脉冲燃烧控制用于板坯加热炉的探讨
脉冲燃烧技术在莱钢大H型加热炉上的研究与应用
脉冲燃烧控制原理及其在燃气回转加热炉上的应用
因此 ， 燃烧系统的脉 冲控制方式可以使得加热 炉 的控 制 和操作 变得 更加 容 易 ， 更加 灵 活 ， 节 比例 调 更大 ， 温度均匀性更好 。采用合适的 ＰＤ控制算法 ， Ｉ 可以使得温度调节器的控制精度更高。因此选择燃 烧控制方式得当， 在节能降耗上具有重要 意义 。正 是基于以上优点 ， 冲燃烧控 制系统是 当今加热炉 脉
脉冲调制的基本原理 ， 为传统 的 ＰＤ调节控 仍 Ｉ
制。假定燃烧系统包含 了 Ｎ个加热 区域 ， 每个加热
・
５ ・ ６
中 国
钼
业
２１ ０ １年 ６月
手 动
给 Ｐ Ｃ。如 果在 燃 烧 过程 中火 焰 熄 灭 ， 烧 嘴控 制 Ｌ 则 器发 出点 火指 令给 点 火 变 压 器 ， 火 变 压器 尝试 一 点 定 次数 （ ３次 ） 行 点 火 ， 果 点 火 失 败 ， 自动 如 进 如 则
匀的弊端 （ 当烧 嘴气 流速度较低 ， 很难 形成均匀 的
脉冲燃烧控制系统 的基本控 制架 构如 图 １ 所 示 。整个 系统 为一 闭环 控制 系统 ， 控对象 为烧 嘴 ， 被
温度场 ） 。而采用脉 冲控制方式 ， 不仅能形成 均匀
的温度场 ， 而且大大提高 了加热炉温度控制 的准确 性与灵敏性 。同时离散化的脉冲控制方法还简化 了
没定
锁闭燃气 电磁 阀， 并发 出故 障报警 信 号给 上位 机
Ｐ Ｃ。故 障 的复位 一般 是 通过 对 烧 嘴 控制 器 重 新 上 Ｌ
图 １ 脉冲控 制系统 的基本控制架构
区域 又包 含 了 Ｎ 个 燃烧 器 ， 制 系 统 （ Ｌ ｉ 控 Ｐ Ｃ或 者 温
脉冲燃烧技术在步进加热炉中的应用
１ ． １ 脉冲燃烧技术控制的原理 近年来 ，在轧钢加热炉上采用脉冲燃烧技术
改善 了炉 内火焰 温度 分布 ，进而改 善 了炉 膛 内的
煤气供热时有时无 ，造成对管网压力的冲击 ，以 及炉子的断续供热造成的炉压等问题 ，采用对各 个烧嘴 的开 闭时 间及其开 关顺 序进行 控制 。脉 冲
冶 金 能
源
Ｖ０ １ ． ３ ２ Ｎｏ ． ４
ＥＮ Ｅ ＲＧＹ Ｆ ＯＲ ＭＥ Ｔ Ａ Ｌ Ｌ ＵＲ ＧＩ Ｃ ＡＬ Ｉ ＮＤ ＵＳ ｒ Ｒ Ｙ
Ｊ ｕ ｌ ｙ ． ２ ０ １ ３
脉 冲燃 烧 技术 在 步 进 加 热炉 中的应 用
赵 钰
（ 山西 太钢 工程技术 有 限公 司）
１ 脉 冲燃烧 技术
嘴前 的空 气 、煤 气 管道上 配备 有 电磁 阀及空 煤气 比例控制 设备 ，可 以有效 地保证 每个 烧嘴 的最佳 空燃 比 ，从而保 证烧 嘴最 佳燃烧 状 态 ，这就 保证 了不 同热 负荷 时炉 温的均 匀性 。
为了避免采 用 这 种 方 式供 热 时 ，由于 空 气 、
燃烧控 制采用 间断 燃烧 的方式 ，使 用脉宽调 制技 术 ，通过 调节 燃 烧 时 间 的 占空 比 （ 通 断 比 ）来 实现加热 炉 的温度控 制 。这个 系统 并不调节 某个 区域 内燃 料输 人 的大小 ，而是 调节 在给定 区域 内
温度分布 ，有利于钢坯的均匀加热。 早在 ２ ０世纪 ６ ０年代 ，为了满足 加热及 热 处 理工艺对温度均匀性的严格要求 （ ≤± ５ 。 ， 甚至
目前钢 铁行业 高端 产 品对炉 内温 度场 的均匀 性要求 较高 。特 别是 在适应 对不 同品种 、不 同温 度钢种 加 热 时 ，燃 烧 气 氛 的稳 定 可 控 性 要 求 较
脉冲控制技术在加热炉控制系统中的实现
李菊 芝
赵 鲜
苗为钰
帅
赵
２ １０ ） ７１ ４
（ 东莱钢 自动化部 山 ，山东 莱芜
２ １０ ； 东莱铜型 钢厂 山东 莱芜 ７ １４ 山 ，
摘
要 ：针对 传 统 ＰＤ控制 在温度 控制 回路 中不 能适应 所有 加热 炉 工况 的局 限性 ， 用 模糊 控 制 原理 ， 莱钢 大 Ｈ型 钢 数字 化 加 热 Ｉ 应 对
炉 的温度控 制器 调节 参数进 行动 态整定 ， 将计 算 机 堆栈 技 术 应用 于脉 冲燃 烧 控 制 ， 并 实现 了煤 气 、 气 、 热炉 等 压 力 的 自动调 节 。 空 加 实际运行 状况 表 明 ， 应用 了脉 冲燃烧 控制 和 ＰＤ参数 模糊 化 整定技 术 的数字 化加热 炉 ， 燃 料损 耗 、 热质 量 、 温控 制 、 Ｉ 在 加 炉 钢坯 热烧 损
控 制等 方面取 得 了 良好 的效 果 。
关键词 ：加热 炉
数字化 技 术
燃烧
脉冲控 制 差压 调节
中图分 类号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ７
文献 标 志码 ：Ａ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｎｏｍａｌ ｒｄｉｏ ａ Ｄ ｃ ｎｒ ｌ ｓｎ ｔｓ ｉａ ｅｆｒａｌｏ ｈ ｐ ｒｔｎ ｔｔｓｏ ｅ ｔｎ ｕ ｎ ｃ ｓ ｔａ ｔ ｒ ｌ ｙ，ｔａ ｔ ｎ ｌＰＩ ｏ ｔｏ ｏ ｕｔｂｌ ｏ ｌ ｆｔｅｏ ｅ ａｉｇｓａｕ ｆｈ ａｉ ｇｆｒ ａ ｅ ．Ａｉ ｎ ｔｔｅ ｌ ｔｔｏ ｉ ｉ ｍｉｇ ａ ｈ ｉ ａ响到成品质量 ， 也决定 了后续 轧机工 作条 件 的
好坏 。以节能降耗和提高加热质量为 目的的加热炉燃
烧控制方法得到 了广泛 的研究 。
自动化控制系统采用的是西 门子公 司生产 的 ｓ—０ ７４０系
板坯加热炉自动燃烧控制系统的开发与实践
板坯加热炉自动燃烧控制系统的开发与实践重钢通过一级、二级分步实现自动烧钢，有效的解决了难题并最终实现了全自动加热。
标签：模糊控制；模型优化；自动燃烧1 重钢板坯加热炉燃烧模式介绍加热炉按燃烧模式分类主要有蓄热燃烧模式、常规燃烧模式两种。
因蓄热式加热炉能较大节约煤气消耗，在国内得到大量推广，近年新建加热炉主要以蓄热式加热炉为主，蓄热式燃烧模式加热炉主要有空气单蓄热、空气煤气双蓄热、空气单蓄热+煤气预热等，重钢热轧薄板厂应用的是空气单蓄热+煤气预热燃烧模式。
蓄热燃烧模式与常规燃烧模式最大区别是蓄热式燃烧模式将燃烧废气（烟气）的热量转化到蓄热体，蓄热体再将热量传递给燃烧介质，从而达到节约煤气消耗的目的；但燃烧过程中排烟状态和燃烧状态，会造成煤气段管的流量波动，炉子两侧温度波动大。
目前国内加热炉自动燃烧燃烧控制系统并没有因为蓄热式加热炉和常规式加热炉燃烧模式的区别进行改进，仍采用PID控制，在国内基本没有蓄热式加热炉实现自动燃烧控制。
2 重钢板坯加热炉全自动烧钢定义（1）一级自动烧钢是指人工输入设定目标温度，控制系统能自动控制煤气和空气阀门开度，实现炉内温度无限接近控制目標。
（2）二级自动烧钢是指模型计算各段实时控制目标温度，使钢坯出炉时计算温度无限接近出炉目标温度。
模型将计算该段所需加热实时温度下达给一级，一级作为段控制目标温度。
（3）同时实现一级、二级自动烧钢称为全自动烧钢。
3 技术方案和实施3.1 一级方案采用模糊控制与流量PID相结合的方式，实现一级自动烧钢。
重钢热轧薄板厂的加热炉为蓄热式加热炉，采用流量PID进行控制，由于在燃烧换向时温度、煤气流量会产生波动，不易实现自动，因此攻关时，煤气调节阀使用模糊控制，空气调节阀采用模糊控制与流量PID相结合的方式，实现一级自动烧钢。
当煤气阀门开口度低于特定值时，空气阀门采用模糊控制，反之则采用流量PID 控制。
模糊控制技术的原理在于模拟人工操作思想，即实现当实测温度低于/高于设定温度时增加/减小煤气阀和空气阀开度。
脉冲燃烧在板坯加热炉上的应用
捶量 ： ： ！
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而脉冲调 节是通过控 制烧嘴 的燃烧 时间， 来调 节供 入 炉膛 的煤气 量 ，实现 炉膛温度 的控 制，在 该种调节 方 式下，烧嘴工作状态只有两种［：一是在设定的最佳状态
下燃烧 ；二是 烧嘴关 闭，处于熄火状 态 。脉冲调节在对
温度控 制精度要求很高 的热 处理炉上 已得到普遍应用。 我 厂结合 １ 炉的大修改造，采用 了分散换 向空煤 气双预 热 的数 字化脉冲 燃烧 技术 ，保 证 了烧嘴 一直在最佳设计值
随着气体 流动速 度的下降而降低 。
５ ０
维普资讯
带 木 流 技 交
燃烧 ，很好地 解决 了幅度 调节 时因煤气流量 小产生 的炉 温不均匀 问题 ，提高 了加热能力 ，主要 技术特 点如下： （） １ 蓄热燃烧 由于采用 了脉冲控制，即使在 待轧降温 期间， 一个烧 嘴在打开期 间喷 出的燃料量 和空气量 与正 每 常生产状态是相 同的，仅仅是打 开的时间不同，能保证烧 嘴一直在最佳状态下工作， 不存 在火焰 长度受 到常规控 制 下的 ＂ 流量”影响 问题，更有 利于蓄 热体 的长寿命 。 ／ ｂ （）利用蓄热 燃烧的换 向阀作为 实现脉冲燃 烧的控 ２ 制阀，使脉冲 燃烧与蓄热 燃烧 完美地结 合在一起 ，达到 了简化 管路 、减少阀 门、节省投资的 目的 。 （）同集 中换 向相 比，换 向阀离烧 嘴距离近 ，减少 ３ 了蓄 热式 燃烧 因频 繁换 向造成的管路煤气损失 。 （）不需进行 管路改变 ，通 过软件 可实现对 烧嘴进 ４
在 ８ ％左右 ，热装 温度在 ７ ０～ ８ ０℃，加热炉的主要 ３ ０ ０ 技术 参数如表 １ 。
耗 ／大 ． 量母 消 ｍ ・ ｈ
．
３ｏ ５０ ０ …
浅谈无段流量调节脉冲控制加热炉调试要点
2）将空气总管压力调节阀和煤气总管压力调节阀的设定值分别设为8.5 kPa和7.5 kPa，同时将总管压力稳定在上述设定值。3）逐个测量每个脉冲烧嘴前空气、煤气孔板前后压差，通过调节烧嘴前手动阀门的开度，使空气、煤气孔板前后压差稳定在表1中的计算值附近。
（2）数据测试与分析。在加热炉各脉冲烧嘴调平的基础上，分别改变空气、煤气总管的压力，测试各脉冲烧嘴的空燃比及空气过剩系数变化范围，为自动控制提供基础数据。注意，在数据测试过程中，烧嘴前的空气、煤气手动阀门开度需保持不变。1）数据测试。根据本项目特点，空气总管的压力分别设定为7.0、7.5、8.0、8.5、9.1 kPa，煤气总管的压力分别设定为7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 kPa。通过测量烧嘴前空气、煤气孔板的压差，再由公式（1）算出对应的空气、煤气流量。2）数据分析。数据分析的目的主要有两点，一是对前期调平过程的检验，二是将测试的数据提供给自动化控制系统，作为控制的原始数据。数据分析的内容主要包括空燃比和空气过剩系数。本项目燃料为天然气，理论空燃比为10.042，分析结果：①当空气、煤气总管压力波动一致时，烧嘴的空燃比、空气过剩系数基本保持一致；②当空气、煤气总管压力在7.0～9.0 kPa波动时，对应的四个烧嘴的空燃比在9～11.8波动，对应的空气过剩系数在0.9～1.18波动。为分析全炉的数据，可将所有烧嘴的数据进行算术平均。为了便于叙述，此处仍以上述烧嘴为例，分析结果：a通过调整空气、煤气总管压力，可调整全炉的空气过剩系数。b若煤气总管压力设定为7.5 kPa，空气总管压力在7～9 kPa波动时，空气过剩系数在1.00～1.13波动，对应的残氧值波动幅度在0%～2.4%。c若空气、煤气总管压力同时波动时，全炉的空气过剩系数可在0.9～1.16调整。
智能燃烧控制系统在板带加热炉的实践
智能燃烧控制系统在板带加热炉的实践摘要：加热炉智能燃烧控制系统根据入炉坯料信息，通过实时控制炉内燃烧气氛，动态优化加热制度，适应煤气压力频繁波动需要，在满足轧线产量和产品质量的前提下，保证了坯料的加热温度均热性与头尾温差均匀性，实现全自动控制烧钢。
关键词：加热炉炉温设定优化控制龙门钢铁有限责任公司轧钢厂精品板带加热炉由河南某厂承建，并于2018年2月投产，该炉型为空、煤气双预热蓄热式、端进侧出步进加热炉，有效尺寸46m*8.6m，四段燃烧控制，燃料为高炉煤气，坯料规格7900mm*165mm*280/350/410/530mm原电控系统由上海浦马设计制造，该线设计生产能力120万吨。
一、存在问题及原因1.公司在产线布置上由于炼钢2#连铸与板带产能不匹配、轧钢产能大于炼钢，存在冷热坯混装入炉情况，生产节奏变化频繁，目前板带加热炉控制中、以前的PID控制很难适应多变的加热炉工况；2.公司煤气热值范围在3.1-3.8MJ/m3,高炉煤气压力在7-13KPa之间，煤气热值、压力波动大，燃烧温度控制不均匀、加热温度波动大、影响产品质量（三点差）、氧化烧损较高（1.23%）；3.操作人员对不断变化的工况调节不及时、操作精准度不够、使得四段空、煤气量配比（空燃比）不能实时保持在最佳配比，燃料消耗较高，工人劳动强度大，不利于钢坯均匀加热以及出钢温度的稳定控制；二、实施方案1增加加热炉智能化燃烧二级系统：智能燃烧二系统主要用来对加热炉炉温设定值进行优化计算，实现炉温和燃耗量的优化控制。
在满足轧线产量和加热质量的条件下，尽量使坯料出炉温度最准，截面温差最小，氧化烧损最小。
该二级系统实现的主要功能包括：数据通讯、加热炉炉内坯料跟踪、操作画面和炉温优化控制模型(建立坯料数据信息、坯料温度、计算热工模型、炉温设定值管理、延迟策略、轧制温度反馈控制、停炉策略、离线模拟计算模型)等。
该系统报据加热炉一级系统传上来的坯料上料情况和设备运行状态信号跟踪炉内每一块坯料的位置并形成当前炉内坯料的分布图，从而用加热炉热交换数学模型计算炉内每一块坯料的热状态并且根据这些信息计算出最佳的燃烧控制段温度设定值（通过黑匣子测试校证调整）以及最佳的加热炉产量，结合模糊PID参数控制，最终实现加热炉二级系统自动烧钢。
浅谈脉冲燃烧控制技术
评审论文浅谈脉冲燃烧控制技术李青和计量检测中心计控四车间摘要：采用脉冲信号控制烧嘴，使其处于一种间断燃烧的状态，且燃烧时处于满负荷；并通过调节燃烧时间的占空比实现对温度的控制。
这种控制技术称为脉冲燃烧控制技术，它具有温场分布均匀、节约能源、系统结构简洁等优点而被广泛应用于工业炉窑。
关键词：脉冲燃烧控制工作原理点火控制器占空比1前言传统的连续控制方式通过调节天然气与空气流量大小来控制炉温。
由于流量测量精度的不确定性和空燃比不合理等诸多因素的影响，使得炉温控制偏差较大，温场分布不均匀。
这样就直接会影响产品质量。
随着自动控制技术的迅速发展和数字化时代的来临，一种新型的燃烧控制技术应运而生——脉冲燃烧控制技术。
它采用脉冲信号控制烧嘴，使其处于一种间断燃烧的状态，且燃烧时处于满负荷；并通过调节燃烧时间的占空比实现对温度的控制。
这种控制方式具有控制精度高、温场分布均匀、节约能源、系统构造简洁等优点而被广泛应用于工业炉窑当中。
我公司扁平材车间退火炉采用该技术，现以三号炉为例对其原理及优点作简要分析和说明。
2脉冲燃烧控制技术的原理传统的连续控制方式，热电偶检测到的温度以电压值的形式传送给调节器经过PID运算后，输出信号（4-20mA）给电气转换器或电气阀门定位器转换为气压信号控制气动阀门来调节天然气流量以达到控温效果。
而脉冲燃烧控制是通过调节燃烧时间的占空比（加温时，燃烧时间长；反之则燃烧时间短）实现温度控制的。
在这种控制方式下，烧嘴只处于燃烧或者不燃烧两种状态，天然气流量和压力都事先设置为一个最恰当的固定值，空气流量则通过比例阀调节使空燃比达到最佳状态。
这样，烧嘴在燃烧时就始终处于满负荷状态。
以扁平材车间三号退火炉为例，它的温度分为8个区域控制（每个烧嘴对应一个温区）。
每个温区控制原理一样，现以任意一个为例加以说明。
基于以上原理，那么烧嘴的燃烧在生产过程中将是间断的。
所以烧嘴必须配备一个点火控制器来不断的点燃或熄灭烧嘴。
大型双蓄热加热炉脉冲燃烧控制研究与实现
K1，K2，K3，K4为系数；m为空气过剩系数；A为理论空燃比
图4双交叉限幅燃烧控制
改善了加热炉的加热质量，降低了加热炉在宽度方向上两端与中间温度偏差。
项目投入使用前，该双蓄热式加热炉在宽度方向上两端与中间温度偏差在30-50℃，炉内温度场分布不均，容易产生后续产品质量缺陷。
如图1所示。
图1中一加热段为投入脉冲燃烧控制前的炉内横向况调整
图1加热炉各段横向过程温度
图2脉冲燃烧功能投入前粗扎出口温度图3脉冲燃烧功能投入后粗扎出口温度。
脉冲式热处理炉应用及热工特性研究
脉冲式热处理炉应用及热工特性研究摘要：金属工件的形成离不开热处理工艺，热处理工艺又不开合理的热处理炉。
合理的热处理炉能够有效的提升产品质量、节约能源消耗水平和节省工人劳动强度，并且能够节省生产成本。
传统的热处理炉具有性能差、环境污染大、成本高等特点，通过脉冲燃烧控制技术引入到热处理炉中能够有效的解决这类问题。
因此，脉冲燃烧控制技术是未来工业炉控制技术的发展发现。
脉冲燃烧控制技术传热效率高、炉内温度场均匀、氮氧化物排放少的优点。
因此，研究脉冲式热处理炉应对提升脉冲式热处理炉的发展有着重要的意义。
关键词：脉冲控制;热处理;热工特性Abstract: The formation of metal work piece cannot do without heat treatment, heat treatment process and without heat treatment furnace reasonable. Heat treatment furnace reasonable can effectively improve product quality, save energy consumption and save the labor intensity of workers, and can save the cost of production. Heat treatment furnace with traditional performance is poor, environmental pollution, high cost; by means of pulse combustion control technology is introduced to solve this kind of problem in heat treatment furnace. Therefore, pulse combustion control technology is found that the development of control technology of industrial furnace in future. Pulse combustion control technology of high heat transfer efficiency, furnace temperature uniformity, less nitrogen oxide emissions. Therefore, study on the pulse type heat treatment furnace coping has important significance to promote the development of pulse type heat treatment furnace.Keywords: Pulse control; heat treatment; thermal characteristics1 热处理炉的应用1.1 热处理工艺介绍随着我国加入WTO，与世界的联系不断加深。
脉冲式加热炉最优炉温控制_宝钢技术_2010tr
52
宝 钢 技 术
2010年第 3期
烧式加热炉的最优炉温控制算法 ,极大地降低了 最优炉温控制的计算量 。实践证明该算法可以用 于实际的生产现场 。
2 最优炉温设定目标函数的确定
2. 1 最优炉温设定曲线的设定原则
加热炉温度控制的主要目的是满足轧线对板 坯加热产量和质量的要求 [ 9 - 10 ] 。产量要求体现
在加热炉必须按轧制节奏提供满足加热质量的板
坯 ; 质量要求体现在轧线对出炉板坯的加热温度 、
温度的均匀度 ,表面氧化烧损程度 ,以及板坯在炉
内的加热速度都有着严格要求。理想加热曲线的
制定需从节能及提高成品率等多方面考虑以下参
数 : 加热炉的尺寸和炉段数量 ,每段的燃烧流量 、
类型和特性 ,耐火材料允许的最高温度 ,热损失参
数 ,各段的加热方式 ,钢坯外形尺寸及特性 ,钢坯
的装炉温度 ,预计加热时间 ,出炉目标温度和温度
均匀性指标等等 。总而言之 ,加热曲线的制定应
时地响应在线控制的要求。因此 ,必须通过优化算
法最目标函数进行寻优 ,而目标函数表达式的确定
可以在板坯升温过程的模型基础上进行推导。
板坯温度取决于板坯前一时刻温度与板坯表
面热流束 。由式 (4)可知 :
T1 ( ti+ 1 )
a1 b1 0 - 1 c1 d1 0
T2 ( ti+ 1 ) = b1 ω bn
1 板坯温度跟踪数学模型
首先建立钢坯内部的不稳定导热方程及相应
脉冲燃烧在板坯加热炉上的应用
加 热炉 的供 热调节 通 常有 连续 式 的幅度 调节 和 通断 式 的脉 冲 调 节 （ 称 调 频 调 节 ） 两 种 调 又
节 方式 。
善和提高炉子的技术性能及 自动化程度 ，是炉子
工作 者 的一项 重要工 作 内容 。 １ 加热炉 为 中厚 板厂 一 期 工 程所 上 两 座 推 号 钢式 加热炉 之 一 ，该 炉 自 １９ ９ ８年 投 用 以来 ，虽 然经 过几 次技术 改造 ，但 一直 未 进行大 修 。随着 总公 司燃气 发 电项 目的投 用 以及三 炼钢 坯料 断 面 的变 化 ，１ 加热 炉 已不 能 适应 大 坯 料 、低 热值 号 煤气生 产 的要 求 ，于 ２０ ０４年 ９月 开始 对 １号加 热炉进 行 大 修 改 造 ，２０ ０ ５年 ６月投 产 ，改 造 后
Ｚｈａ ｇ Ｙｕ ｎ ｎｍｉ ｇ ｎ
（ ｄｕ ａｄＨｅｖ ｌ ｅＰａ ｔ ｆ ｉ ｏ ｄＳｅｌ ｒｕ ） Ｍｉ ｍ ｎ ａｙＰａ ｌ ｎ Ｉ ｎａ ｔ ｏ ｐ ｉ ｔ ｎ ｏＪ ａ ｒ ｎ ｎ ｅＧ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｒ ｃｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｕ ｓ ｕ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ／ｓ ｔ ｅ ｐ ｌｅ ｂ ｍｉ ｇ ｓ ｓｅ ｓｒ ｃ ｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｐ ｌ ｅ ｂ ｒ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ， ｈ ｕｓ ｕ ｎ ｙ ｔ ｍ ｉ ｓｃ
Ｉ 前言
的加热 炉采 空 ．煤气 双 预热 的数 字化 脉 冲燃烧
技术 ，炉头增 设 了出钢 机 （ 为 短 滑坡 ） 原 ，钢 坯
加热炉是轧钢生产 中的重要设备 ，它的工作
好坏 直接关 系 到产 品 的产量 、质 量 、成本 等各项
热 送 热 装 比 在 ８ ％ 左 右 ，热 装 温 度 在 ７０ — ３ ０ ８０Ｃ，加热炉 的主要 技术参 数 如表 １ ０￣ 。
脉冲燃烧控制技术在热处理炉上的应用
、
式 ， 脉宽 调制技 术 ， 过调 节燃 烧时 间的 占空 比 使用 通
日
（ 通断 比 ） 实现 炉子 的温度 控制 。燃料 流量 可通过 压
热处 理炉 的燃 烧控制 水平 直接 影 响到锻件 的各
在脉 冲燃烧 控制 系统 中 ，烧 嘴何 时点燃是 由脉 冲信号 控制 的 ，而烧 嘴的燃烧 时 间是 由设 定信号 以及如何 控 制烧 嘴的燃烧 时 间是脉 冲燃烧 控制
炉进行技 术改造 ， 旨在提 高热处 理炉 的控制 精度 ， 降
力调 整预先 设定 ，烧 嘴一旦 工作 ，就处 于满负荷 状 态 ， 烧 嘴燃 烧 时的燃气 出 口速度 不变 。 保证 当需 要升 温时， 自动 切换 为 大火 燃烧 ， 冲时 间长 （ 嘴燃 烧 脉 烧 时 间加长 ）间断 时间减 小 ； ， 需要 降 温时 ， 用小 火燃 采 烧 ， 冲 时 间短 （ 嘴燃 烧 时 问减 小 ）间 断 时 间加 脉 烧 ， 长。 因此 ， 只有 脉冲燃烧 控制才 能实现 炉 内温度 场 的 均匀性 ， 达到热处 理工艺要 求 的控制精度 。 并
莱 钢 棒材 厂水 压 机 车 间为 大锻 件 加工 车 间 ， 通 常采用普 通 台车式 加热 炉对锻 件进 行热处 理 。为适 应 市场需 要 ， 车 间积极 开发高 级别 锻件 ， 该 以提 高产 品附加值 。但 炉子存 在烧 损大 、 能耗 高 ， 精 度差 加热 等缺 陷 。 因此 ， 采用 脉 冲燃 烧控 制技 术对 １热 处理
低炉子 的能源 消耗 ， 提高 加热效 率 ， 满足 高级别 锻件 的复杂 热处理 工艺 要求 ， 实 现节能 、 并 环保 。脉 冲燃
热轧脉冲式加热炉设计与应用实践探讨
热轧脉冲式加热炉设计与应用实践探讨摘要：热轧加热炉投运以来，充分展示了“脉冲+均热”加热炉的设计优势和特点。
在已投用热轧加热炉设计及应用实践的基础上，新建热轧产线加热炉对已有加热炉的优势点进行了传承，同时对于一些运行过程中发现的不足点及基于产线定位的需求，从加热炉技术方案设计上，进行了优化和改进。
关键词：炉型汽化冷却加热炉纳米材料燃耗1概述宝钢湛江钢铁热轧加热炉采用“脉冲+均热”的智能化加热炉设计方案。
从投产运行以来，节能效果显著，加热炉能力突出，各项指标运行稳定，在同类产线中属于佼佼者。
通过对比两线热轧加热炉运行实际与设计方案，进行理论与实践的研究探索。
2现状2250热轧加热炉投产以来，在能耗及加热质量方面处于高水平，运行过程中还出现过因设计认识制约而产生的一些问题例如氧化烧损、炉墙烧红等问题，给加热炉的正常运行和生产效率带来了不良影响。
结合热轧厂前期加热炉生产运行应用实践，根据当前产线加热炉设计选型特点，从加热炉技术经验传承与技术创新角度进行探索研究。
3加热炉运行主要问题及分析3.1低能耗，高烧损2250热轧加热炉投入生产运行以来，能耗指标优异，吨钢燃耗在34kgce/t左右，处于同类先进产线的领先地位。
但是在氧化烧损控制方面则显得比较被动，平均在0.9~1.2%左右，比同类产线的0.8%左右要高。
一方面统计烧损的边界波动较大，另一方面加热工艺方面，例如在炉时间长，炉内氧含量偏高等。
更主要的是，2250热轧加热炉只有炉尾部一个氧化锆来监测全炉的氧含量。
在工艺控制上进行优化，要想精准控制各段的氧含量和炉温，缺乏有效的硬件设施来促进研究和改进。
3.2加热段能力分布热轧加热炉按照热回收、预热、一加、二加及均热段的供热工艺段设置。
各段的热负荷分配如图1所示。
图1:加热炉炉型及热负荷分布在一热轧投产初期，由于加热炉整体热负荷布置整体偏向于前移，导致在生产过程中，容易出现热负荷自动分配与生产实际需求不匹配，需要人工干预的现象。
板坯加热炉过程控制及节能优化燃烧控制系统的开发及实践-宋勇
National Engineering Research Center for Advanced Rolling
2020/6/30
16
高精度板坯温度预报及控制模型 CSP炉温动态分区管理模型
National Engineering Research Center for Advanced Rolling
下送板坯 计划
原始数据输 入模块(PDI)
编辑板坯 计划及工
艺数据
读取数据区
DB
炉内影像 数据区
读取板坯 计划
建立数据区
L2服务器 保存数据 保存数据
换班/数据统 计模块(QAS)
板坯加热曲 线预计算
炉温设定模块 (FTSU)
据实测数据 设定炉温
实绩发生
隧道炉炉跟踪模 块(HTK)
5
加热炉控制系统组成
硬件组成及网络结构（以CSP 隧道加热炉为例）
轧机二级机房 PCS1
PCS2
加热炉L2
轧机操作台 加热炉L1
加热炉L2
铸机L2 轧机L2
电气室A
新增交换机 L3系统
电气室B
注：红色为新增硬件
CCS A# MHS
加热炉L1
CCS B#
加热炉L1
National Engineering Research Center for Advanced Rolling
National Engineering Research Center for Advanced Rolling
2020/6/30
13
高精度板坯温度预报及控制模型 板坯温度预报模型：
✓ 二维差分法（水梁分法） ✓ 多个计算域选取
有限差分模型网格划分
加热炉脉冲燃烧控制系统的研究与应用
加热炉脉冲燃烧控制系统的研究与应用作者：尹燕春弥春霞单传东王博来源：《硅谷》2008年第18期[摘要]结合莱钢1500宽带加热炉来详细阐述脉冲燃烧控制系统的原理及实现方法。
[关键词]加热炉脉冲烧嘴中图分类号：TK1文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0920121－01一、概述脉冲燃烧系统是近些年引入我国的一种新型燃烧系统，主要是为了解决加热炉内温度场的分布均匀性和燃烧气氛的稳定性的问题。
它根本特点是通过控制燃气与空气支管上的电磁阀来实现脉冲烧嘴的开和关两种状态，脉冲燃烧控制系统输出的控制信号为脉冲开关量信号，脉冲燃烧系统采用PWM（脉宽调制）控制方案。
通过控制燃烧时间的占空比来达到温度控制的目的。
与传统燃烧系统相比，脉冲燃烧控制系统可以使加热炉的控制和操作变得更加容易，更加灵活，调节比大，温度均匀性好，精度高，并能够节约大量的能源。
目前脉冲燃烧控制是加热炉燃烧控制技术的主要发展方向。
本文结合莱钢1500宽带加热炉来详细阐述脉冲燃烧控制系统的原理及实现方法。
二、脉冲燃烧控制原理及实现方法莱钢1500宽带加热炉分为预热段、加热段与均热段。
共划分为14个燃烧区域，每个区配置一对烧嘴，每个烧嘴配置一个煤气切断阀和一个空气切断阀，煤气切断阀和空气切断阀之前还各有一个手阀。
每个区装有一支热电偶用于检测温度。
煤气总管与空气总管各设有一个调节阀用来调节煤气与空气压力。
区别于传统的控制每个烧嘴空气与煤气流量来控制燃烧的方法， 1500宽带加热炉烧嘴上只配有空气切断阀和煤气切断阀，想要单独的控制单个烧嘴的空气和煤气流量是不可实现的。
它的控制思想[2]是采用热值相对稳定的混合煤气，保持总管煤气和空气压力在要求的数值，使每个烧嘴的空气和煤气流量相对稳定。
在烧嘴燃烧时每个区的煤气和空气流量是相对固定的，这样燃烧时各区温度的控制是通过对各区烧嘴燃烧时间的控制来实现。
对烧嘴燃烧时间的控制体现在什么时间打开烧嘴和打开多长的时间。
板坯加热炉控制技术现状和发展趋势
板坯加热炉控制技术现状和发展趋势钢铁工业是工业领域的基础产业，轧钢生产是钢铁工业生产过程中一个重要环节。
轧钢生产中燃料消耗主要以加热炉为最多。
作为能耗大户的钢铁行业对于节能降耗问题起着举足轻重的作用。
这里面占整个冶金行业能耗四分之一强的加热炉工艺设备的节能降耗问题就摆在首当其冲的位置。
随着加热炉生产工艺的不断完善和优化以及加热炉生产工业自动化水平的提高和计算机技术应用的不断普及，随着钢铁工业的大型化和自动化技术的发展；深入研究轧钢加热炉热过程的控制及应用计算机技术实现优化烧钢的计算机控制，不论从轧钢生产过程节能降耗、提高产品质量和产量方面看，还是从轧钢加热炉在钢铁工业生产中的地位看，都有着十分重要的现实意义。
作为从事加热炉自动化控制工作的工程师，了解加热炉控制技术的现况和新技术的应用前景，将对我们在工程设计中选择合理的控制解决方案起着一定的参考作用。
1 板坯加热炉控制技术历史和构成1.1 板坯加热炉发展历史和现状加热炉作为轧钢厂中的重要热能设备，其功能主要把板坯加热成温度均匀的热坯，且能满足高质量轧制要求。
1967 年4 月，由美国美兰德公司设计的第一座步进梁式加热炉问世；同年5 月，由日本中外炉公司为日本名古屋钢铁厂设计的步进梁式加热炉加热炉正式投产。
从此，作为加热高质量的板坯的新型加热炉克服了推钢式加热炉固有的板坯水印温差和表面磨损等确定，确定了其在连续式加热炉的中流砥柱的地位。
随着能源危机的迫近，如何节能降耗日渐成为加热炉行业一个焦点问题。
1858 年，William Siemens 发明了蓄热室。
1982年，英国的British Gas 公司和Hot work 公司开发出世界第一套蓄热式陶瓷燃烧器（Regenerativeceramic Burner），并将其成功地应用在玻璃炉窑上，取得了良好的节能、增产效果。
随后，美国的北美制造公司（North American Manufacturingcompany）购买了该专利，迅速将其运用到轧钢加热炉、热处理炉等场合。
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性较 高，就会产生很大 的氧化烧 损，降低产量 ，影 响产 品质量 。使用传统 的连续 燃烧控 制，当加热需要 的供 热 量 发生变化后，为 了保证烧 嘴火 焰稳定燃烧，不致 发生
脱火 ，在 增大或减小煤气 流量的过程 中，要使 空气供 应
坯加热炉上 ，烧 嘴的调 节 比不够大是一个值得 关注的 问
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｌｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｃ ｍｂ ｓｉ ｎ ｕ ｅ ；ｓａ ｈ ａｉ ｇ ｆ ｒ ａ ｅ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ｓ — ｏ ｔｏ ｌ ｏ ｕ ｔ ；ｂ ｒ ｒ ｌ ｂｒ ｅ ｔ ｎ ｃ ；ｎ ｍｅ ｉ ａ ｍｕ ａ ｉ ｅ ｏ ｎ ｅ ｎ ｕ ｓ ｏ
热炉大多都采用各种煤 气为燃 料，双 交叉 限幅连续燃烧
控 制的形式， 即通过控 制燃气 、助燃空气流量 的大小 互
ｌ 板坯加热炉上采 用脉 冲燃烧控制的必要性
目前大型板 坯加热炉对炉 内温度场 的均匀性要求 很 高 ，对 温度要求也很高，炉膛 内最高温 区温度经 常运 行
在 １５ ０℃左右 ，在如此高的温度下 ，如果燃烧气氛氧化 ３
相接近 匹配值，使炉 内的温度 、 燃烧气氛达到工艺要求。 当产量变化或坯料 装炉温度变化时，尤其 是供 热量减小
的情 况下 ，连续控制就不如脉冲控 制方式 了。 板坯加热炉上 的燃烧 系统 整体性很强 ，要 实现脉冲
式燃烧控制必然对 阀门、鼓风机和控制 系统等提 出一系 列 的不 同以往 的要求 。脉冲控制用于 以煤气为 燃料 的板
吕东方
（ 中冶东方工程技术有 限公 司，河北 秦皇岛 ０６０） ６ ０ ４
摘要 ：介绍了脉冲燃烧控制技术在板坯加热炉实际应用 中的优势 和局 限，并对这种技术在板 坯加 热炉上 的应用提 出一个新方案。
关键词 ：脉冲燃烧控 制；燃烧器 ；板坯加热炉；数字模 拟
中 图分类号 ：Ｔ ０ ６ Ｆ ６ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ —６ ９２ １）３０ ２ —３ ０ ２ １３ （０ ２０ —０ ７０
板坯 加热炉 的燃烧控 制水 平直接影响到生产 的各 项
指 标，例如产品质量 、能源消耗等 。目前 国内的板坯 加
温度较 低的地方，大小火切换 时，供 应小火焰 的空煤 气
压力变化可能引起小火焰熄灭 ， 导致炉 内形成爆炸气 氛。 针对上述 问题 ，本文提 出了一 种改进 的新思路 。
Ｄｉｃ ｓ ｉ ｎ ｏ ｌｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ Ｃｏ ｓ ｕ ｓｏ ｆ Ｐｕ ｓ — ｏ ｔ ｏｌ ｍｂｕ ｔ ｎ Ｕｓ ｄ ｆ ｒＳ ａ ｈ ａ ｉ ｇ Ｆ ｒ ａ ｅ ｅ ｓ ｉ ｅ ｌ ｂ Ｒｅ ｅ ｔ ｕ ｎ ｃ ｏ ｏ ｎ
Ｌ ｏ —ａ Ｖ Ｄ ｎｇｆ ｎｇ
［］黄国华，邢桂菊． ４ 高炉热风炉高风温技术 的发展 与应用 ［ ． Ｊ ］
工业 加热 ，２ ０ ， ３ （６ ：１—４ ０ ８ ７ ０ ） ０１．
１ ）高炉热 风炉在正常设计工况下运行 是安全 、可靠 的 。模 拟结果也得到 了 ４ ｎ ６ ｎ冷却工况下安全 ５ ｍｉ 和 ０ ｍｉ 运行 的临界冷却风量分别为 ４ ０ ｎ ４ ０ ｎ ０Ｔ ／ 和 ０１／ 。 ７ Ｉ ｍｉ １ ２ １ ｍｉ ３ ２ ）冷却时 间、冷却风量变化会影响格 子砖 高温区范
时间而不 能一步到位，否 则鼓风机可能 因负荷剧烈 波动
而 损坏 。在此期间 ，炉 内一直保 持较高氧化性气氛 ，增
大 了钢坯 的氧化，并且升 温降温速度慢，直接增加 了加
［ ．包头钢铁学 院学报，２ ０ ，２ （ １ ： －． Ｊ ］ ０ １ ０ ０ ） ４７
［］刘光 明，贾彦忠 ．高风温 热风炉结 构探讨 ［ ．江西冶 金， ３ Ｊ ］ ２ ０ ，２ （） ５１． ０ ７ ７ １ ：１—７
（ Ｅ Ｉ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄ ｅｅｒｈＣ ｒｏａｉｎ ｉｈ ａ ｇ ａ ６ ０ ４ ｈｎ ） Ｂ Ｒ ＳＥ ｇｎ ｅｉ ｓａ ｏｐ ｒｔ ，Ｑ ｎ ｕｎ ｄ ｏ ０ ６ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ ｎＲ ｃ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｎ ｏ ａ ｉａｉ ｎ ｏ ｕ ｓ － ｏ ｔ ｌ ｄ ｃ ｍｂ ｓｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅｎ ｓ ｄ ｆ ｒｓａ ｅ ｅ ｔ ｇ ｆ ｒ ａ ｅ ａｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅａ ｄ ｌ ｃ ｌ ｔ ｆｐ ｌｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｂ ｉ ｇ ｕ ｅ ｏ ｌ ｂ ｒ ｈ ａ ｉ ｎ ｃ ｌ ｒ ｕ ｅ ， ｚ ｏ ｏｅ ｏ ｎ ｕ ｎ ｏ ｐ ｔ ｏ ｗａｄ ａｎ ｗ ｃ ｅ ａ ｔ ｕ ａ ｉｈ ｄ ｐ ｎ ｎ ｔ ｅｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｕ ｌ ｉ ｇ ａｓａ ｈ ａｉ ｇ ｆ ｒ ａ ｅ ｕ ｒ ｒ ｅ ｓ ｈ ｍｅｐ ｒ ｃ ｌ ｒ ｆ ｉ ｗｈ ｃ ｅ ｅ ｄｏ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｂ ｉ ｎ ｌ ｂｒ ｅ ｔ ｎ ｃ ． ｈ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｕ
２１ ０ ２年 第 ４ 卷 第 ３期 １
ＶＯ１ ４１ Ｎ Ｏ． ２０１ ． ３ ２
繁
加
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２ ７
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ Ｌ Ａ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ ： １．９ ９ ．ｓｎ ０ ２１３ ． １ ． ．１ Ｉ ０３６ ￣ ｉ ．１ ０—６ ９ ０ ２０ ０ １ ｓ ２ ３
脉 冲燃烧控 制用于板坯加热炉的探讨
题 。保持一个点火 的小 火焰 的办法不安全 ，尤其 是炉膛
收 稿 日期 ：２ １—１ ３ ０１１— ；修 回 日期 ：２ １—１ ７ ２ ０ ２０－ ０ 作 者简 介 ：吕东 方 （９８ ） １７一 ，男 ，工程 师 ，主 要从 事冶金 工业 炉 的 设 计 和技术 开发 工作 ．
量 大于 需要量，并且这个增 大或减小的过程要持续一 段