于斌
河钢集团邯钢公司热轧厂轧钢车间 河北邯郸 056000
摘要:加热炉是轧钢生产企业主要的耗能设备。如何在保证被加热后的钢坯能够进行有效轧制的前提下，降低加热炉的能耗，一直是冶金工业控制技术研究课题的一个主要方向。由于计算技术在近20多年中获得了突飞猛进的发展，对于结构复杂、计算量大的加热炉温度控制模型的实时处理成为可能。加热炉计算机控制系统也进入了实用阶段。
关键词：加热炉；热轧厂；提高加热炉热效率
1炉型特点及效益分析
1.1炉型特点
邯钢2250mm热轧厂加热炉余热锅炉采用如下的炉型结构。
由于排烟温度、烟气阻力及位置的限制，本余热锅炉受热面只设蒸发器，不设“省煤器”；（2）蒸发器分为二组受热面，便于检修；（3）蒸发器断面呈梯形结构，有效的利用了烟道截面，减少烟气的扰动，以充分回收烟气余热，节约能源；（4）每组蒸发器均设有独立的进水集管和出水集管，且在蒸发器顶板上设有吊耳，便于生产过程中受损蒸发器的起吊、更换；（5）蒸发器采用光管“蛇形管”的形式，其水循环方式为强制循环，减少了烟道的改动量，缩短建设周期；（6）4套余热锅炉的设备（除蒸发器外）全部集中布置在“余热锅炉设备楼”内，降低了建设费用，降低了检修、维护工作强度；（7）“余热锅炉设备楼”为无人值守站房。
1.2效益分析
余热锅炉装置把烟气损失的热量以饱和蒸汽的形式获得并收集，输送至工厂蒸汽管网发电，是一笔可观的财富。以邯钢2250mm热轧厂为例，3座加热炉同时运行时多回收蒸汽24.9t/h，年增效为4303万元。
2概况
河北钢铁股份有限公司邯钢分公司（下称邯钢公司）2250热轧生产线共有四座加热炉。加热炉有效长度54850mm，额定产量375t/h，最大产量400t/h；板坯装炉温度为常温～700℃，钢坯在炉内加热时间为180～240min 。
2.1步进驱动装置
步进梁驱动是靠步进机械的步进机构来实现的。而步进机械设置在炉底下的炉坑中，因此通常亦称为炉底机械。它包括斜轨座与轮组、升降框架、平移框架（步进框架）、升降与平移液压缸、升降与平移定心装置。步进梁采用双层框架，沿炉长方向分为两段，便于设备制造及安装。步进梁驱动采用双轮斜轨式液压传动，升降驱动装置液压斜台面式。这种形式运行稳定，钢坯跑偏量小，制造、施工方便。步进梁的运动轨迹是一个矩形运动轨迹。步进梁运动由水平运动和升降运动组成。水平运动和升降运动过程中的速度是变化的，其目的在于保证钢坯以较低的速度接触水梁和步进梁开始动作及结束动作的缓冲，减少步进机构产生的冲击和震动。
步进梁的上下升降行程为200mm（0位上、下行程各100mm），水平行程为550mm，步进梁运动周期约为50s。当钢坯较短时间在炉时，要求步进梁作踏步动作，以避免板坯黑印加重。
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2.2余热利用装置
为适应步进式炉加热要求，安装换热器回收余热。直接利用烟气余热，大大降低烟气的出炉温度，提高空气预热温度，降低燃料单耗。炉子采用下排烟，烟气由炉子装料端的烟道流入位于炉子底部的水平烟道内。
3步进式加热炉的模糊逻辑控制
模糊控制是利用人的知识对控制对象进行控制的一种方法，通常用“if（条件）then（结果）”的形式来表现，所以又通俗地称为语言控制。一般用于无法以严密的数学表示的控制对象模型，即可利用人（熟练专家）的丰富经验和知识来很好地控制。因此，利用人的智力，模糊地进行系统控制的方法就是模糊控制。
它的核心部分是模糊控制器。模糊控制器的控制规律是由计算机的程序来实现，实现一步模糊控制算法的过程是：微机采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到偏差信号E。一般选偏差信号E作为模糊控制器的一个输入量，把E的精确量进行模糊量化变成模糊量。偏差E的模糊量可用相应的模糊语言表示，从而得到偏差E的模糊语言集合的一个子集e(e实际上是一个模糊向量)，再由e和模糊控制规则R（模糊关系）根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量u为：u=e*R
式中u为一个模糊量；为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量u进行反模糊化处理转换为精确量；得到精确数字量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行结构，如PID调节器，对被控对象进行一步控制；然后，进行第二次采样，完成第二步控制……。这样进行循环，就实现了对被控对象的模糊控制。
4实施效果及经济效益
4.1实施效果
通过加热制度的优化与创新后，炉内温度场得到了可靠的掌控，各段热需求分配处于最佳的状态，加热板坯温度升降都能得到平稳的过渡控制，目标温度跳跃时，过渡板坯可以控制到每炉5块以内。从以往统计的数据中我们可以看到通板温差平均值有39.91℃提高到31.16℃，通板差小于30℃的占比达到了86.8%，异炉温差有18.54℃下降到了13.61℃，炉间差小于20℃占比到了91.34%。温度命中率也是环比提高了20%。加热质量指标的显著提升，避免了各类生产事故和质量事故。根据2016年1-8月份统计，钢坯炉内氧化烧损指标也有了大幅度提高，通过数据统计分析，16年度氧化烧损环比可以降低0.02%。《热轧加热炉装钢间隙自动调整模块的开发》专利的应用，热装窄断面板坯氧化烧损可降低0.17%，成效显著。加热炉燃烧系统处于最佳燃烧状态，出钢温度命中率大幅度提高，严格控制住了钢坯出钢温度超温，根据出钢温度数据统计，折算成混合煤气燃料消耗也可降低：0.15kgce/t，为公司创效作出了杰出的贡献。
4.2经济效益
（1）按因钢坯加热质量影响造成生产事故核算，每月可避免生产事故1次，每次事故平均影响30min，年节约时间=1次/每月×30min×12=360min，按照目前小时产量750t/h计算，可以实现增加产量：年提高产量（t）=360min/60min×750t=4500t。按照吨钢创效200元/t年创效：年创效=4500t×200元/t=900000元=90万元。
（2）按照每次事故更换F1-F7轧辊计算辊耗，每次事故轧辊正常磨削量约为0.6mm，年增加换辊次数：1次/每月×12个月=12次，磨削量总计为0.6×12×2×7mm=100.8mm，一套正常轧辊从使用到磨削磨削量约为70mm左右，按每支工作辊30万元计算，年节约费用100.8/70*30=43.2万元。
（3）全年氧化烧损率环比下降0.02%，年产量按450万吨计，可节省钢材为：450万吨×0.02%=0.09万吨=900吨，按吨钢创效800元/吨，则可创效：900吨×800元/吨=72万元。
（4）混合煤气燃耗按吨钢降0.15kgce/t，1kg标煤价格按0.6元计算，年产450万吨，则可创效：0.15 kgce/t×450万吨×0.6元=40.5万元。
综上所述，年总效益为：
90+43.2+72+40.5=245.7万元。
预计三年总效益为：3×245.7万元=737.1万元。
5结束语
通过对步进梁加热炉液压系统的运动曲线进行优化整定，并采集大量的现场数据到计算机进行处理，得出运动曲线的实时和历史曲线，克服了几百吨重的步进梁前后“窜动”，以及步进梁液压系统出现的“水锤”现象，解决了因此造成液压系统漏油等生产问题。
参考文献：
[1]蔡乔方主编.加热炉（第二版）[M].北京：冶金工业出版社，1996
[2]韩峻峰.《模糊控制技术》
论文作者:于斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/10
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