轧钢加热炉过程控制系统与节能降耗

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：