冶金企业加热炉炉温控制的机械故障与改进措施

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机械加工与应用
冶金企业加热炉炉温控制的机械故障与改进措施
尹宏瑛，杨学友，贠海坤
（河北津西钢铁集团股份有限公司，河北 唐山 063000）
摘 要：
加热炉是轧钢生产线上的重要设备之一,也是钢铁工业中的耗能大户,因此提高加热炉的加热效率,降低能耗,对整个钢铁工业的节能具有重要的意义。

本文介绍了冶金热轧加热炉的主要结构特点与热工控制系统分析，同时阐述了影响加热炉炉温控制的机械故障及应对措施，还提出了炉温数字控制系统改进方向。

对提升加热炉温度控制精度和稳定性提出了诸多值得借鉴的技术要点。

关键词：
加热炉；炉温；机械故障；控制改进中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）02-0086-2收稿日期：
2020-01作者简介：尹宏瑛，男，生于1987年，汉族，河北唐山人，本科，中级工程师，研究方向：建筑工程。

加热炉在钢铁冶金企业的轧钢产线中具有十分重要的突出
作用。

受加热炉工艺因素影响，加热炉也是轧钢产线主要的耗能设备，其工艺特点也决定了其具有非线性、大惯性等特点。

因此加热炉的炉温控制是热轧加热炉工艺的核心，其不仅关系到产品轧制的质量和产量，同时也关系到加热炉装备的能耗和使用寿命。

热连轧产线加热炉的热量来源主要源于钢铁企业的副产煤气，加热炉的炉温控制直接受来源煤气的压力、流量和热值的影响。

因此研究加热炉炉温控制因素十分必要。

1 冶金热轧加热炉的主要结构特点与热工控制系统分析
本文所涉及的有两座辊底式加热炉并且仅靠在铸机和轧机之间，津西钢铁的1880产线也称为短流程产线。

两座辊底式加热炉分别称为A 线和B 线。

炉子的热工控制由PLC 完成全自动化控制。

A 线和B 线两座加热炉均为直通式辊底式炉，并设有横移车和诸多炉辊。

津西钢铁冶金热轧加热炉的结构特点为：炉体采用直通式结构，为了能够满足紧急事故的处理，炉体的炉顶设置为可拆卸结构；加热炉炉体的钢结构采用分块组装，炉体的炉顶和侧墙上部采用的是耐火纤维，这样便会使炉子具有惰性小，能够具备灵活控制炉温等特点；加热炉的炉底采用斜仓式结构；多个高速烧嘴分布于炉体两侧板坯的上部，上加热，下排烟。

加热炉结构如图所示。

图1 加热炉结构示意图
1880产线冶金热轧加热炉的热工控制采用分段控制炉内温度，燃料设计为混合煤气。

其热工控制系统主要包含：自动的炉温控制；热轧板坯的出炉温度控制；煤气流量与燃比控制；煤气
热值和压力的波动检测和修正；热交换和其他辅助系统的控制。

2 影响加热炉炉温控制的机械故障
2.1 煤气调节阀故障
加热炉煤气管道及调节阀直接控制加热炉的煤气压力及流
量，其对加热炉炉温的控制十分关键。

为此快速准确判断和解决煤气管路调节阀的机械故障十分重要。

煤气调节阀的机械故障主要表现为：①执行机构行程不准确，该故障表现为煤气压力和流量调节不准，特别是全关和全开状态煤气流量和压力的实际值与设计值相差较大。

处理该故障需要在阀门投入使用前确定好机械式角度定位，通过定位发现故障位置并及时接触，如果该阀门再投入使用前没有做好角度定位，则需要在有管道停运机会的时候，打开人孔重新对阀门角度进行定位；②阀门轴承损坏，大多数调节阀是通过齿轮传动、蜗轮蜗杆传动来完成阀门的调节功能的。

阀门蜗杆两侧一般是由滚动轴承支撑的，往往受外部因素影响会产生轴承润滑不良问题的产生，由于调节阀行程机构蜗杆经常转动，因此其支承轴承极易发生损坏进而影响蜗轮蜗杆的正常传动，此外轴承本身质量因素也会引起该故障现象的发生。

解决该故障最为直接有效的手段就是及时更换轴承并做好润滑保养；③涡轮磨损，大多数蜗轮蜗杆机构受蜗轮蜗杆加工工艺影响，一般将涡轮选用材质较软的金属材料进行制造，为此一旦发生机械机构传动故障，多半表现为涡轮的磨损和实效。

解决该故障则需要拆解蜗轮蜗杆传动机构，重新加工修复涡轮或者更换备件；④阀板腐蚀及内漏，钢铁企业加热炉使用的煤气均为企业本身的副产煤气，受到煤气净化工艺的影响，加热炉在实际使用中的煤气往往会伴随腐蚀性杂质的带入，加之阀板本体质量问题，往往便会造成阀板腐蚀和内漏的产生。

解决该故障则需要重新更换阀体并做好来源煤气的净化或排渣处理。

2.2 
加热炉煤气管路及烧嘴故障
图2 加热炉控制系统
加热炉由多个高速烧嘴分布于炉体两侧板坯的上部，直接
燃烧煤气给加热炉加热，因此一旦发生煤气管路及烧嘴故障会
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直接影响炉体的温度控制。

加热炉煤气管路及烧嘴故障主要表现为管路或烧嘴堵塞，造成该故障的直接原因便是来源煤气杂质较多或来源煤气没有及时排渣引起的，解决该故障需要通过高温熔渣排除管内及烧嘴杂质，严重堵塞则需要重新更换新管路和烧嘴，此外在来源管道增加排渣装置也十分必要。

加热炉炉温及烧嘴控制系统如图所示。

3 炉温数字控制系统改进
加热炉的热量主要是通过辐射传递，因此加热炉具有较大时间常数和滞后时间，为此加热炉温度控制属多容量被控对象。

对加热炉进行扰动分析不难得出影响温度控制的扰动因素主要包括:煤气压力、流量、热值、空气质量以及烧嘴阻力等。

上述扰动因素一部分可控、一部分不可控，因此为了改进加热炉的炉温控制，则需要将可控干扰设置为控制回路组成串级系统，对不可控干扰则需要引入补偿修补设置。

此外，为了最大限度提高加热炉的热效率，并且抑制管路或烧嘴堵塞等不可控扰动因素，则需要引入加热炉支路平衡控制来保证加热炉各支路出口温度偏差的最小化。

其实质就是通过利用动态模型通过预测控制算法操纵一组独立变量，并引入干扰变量来实现前馈控制并消除干扰影响。

4 结语
加热炉在钢铁企业热连轧产线中的作用十分关键，炉温控制是加热炉一项特别重要的指标，做好炉温控制需要加热炉诸多方面进行改进和提高，其中热工控制系统较为关键。

影响冶金热轧加热炉的炉温控制因素较多，其中影响加热炉炉温控制的机械故障因素属较为重要因素。

这就要求在总结机械故障特点和应对措施的同时，还需要注重预防性维护保养措施，避免故障的发生或扩大。

此外利用动态模型通过预测控制算法改进炉温控制系统同样十分重要。

参考文献
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（上接85页）
4 控制测量在地形测绘中的应用方式
4.1 区域网络的控制和设定
在实际应用控制测量的时候，也需要工作人员加强对局域控制网和高程控制网的系统划分，这样才能够有效保证其测绘结果的准确性。

通常情况下，区域控制网主要是加强对国家控制网的有效控制，并在此基础上进行坐标的系统建立。

而对于一些地形较为复杂，且面积又较为广阔的区域来讲，就需要工作人员充分考虑到地球曲率的影响，并对其进行合理的把控。

在此基础上，如果要加强其特殊需求，则需要工作人员从优化测量工具和具体实施方案等方面进行有效的思考，进而才能够设计出最佳的测绘方案，保证其最终的测绘结果能够最大程度的还原地貌特征。

4.2 决定测量的方式
在实际进行地形测绘的过程当中，需要通过控制测量的有效应用才能够完成既定的目标。

一般情况下，在测绘的过程当中，需要用到三边测量法以及三角测绘法等多种测绘的方式，才能够准确的测绘当地的地形情况。

其主要的测绘目的就是通过对平面控制网进行系统的建立，寻求每一个坐标点的角度与坐标点之间都能够进行有效的融合，这样才能够保证在一些隐秘的地区也可以被有效的测量到[2]。

当遇到一些地貌比较复杂，且地形也较为复杂的地区时，就可以通过建立高程坐标点和关键点进行有效地技术融合，再根据联系各边的边长进行有效的测绘，这样也可以对其数据结果进行有效的结算。

4.3 具体化的测量举措
在进行地形测绘的过程中，关于对地形测绘中的测量问题，首先应从应用水平层面，对测绘技术和水平进行研究。

同时，也需要从以下几个层面展开进行分析，分别为：
其一是，测绘人员应根据地质测绘的具体要求，对控制测量的具体操作行为进行规范，并将其的专业优势进行充分发挥，以此对地形测绘的专业性进行保证。

并在此基础上，对控制测量在专业化的应用层面进行提升。

其二是，对地形测绘中可以控制测量的理论知识进行研究，并在实践层面对其进行应用分析，进而使控制测量的应用水平在研究成果的支持下得以不断攀升，并在这一基础上，给予地形测绘的发展以更加广泛层面的支持。

其三是，应从理论与实践两个层面，持续化的对在地形测绘的应用层面中控制测量的经验进行积累，并对测量水平进行提升。

而且，还应对地形测绘层面有可能会产生的问题，采取一定的措施进行有效应对，以此确保测量应用具有较强的有效性。

例如，有一个1km×1km的测区，测区内含有2个国家高程控制点，首先可以在测绘前进行测量技术设计，并对测量数据进行完善，同时还应到现场去对数据进行采集，接下来对地形图进行内业会整，然后控制地形图的质量，对地形图进行分幅，最后对地形图报告进行完善。

5 总结
在实际的地形测绘过程中，需要不断的加强对控制测量的有效应用，这样才能够保证其定位信息的准确性，也能够有效地加强地形测绘项目的有效发展。

对此，在未来的发展过程当中，需要有效的提高相应的技术，才能够不断推动测绘项目的持续发展，进而为我国勘测工程的稳步前行提供不竭的动力。

参考文献
[1] 高程明.控制测量在地形测绘中的重要性[J].智能城市,2019,5(18):74-75.
[2] 刘敬荣.控制测量在地形测绘中的重要性[J].居舍,2019(20):187.
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