受到外部影响后泄漏，
终端压力达不到控制要求，无法进行处理。

（4）换向阀换向过程中，气缸连杆
固定端振动较大，现场换向较为频繁，连杆容易脱落导致无法换向。

（5）调节
阀控制的阀板由于管路内杂质很容易造成卡死，造成流量调节无法进行。

对现场
实际情况进行查看后，制定了如下改进方案：（1）在加热炉旁建立气包，用于
压缩空气保压用，同时增加压缩空气压力检测，实时对压缩空气的压力进行检测，一旦低于设定数据就在人机交互画面HMI上进行报警，提醒操作人员进行及时处理，提高现场阀的正常动作，提高了温度控制的可控性。

（2）压缩空气中杂质
较多，直接造成了阀体堵塞，无法进行动作，只能对气阀进行更换，现在在一级
过滤的基础上对各路支管再增加二级过滤，并在每一个阀门定位器前安装好前置
滤芯，改进后，效果较好，阀体堵塞情况大幅度降低，提高了现场阀的正常动作，提高了温度控制的可控性。

（3）对压缩空气管路进行了精简，对走向不明的支
路舍弃不用，对这些管路重新进行铺设，对弃用的管路进行标注，同时把手阀设
置为常闭并做好标牌，压缩空气管路精简后，制作压缩空气管路走向图，在图上
标记好手阀、控制阀等，并对其所在位置进行详细记录，在有人把手阀误关后可
以通过该图快速查找到，同时当压缩空气管路出现问题时，能够快速对故障进行
排查，确保了现场阀的正常动作，提高了温度控制的可控性。

（4）换向过程中
确实存在上升下降时震动较大的问题，为了防止连杆处发生脱落，现在在原有固
定的基础上再增加锁扣装置，增加后连杆连接处较为牢固，不会再发生脱落情况。

（5）利用年修时间，对管路内杂质进行清理，通过杂质清理，现在阀体不会再
发生卡死现象。

3.3温度控制模型的改进
原有的温度控制方式使用的是PID控制方式，使用比例、积分、微分来对调
节的快速响应、系统延时、系统震荡进行调整，但是在实际使用过程中发现该加
热模型没有考虑到其他更多的因素，导致了其他物理量发生波动时，系统对该因
素进行了无差别调整，不会对这些物理量的波动进行响应，直到这些物理量已经
影响到了温度的数据，此时系统才会进行调整，这样造成了温度控制的波动较大。

现在使用双交叉控制模型，并引入了模糊控制原理，现场增加设置了残氧仪、热
值仪等，对排烟气体内的氧气和热量进行检测，把这样数据加入到温度控制模型中，形成了一个较为完善的温控系统，当这些检测的物理量发生变化时，温度控
制系统能够快速进行反应，对温度控制给定进行及时调整，确保加热炉各段温度
控制的快速反应和控制精度。

投入使用后，不仅控制较好，还节约了较多的能源，提高了经济效益。

4结束语
加热炉的温度控制直接影响着加热炉加热生产工艺的执行，需要确保其控制
的有效性和精度性，在这方面我们做了大量的工作，对现场进行相关的改进，对
温度反馈环节精度提升，重新布置各段温度取样点，对温度检测点数量进行增加，用于温度测量数据的参考比对，换向阀、调节阀压缩空气、固定结构等相关改造，温度控制模型的改进，提高加热炉温度控制精度，确保了加热炉生产工艺的执行。

5参考文献
（1）杨帆，李朝祥，郭威. 连续推钢式轧钢加热炉的数值模拟[J]. 工业加热，2005
（2）李朝祥，宋俊杨，袁仙祥. 大型轧钢加热炉炉膛压力分布的模拟分析[J]. 冶金能源，2017
（3）郑志伟. 基于FLUENT的加热炉模拟与优化[D]. 青岛：中国石油大学，2010。