邓 峰
（攀钢轨梁厂，四川 攀枝花 617062）
摘 要：本文分析了攀钢轨梁厂加热炉自动控制存在的一些问题，提出了其改进办法，解决了生产过程中的故障和隐患，保证了加热炉的安全、稳定运行。
关键词：加热炉；自动控制；方法
攀钢轨梁厂950生产线于2006年5月新建了一座加热能力为200t/h的高效蓄热式步进加热炉。投产后根据工艺特点对自动控制作了相应改进，使加热炉的过程控制安全、稳定、可靠性高，为加热炉迅速达产，创造了可观经济效益。
1 工艺特点
攀钢轨梁厂950生产线的主要生产品种是方圆钢系列以及部分铁道用钢和少量型钢。钢质为普碳、低合金、合金等多种钢质。钢坯的断面主要有200×200mm2、380×280mm2、450×3 60mm2等几种。钢坯定尺长度从3300—8100mm不等。因此生产工艺与国内其他同类型加热炉比较更为复杂。其工艺平面不置如图一。
图 一
蓄热步进式加热炉的性能指标如表1
表1 蓄热步进式加热炉的性能
项 目 | 数 值 |
用途 | 钢坯轧制前加热 |
加热钢种 | 碳结钢、优质碳结钢、低合金钢、合金等钢 |
炉子产量/（t.h-1） | 额定 200 |
燃料种类 | 混合煤气 |
步进式加热炉燃料发热值/(kJ.Nm-3) | 1800×4.18 |
煤气消耗量/ (Nm3 .h-1) | 30025 |
空气消耗量/ (Nm3 .h-1) | 60050 |
炉底强度/(Kg.m-2.h-1) | 583 |
步进行程(mm) | 升降200;水平600以下可调 |
步进周期/(s) | 46 |
钢坯出炉温度/(℃) | 1200 |
冷却方式 | 水冷 |
| |
2 存在的主要问题分析
2．1 装钢行程不准确问题分析
装钢的距离不准确，造成钢坯间距不等，而且将所有的钢坯在装炉时的间距都定为100mm，也不合理，这对正常加热不同的钢坯影响较大，也不便于判断装钢位是否有钢。通过调查认为产生这种状况的原因是：第一，钢坯的断面较小，测宽时偏差较大，第二，推正后后退到钢坯端面内50mm，存在误差；第三，托杆的实际行程也存在误差，这些误差累积在一起，当装了几支钢后，装钢位的前一支钢距装料端砌砖线的位置计算就存在偏差，因此再装钢距离也就不准确。而且托杆的最大行程为3150mm，在装钢位可以装2支钢，后一支钢的装钢行程需经前一支计算得出，使装钢控制过程复杂。
2．2 出钢行程不准确问题分析
在最初调试阶段，经常发生出钢机的计算行程不准确，出现取两只钢或取不到钢，甚至将钢“挑翻”。其主要原因是：工艺最初设计能检测的钢坯断面厚度范围较大（200-450mm），为了有效检测到所有钢坯，炉内激光检测器装在了距水平标高+970mm的位置，
但是由于施工误差实际高度是+930mm，只比步进梁抬升后多30mm。因此当步进梁上升，若梁上有氧化铁皮，很容易造成计算钢坯行走距离存在较大偏差，而使出钢行程计算错误，造成出钢事故。
最初设计的布料图没有考虑炉门安装后，两侧炉门框已将炉子的有效宽度减少为8700mm，而且为了保证装钢的安全，安装在定位辊道两端的冷金属检测器之间的距离为8460mm，所以根据布料图定位，根本无法保证装钢的安全位置，而且对于4000mm、6500mm、7200mm左右的钢坯根据布料图定位，钢坯端部距离这两个冷金属检测器距离只有30mm，由于钢坯在定位完成后与辊道之间存在微小的滑移，在对钢坯定位时经常发生钢坯定位不准确或超出定位极限，大大影响了装钢节奏，从而影响了整个出钢节奏。
2．4 钢坯测长数据不准，影响正常装钢
钢坯的测长误差一般在100-200mm之间，对一般钢坯的定位影响不大。但是由于我厂钢坯的定尺较多，存在交错布料、双排布料（钢坯长度小与4000mm）、对称布料等多种情况，所以钢坯测长误差会造成布料偏差过大，影响加热炉安全运行。
2．5 台架、辊道不能上双排料，影响出钢节奏
最初设计并没有考虑台架上双排料，因此如果使用双排出钢，单排下料，对整个轧制节奏影响很大。若按照常规的方法设计在辊道上分钢，钢坯在的间距必须保证在600—700mm的间距，现场台架的有效宽度有限，根本不可能满足这个条件。
2．6 出钢节奏过慢，出钢周期不稳定问题分析
950轧制线现在轧制的大部分品种，由于工艺限制，无法使用标准规格的坯料(450×360×8000mm)，因此加热炉的产能受到限制，特别是轧制方圆系列材，使用短坯料，轧钢周期较短，加热炉的出钢节奏无法满足轧制节奏的需要。而且该生产线生产的品种近20个，每个品种的轧制节奏却不太一致，人为控制要钢节奏存在一定偏差，也不符合自动控制的基本要求。
2．7 燃烧控制方式不灵活导致炉膛压力过高问题分析
2#加热炉设计换向的基本策略是：用两位三通换向阀与煤气快切阀配合实现换向燃烧。冷端的报警温度设定为150℃，高于150℃实行强制换向，低于150℃后恢复自动换向均热段
和加一段上、下部分空、煤气用量实行单独控制，换向控制实行集中控制。换向时间控制在50—70s。在实际运用的过程中，控制策略在生产中表现出很不适应，主要表现在以下几方面：
1）报警温度设定为150℃，在实际使用时表现为，很容易超温，该烧嘴就关闭废气侧，打开空气侧，强行冷却。
2）均热段、加热一段由于实现上、下集中换向，某一个烧嘴超温时会导致上下同时停止自动换向。
3）单个烧嘴只有燃烧、关闭两种控制状态，当三通阀气缸或快速切断阀出现故障，无法实现在线维护。
以上问题有直接导致当烧嘴出现超温或故障时，整个加热炉的排烟系统无法完全发挥其排烟能力，当加热炉正常生产时，炉压偏高，影响其正常使用。
3 解决办法
3．1 装钢行程不准确问题的解决办法
固定一个较合理的装钢位置，只要前一只钢后端面距固定梁后端的距离大于一个步距加钢坯宽度就认为可以装钢，且装钢位只能装一支钢，这样就使整个装钢过程简单化，而且装钢机的装钢行程只与钢坯宽度和步进梁行程有关，而钢坯宽度为固定值，步进梁行程由线性位移传感器和液压系统联合控制，误差较小，这样整个控制就比较精确，当装钢机完成一个完整的装钢过程视为装钢位有钢，步进梁在条件允许的情况下可以动作，然后再允许装钢。
3．2 出钢行程不准确问题解决办法
当出料端激光检测器第一次被钢坯遮蔽时开始计数，当激光检测仪最后一次被钢坯遮蔽时也开始计数，若没有氧化铁皮干扰第一次计数值和最后一次计数值应该相等，即认为计数值正确自动出钢；若偏差过大，就自动报警等待人工确认后修正。其次当激光检测仪被遮蔽时间小与6s，认为是氧化铁皮，计数报警等待修正，通过采取这些措施基本上消除了出钢故障。
3．3 钢坯定位不准，装钢故障较多问题解决办法
首先根据炉门的有效宽度和冷金属检测器的位置重新确定所有定尺钢坯的布料位置,将定位辊道两端冷金属检测器作为钢坯定位的极限，钢坯端部与冷金属检测器的最小距离扩大到60mm，其次为了保证定位的可靠性，又增加了定位报警系统，结合工艺布料图确定所有钢坯定位后与某一固定点的相对位置。当定位完成后，编码器的计数值与预先确定的值比较，若偏差较大或者钢坯将极限位置的冷金属检测器遮蔽，即强行中断自动装钢，待人为干预后才继续执行。
3．4 钢坯测长数据不准确问题的解决办法
统计了现在主要的轧制品种的钢坯5-6m、7-8m、3.5m的三种定尺占整个坯料的80%，根据这些坯料的定尺，将测长的三个冷金属监测器布置的距离分别是1.5m、5m。这样测长时尽可能做到以最大定长加上或减去脉冲编码器的计数值（造成误差的原因），通过采取这种手段，钢坯的测长误差控制在了50mm之内，大大提高了钢坯测长的精度。
3．5 台架、辊道不能上双排料，影响出钢节奏问题的解决办法
考虑到双排布料的钢坯定尺是3500mm，上料后由人工选择双排上料，当取钢机执行双排
下料时，程序自动跳转去执行另一段分钢程序。通过实际测量测长辊道与下料辊道两个冷金属检测器之间的有效距离为3200mm，因此当短尺钢坯头部遮蔽测长辊道冷金属检测器时，钢坯大部分已在测长辊道上，而且两只钢坯的间距一般在200mm左右，这时下料辊道停止转动即可分钢。考虑到控制误差，将测长的第一支辊道设为“自由辊”，就充分保证了每次分钢成功，通过实际观察也不影响测长数据的准确性。
3．6 出钢节奏过慢，出钢周期不稳定问题的解决办法
根据分析，步进梁的上升和平移是液压系统不可重叠的时序，在此基础上进行优化，通过计算液压系统的能力，将装、出钢机的部分动作与步进梁的升降重叠，取消设备进退动作与升降动作切换时的延时。在人机界面上增加出钢周期控制功能，根据不同的轧制品种和生产节奏自动选择出钢周期。
3．7 燃烧控制方式不灵活导致炉膛压力过高问题
为了方便控制，将控制方式分成了点动、单动、自动三种模式。点动及控制单个阀门的操作，单动及控制一个燃烧单元的动作，自动及控制一个燃烧段的所有阀门按预定方式动作，这样一来使控制思路更清晰，控制方式更灵活，也便于阀门的在线检修和维护。
对三通阀的结构进行研究，认为将废气报警温度提高到170℃是可行的，可以将废气调节阀开度增加5—10%，降低炉压5Pa左右。
4 结束语
攀钢950线加热炉投产以后，用了不到一个月的时间就打通了其工艺流程，半个月就完成了所有功能的调试，自投产以来的半年时间基本没有发生因控制不当造成的事故，设备控制的可靠性、安全性达到了预期效果。同时也说明在充分掌握工艺流程的前提下完成对自动控制的设计将收到事半功倍的效果。
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