总第302期
2021年第2期HEBEI METALLURGY
Total No. 302 2021 , Number 2
程入川，王凯飞，关淑巧，刘春涛
(河钢唐钢高强汽车板有限公司，河北唐山063000)
摘要：连续退火是冷乳带钢生产的重要环节。针对河钢唐钢退火炉存在的燃烧废气中N O x超标、煤气 单耗高、极限薄规格带钢在加热段易瓢曲等问题，结合产线实际情况，通过调整、优化燃烧控制参数，开 发多项自动调整控制程序，解决了上述问题，达到了节能降耗、环保排放、高端产品生产的目的。 关键词：连续退火炉；燃烧系统；自动控制；空燃比；N O x；煤耗；小火焰燃烧
中图分类号：TG155. 1文献标识码：B 文章编号：1006 -5008(2021)02-0048-05
d o i：10. 13630/j. cnki. 13 -1172.2021.0210
OPTIMIZATION OF
COMBUSTION CONTROL SYSTEM FOR CONTINUOUS ANNEALING FURNACE OF COLD ROLLED STEEL STRIP Cheng Ruchuan，Wang K aifei，Guan Shuqiao，Liu Chuntao
(H ig h Strength Autom obile Plate C om pany，H BIS Group Tangsteel C om pany，Tangshan，Hebei , 063000) A bstract：Continuous annealing is an im portant part o f cold rolled strip production. A im in g at the problems existing in annealing furnace o f HBIS Group Tangsteel，such as excessive N O x in combustion exhaust gas，high unit consumption o f gas，easy buckling o f lim it thin gauge strip in heating section，e t c.，combined w ith the actual situation o f production lin e，the above problems are solved through measures o f optim izing combustion control parameters and developing a number o f automatic adjustment control procedures. It plays an im portant supporting role in energy saving，environm ental protection and high - end product production.
Key W o rd s：continuous annealing furnace；combustion system；automatic c o n tro l；air fuel ra tio；N O x；coal consumption ；small flam e combustion
0 引言
随着钢铁行业的激烈竞争，产品的高质量、低成 本等性能越来越受到重视。而冷轧连续退火炉的燃 烧控制直接影响生产的各项指标，各企业应根据其 燃气特点、产品大纲、工艺要求等因素选用相应的燃 烧控制技术[1]。退火炉为长期承受高温的耗能设 备，无论采取何种燃烧控制技术，需结合现场问题和 实际情况，持续对其进行优化，不断提高燃烧控制 。
河钢唐钢高强汽车板公司的退火炉采用双交叉 比例燃烧控制方式，生产薄规格家电板时产能仅为 退火炉设计产能的30%甚至更低；烧嘴长期在低火
收稿日期：2020 -09-17
作者简介：程入川（1985 -)，女，工程师，2009年毕业于河北理工大学金属材料工程专业，现在河钢唐钢高强汽车板有限公司从事产品质量控制技术管理，E -m ail :632766484@qq. com 焰状态下工作，废气中N〇x[6]超标、能耗偏高；带钢 在加热前段易出现热瓢曲缺陷[8]。同时，近年来焦 炉煤气热值[]频繁波动，加剧了烟气中N O x排放超 标的现象。随着大气环境的日益恶化，对环境保护 的要求越来越高，国家环保法规制定的生产企业烟 气排放指标成为企业能否生产的先决条件，如何满
标，为河钢唐钢高强汽 公司
待解决的问题。
1连续退火炉燃烧控制系统
1.1连续退火炉简介
高强汽车板冷轧带钢连续退火炉主要由预热段 0印、加热段以丁&、尺丁％)、均热段以丁3)、缓冷 段（SJC)、快冷段（DRJC)、过时效段（OA1、OA2)及 终冷段（FJC)组成[2]，炉内带钢长度约2 000 m，具 1。
河北冶金2021年第2期
Fig. 1Layout o f continuous annealing furnace
.2退火炉燃烧控制特点
连续退火炉利用w型辐射管将带钢加热到要
求温度，并保持 的时间以完 属的再结晶
过程。燃料为焦炉煤气，燃烧控制的方式是双交叉
限幅比例控制，在保持烧 工作的 ，控制
燃气量和 量随工艺温度的变化而变化。但是
调整，终保持过量的状态，此为交叉
制的特点。叉比例控制模式比较适合烧嘴
大部分时间 大负荷工作的 。
连续退火炉的加 和分9个加热区
域，每个区 是 独的双交叉比例控制单元，
、煤气管道，其上装有切断阀、流量调节阀。
根据工艺要求，煤气与 管道的流量调节阀可进
行流量的比例调节，从而实现双交叉比例控制。加
炉烧嘴从炉 底 列，并按区域分
，个加热区功率从前往后呈逐步递减的趋势，见
表1。
表1连退炉各区的烧嘴及功率配置
Tab. 1B urner and pow er configuration液压卸车翻板
in each area o f continuous annealing furnace
炉分区烧嘴数量/个区率所占比例/%
1区4616.0
R T H12区3612.5 3区3612.5 4区3612.3 5区359. 7
r t h26区3610.0 7区36
10.0 8区3610.0
RTS9区307. 0
合计327100
2 连续退火炉燃烧控制系统优化
二节滑轨
2.1根据产品厚度调整加热输出的燃烧控制技术
2.1.1加热输出的燃烧控制现状
随着用户对产品质量要求的提高，以及市场对 产品 的，退火产品 逐步
格（0.3 m m)及厚规格（2.5 m m)拓展。
原燃烧控制系统加热1段的4个区均按照相同 斜率控制热量的 ，区的烧 率最
高，产时热量 也 。产
钢时，在加 入口区域带钢升温较快，相同张力下
温与辊温相差过大，钢 炉现
现象；而生产 钢时，1区、2区和其它
区按相同斜率控制热量的 ，加 钢升温
缓慢，部分 满 制计划，因对燃烧控制
系统进行优化。
2.1.2控制程序的优化
生产薄规格产品时须在加热前段得到缓慢的热 量 ，生产 产品则相反。根据带钢的
不同 ，需调整加热炉1段的热量 。
经讨论，制定优化方案为：根据产品 采用不同斜
率的控制器，使热量 根据产品 调整，
满足生产要求。具体控制思路为：将0.3〜2.5 mm
产品分为3组，分别在加热1区和2区采用不 同的加 制器；将加热1段高温计测得的带钢实
际温度与 进行比较，计算 制值（M V)，
并发送 制器上，，对加热1区和2区
量 （H IP)进行控制，3、区的热量输出正常控
制。控制器为比例控制模式，公式为：
y= Kx
式中，—高温计控制的输出，％ ;
y----区量 ，％;
K—不同厚度区间的比例系数，K > 0，控制 器成线性关系。
当y= 100%时，，ma取值如表2所示。
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表2不同厚度产品对应的控制输出Tab. 2 Control output of different thickness products % %
产品分组（L a)0. 20 ~ 0. 60 mm0 .61 ~ 1. 10 mm 1. 11~ 2. 50 mm 1区150126
2区1301180
图2根据来料厚度自动调整燃烧控制的加热界面
Fig. 2 Heating interface of automatic adjustment combustion control according to the material thickness
2.1.3应用效果
根据产品厚度规格自动调整区域加热输出的功 能 、侧炉应用后，I产品在加热1区、2区可获 低的热量 缓慢的升温曲线，避免了 现象的产生（表3)；产品在加热1区、2区可获 高的热量 ，实现了快速加热，满足了生产工艺的要求，具体曲线见图3。
0.3 mm及2.5 m m等极限薄厚规格产品实现 批量稳定生产，海尔、格力、奥克斯 电吉利等汽 产品质量优良，进一步提高了河钢唐钢产品市场 力。
图3优化后带钢的加热曲线
卷对卷丝网印刷机Fig. 3Heating curve of strip steel after optimization
表3加热控制优化后薄规格带钢年瓢曲次数
Tab. 3Annual bending times of
thin gauge strip after heating control optimization
T r f T B
优化优化后
2017 年2018 年2019 年次/次2182
2.2根据煤气热值自动调整空燃比的技术
2.2.1技术方案
河钢唐钢高强板公司焦炉煤气采用单一气源，煤气主管道上 仪，退火炉采用 的空燃比[4]。由于热值
稳定，烧嘴燃烧状态良好，排 放指标合格。来因气源 ，煤气供应又增加了低品质气源，两种煤 合后使用，混合比例不固定，热值在3 600 〜4 400 kCal/Nm3间波动。而 比无法及时调整，燃烧状况受到了较大影响，烧 嘴积碳、煤 烧不充分、烟气中NOx超标的发生。
考虑在每个退火炉前增设煤气热值仪及煤气管 道施工有较大难度，因此研究制定了 煤气热
离点传输的方法，见图4。
河北冶金
2021年第2期
图4
热值仪信号传输方案
Fig. 4
Signal transmission scheme o f calorim eter
2.2.2技术特点
(1) 通过调整不同煤气热值下的空燃比，使烟气中氧含量控制 3%〜4%，可获 同煤
t 值
对应的
比控制参数，如图5所示。
超高压汞灯(2)
将煤气热值3 600〜4 400 kCal /Nm 3与空
燃比（3.5〜4. 2)参数对应输入退火炉燃烧系统的制程序中，当 发生变化时，实现
比的
丨
调整，如图6所示。
图5不同煤气热值对应的空燃比参数
Fig. 5 A ir fuel ratio parameters
corresponding to d ifferent gas ca lo rific values
G A S C alorific value
厂 4069 K C al/m ：4060.4 x |3.80 f (x )
图6
自动调整空燃比的H M I 界面
Fig. 6
H M I interface fo r autom atic adjustment o f air fuel ratio
2.2.3增加热值信号异常时的处置功能
当煤 仪检修或出现 时，热值信号显
示5 000 kCal /Nm 3的异常值，对应空燃比为4. 2，空 气量过大，导致烟气中NOx
重超标。为解决
这个问题，在燃烧控制程序中増设了 2
會这：(1))
能。当煤
<4 500
kCal /Nm 3时，自动控制程序正常进行；当煤气热值
>4 500 kCal /Nm 3时，空燃比首先自动切换到3.9, 然后再根据实际
进行调整。(2)自动与 切 能。原空燃比调整方式
为程序
修改，操作工无修
。为了方便操作工也能及时进行调整，
炉H M I 界面増加
调 比的对话框，并能与
制功能互
换，见图7。
图7空燃比自动控制和手动调整的切换界面
Fig. 7
S w itching interface o f automatic
control and manual adjustment o f air fuel ratio
煤气热值自动调 比的功能应用，彻底解
决了燃烧不充分、烧嘴积碳问题，烧 率下降
86%，保证了
、镀锌炉烧嘴的良好工况，为产线
缘114节能降耗、安全生产 了坚实的基础。
2.3根据产能自动关闭部分加热输出的技术
2.3.1小火燃烧控制模式现状
退火炉采用双交叉比例燃烧控制方式，无论何 种类型烧视频聚合
调范围：
()当热量 高时，烧嘴功率较高，煤气和
量大，压力高，燃烧室
合充分，燃烧状态最好,
速、火焰形状、煤
耗、废气中氧
含量 标 好。(2)当热量需求较低，加热输出H K 3%时，达
到烧
率，煤气和
量较低，为保证烧嘴工作，需给予助 和煤气调节，此工况为 烧模式。 模
，为保证助
力， 量远远大
量，过 系
高， 过量
量， 使
烧嘴热效率降低，能耗升高，同时废气中氧含量増
加，NOx 超标。因此，避免烧嘴进入小火焰燃烧模 是节能降耗的关键。
4#1 炉设计最高产能为退火温度830 °C 时124 t /h 。近年来，0.6 m m 及以下厚度的薄规格 电产品
増加，其退火温
700〜760 °C ，产
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量<50 t/h，加热区域长期处在小火焰燃烧模式，导 致废气中NOx超标，煤 耗较高。图8为煤气和力对烧 率的影响。的小时产能，确定了小时产能在5t以下时，退火炉 分区域进入 烧模式。
(2) 当炉低产能时，在保障退火产品质量的前提下，手动关 分 烧加热区域，增加其它区域的热量 ，使其HIP >3%，小火烧模式，并检测 中NOx的含量。
(3) 结合各区 的烧嘴加 率，确定不同低产能时，进入小火焰燃烧模式的区 量。当实时产量>5t/h，无加热区域关闭；当45 /h< 实时产量<55 t/h，加热1区自动关闭；当35 /h< 实时产量<45 t/h，加热1、3区自动关闭；当实时产 量<35t/h，加热1、3、5区自动关闭。将不同产能下 加热区域的关 制写入 炉的燃烧控制程序中，实现加热输出的自动控制。
图8煤气和空气压力对烧嘴功率的影响2.3.3应用效果
Fig. 8E ffect o f gas and air pressure on burner power 2.3.2加热输出的控制优化
区域关闭功能应用后，4#镀锌退火炉的生产指 标见表4。
(1)通过统计退火炉各区在小火焰燃烧模式下
表4区域关闭功能投用前后N O x量及煤气单耗情况
Tab. 4 N O x and u n it gas consum ption before and after operation o f regional shutdown function
项目编号规格
/m m
小时产量
/(t/h)
退火温度
/〇C
关区
能状态
N O X实测U
/(m g/m3)
N O X算
/(m g/m3)
氧含量
/%
煤消耗
/(N m3/t)
D C51D0.58x 104532 3755用93 56120.36110055 21样本1
D C51D0.58x 104532 3755关闭107.63162.1312 2562 56
DC040.48x 152539 7840用109.99129.1610 3956 30样本2
DC040.48x 152539 7840关闭111 53157.73116862 02
可看出，相同规格、相同工况下使用区域关区功 能后，吨钢煤 耗明显降低，降低约6. 5 Nm3/t；氮氧化 量<150mg/m3，唐山市烟气超低 标准。同时，具有大产能的 炉在产能较低时，通过 关 分加热区域，使烧嘴处的可调范围内，烧嘴的燃烧 、煤 耗、
标 显改善。
3 结语
(1) 生产厚度规格跨度较大的产品时，退火炉加 根据产品 调整加 的燃烧控制，降低 险，提高产品质量。
(2) 使用煤 大的燃料，退火炉可根据煤气热值[5]自动调整空燃比，能显著改善燃 烧 ，好的节能降耗效果。
(3) 比例燃烧控制模式的 炉，实际产能远低 计产能时，采用根据产能自动关 分加热的控制，烧 烧，有效降低煤气单耗及NOx排放量[7]。
(4)随着环保要求的不断提高，各种燃烧控制 优化技术将 进一步研究推广和应用，为高 i 产和环保助力。
参考文献
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