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摘要：针对三钢二棒加热炉钢坯加热温度不均，提出了采用延时换向控制的燃烧控制方式。此控制方式可根据特定工况确定实时煤气调节阀的阀门开度，通过调整每对烧嘴的间歇延时时间达到控制钢坯出炉温度通条均匀。经过实践证明，该控制方法具有很好控制钢坯温度均匀性的效果。
关键词：延时换向；温度均匀性；燃烧占空比
中图分类号：TG307；TP273 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）028-000-02
Abstract： San steel 2nd rod heating furnace temperature is unevenness ，we proposed commutation delay intermittent combustion control method. This control method is determined real-time gas regulating valve opening degree under the specific conditions. Adjusting the delay time interval of each pair of burners to achieve blank temperature uniformity requirements. Practice has proved that the control method has good control effect on temperature uniformity.
Keywords： Intermittent delay； temperature uniformity； Combustion duty cycle
一、前言
三钢二棒加热炉2009年投入使用，是一座单蓄热式加热炉，炉长21m，宽13m，炉体由加热一段、加热二段和均热段组成，共分布11对烧嘴（加热一段4对，加热二段4对，均热段3对），设计年加热产能100万吨。至今，该加热炉已经连续服役7年，炉龄较长，加热能力下降，同时由于存在以下5个自身客观因素的影响，导致加热炉出钢钢温通条差，无法满足轧线持续连续过钢，经常靠待温来保证钢温通条均匀，严重的制约生产线的各项主要经济指标。5个自身客观因素具体如下：
（1）煤气调节阀自动调节过于频繁导致钢坯受热不均；
（2）冷、热钢坯混装入炉；
（3）烧嘴换向周期固定，无法适应要求；
（4）煤气热值高，且波动频繁；
（5）冷坯时，煤气流量过大导致钢坯头尾供热能力不足。
二、延时换向控制技术控制理论基础
蓄热式加热炉的控制模式一般为“前馈型双交叉限幅燃烧控制”，是一种双环控制策略。外环将温度偏差作为前馈量，确定系统燃气的流量输出，进而根据空燃比确定系统的空气流量，内环则根据流量偏差确定具体的阀门开度，进而达到快速响应温度控制的需求。然而，加热炉是一个大惯性的控制系统，为了达到理想的炉温响应速度，必须要时刻调整每个燃烧控制段煤气与空气支管的阀门。在此情况下，炉压会产生极大的变化，而烧嘴排烟温度是个大滞后的参数调节，为了调节炉压，煤烟及空烟阀门会在烧嘴排烟温度发生变化后再进行动作，因此，炉压与烧嘴排烟温度达到相对稳定的状态需要一个较长的调节周期，这就制约了快速调整钢温通条均匀的能力。
针对此情况，通过借鉴“脉冲燃烧控制”的思想，提出一种蓄热式加热炉的延时换向控制技术。此技术采用一种间断燃烧模式，通过调节烧嘴的占空比来实现炉内温度的控制，即每对烧嘴的换向周期中，根据炉膛压力、温度等综合情况，设置一个间歇延时时长，使得该对烧嘴处于关闭状态。然而，单纯借鉴“脉冲式燃烧控制”的思想，存在着炉膛压力波动剧烈，需要不断变化延时时长，难以有效控制炉内钢温的均匀性。因此，延时换向控制技术在煤气流量与脉冲燃烧控制之间进行优化处理，在温度控制时，先根据实际的工况制定每个燃烧段煤气阀的调节开度再具体确定间歇延时时长，以达到控制钢温均匀性的目的。
三、实施步骤
1.延时换向控制技术在确定煤气调节阀开度时的影响因素：
烧嘴数量：每个燃烧段使用烧嘴数量不同，调节阀在相同开度情况下烧嘴的煤气流量发生极大变化。
成品规格：目标轧制规格决定了钢坯的出炉节奏，不同规格炉温需求不同，直接影响调节阀开度。
入炉温度：冷坯与热送坯对于热量的需求的差别较大，直接影响调节阀开度。
煤气总管压力：炉压频繁的波动会造成炉内燃烧温度分布的不均匀。因此，炉压不同直接影响调节阀开度。
因此，在确定煤气调节阀开度时，主要考虑以上四个因素的影响，具体如下表1：
确定了阀门开度之后，采用闭环控制，根据炉温偏差量确定每个烧嘴开闭时间，达到稳定炉内温度均匀性的目的。
2.参数调优
由于最大控制流量经过了流量调节阀的调节，因此在不同工况条件下的最大流量不完全相同。接着，对于每个燃烧控制段的烧嘴占空比时间可由如下经验公式确定：
式中，T表示一对烧嘴完整的换向周期时间， 表示当前工况下的额定流量， F表示根据温度偏差值确定的目前所需煤气流量。考虑到燃烧过程中热负荷状态大部分处于20%-70%区间，式（1）可以在进行二次拟合，以达到最佳控制的效果，因此式（1）可表示为
四、实际运行效果
1.实际控制效果图
从图2中可以看出，随着坯料入炉温度的提升，控制系统控制的炉内南-北侧温差逐渐缩小；同时，由于加热温度的提升，均热段的南-北侧温差也逐渐缩小，达到了稳定控制炉内温度分布，进而有效消除坯料温度不均匀性的作用。
2.不同工况条件下的进精轧机温度统计表。
从表2中可以看出采用了延时换向控制技术后，中心温度较头部温度偏差控制在25℃范围之内，完全符合工艺控制的需要。
五、结语
此技术有效的满足不同工况下通条钢温均匀性的控制要求，有力的保证了三钢二棒线持续连续生产，减少了通过待温保证通条而损失的煤耗，也提高了整条轧线的机时产量。
参考文献：
[1]肖仕長.结合轧钢加热工艺和生产管理分析轧钢节能降耗措施及方法[J].四川冶金，2012，34（2）：1-3.
[2]黄强.蓄热步进式加热炉在轧钢生产中的应用[J].冶金动力，2015，188（10）.
[3]贾智龙.蓄热加热炉问题分析及改造设想[J].装备维修技术，2014，153（4）：1-2.
[4]罗宝龙.蓄热式加热炉用于特钢棒材加热研[J].钢铁技术，2014，1：1-2.
[5]杨兴.蓄热式加热炉燃烧系统的技术改造[J].工业炉，2014，36（3）：1-4.
[6]董群.蓄热式加热炉换向燃烧系统间歇延时控制工艺的应用[J].中国设备工程，2014，3：1-3.
作者简介：陈榕年（1981-），性别：男，福建永定人，学历：大学本科，单位：福建省三钢（集团）有限责任公司棒材厂电气工程师，研究方向：电气自动化。
关键词：延时换向；温度均匀性；燃烧占空比
中图分类号：TG307；TP273 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）028-000-02
Abstract： San steel 2nd rod heating furnace temperature is unevenness ，we proposed commutation delay intermittent combustion control method. This control method is determined real-time gas regulating valve opening degree under the specific conditions. Adjusting the delay time interval of each pair of burners to achieve blank temperature uniformity requirements. Practice has proved that the control method has good control effect on temperature uniformity.
Keywords： Intermittent delay； temperature uniformity； Combustion duty cycle
一、前言
三钢二棒加热炉2009年投入使用，是一座单蓄热式加热炉，炉长21m，宽13m，炉体由加热一段、加热二段和均热段组成，共分布11对烧嘴（加热一段4对，加热二段4对，均热段3对），设计年加热产能100万吨。至今，该加热炉已经连续服役7年，炉龄较长，加热能力下降，同时由于存在以下5个自身客观因素的影响，导致加热炉出钢钢温通条差，无法满足轧线持续连续过钢，经常靠待温来保证钢温通条均匀，严重的制约生产线的各项主要经济指标。5个自身客观因素具体如下：
（1）煤气调节阀自动调节过于频繁导致钢坯受热不均；
（2）冷、热钢坯混装入炉；
（3）烧嘴换向周期固定，无法适应要求；
（4）煤气热值高，且波动频繁；
（5）冷坯时，煤气流量过大导致钢坯头尾供热能力不足。
二、延时换向控制技术控制理论基础
蓄热式加热炉的控制模式一般为“前馈型双交叉限幅燃烧控制”，是一种双环控制策略。外环将温度偏差作为前馈量，确定系统燃气的流量输出，进而根据空燃比确定系统的空气流量，内环则根据流量偏差确定具体的阀门开度，进而达到快速响应温度控制的需求。然而，加热炉是一个大惯性的控制系统，为了达到理想的炉温响应速度，必须要时刻调整每个燃烧控制段煤气与空气支管的阀门。在此情况下，炉压会产生极大的变化，而烧嘴排烟温度是个大滞后的参数调节，为了调节炉压，煤烟及空烟阀门会在烧嘴排烟温度发生变化后再进行动作，因此，炉压与烧嘴排烟温度达到相对稳定的状态需要一个较长的调节周期，这就制约了快速调整钢温通条均匀的能力。
针对此情况，通过借鉴“脉冲燃烧控制”的思想，提出一种蓄热式加热炉的延时换向控制技术。此技术采用一种间断燃烧模式，通过调节烧嘴的占空比来实现炉内温度的控制，即每对烧嘴的换向周期中，根据炉膛压力、温度等综合情况，设置一个间歇延时时长，使得该对烧嘴处于关闭状态。然而，单纯借鉴“脉冲式燃烧控制”的思想，存在着炉膛压力波动剧烈，需要不断变化延时时长，难以有效控制炉内钢温的均匀性。因此，延时换向控制技术在煤气流量与脉冲燃烧控制之间进行优化处理，在温度控制时，先根据实际的工况制定每个燃烧段煤气阀的调节开度再具体确定间歇延时时长，以达到控制钢温均匀性的目的。
三、实施步骤
1.延时换向控制技术在确定煤气调节阀开度时的影响因素：
烧嘴数量：每个燃烧段使用烧嘴数量不同，调节阀在相同开度情况下烧嘴的煤气流量发生极大变化。
成品规格：目标轧制规格决定了钢坯的出炉节奏，不同规格炉温需求不同，直接影响调节阀开度。
入炉温度：冷坯与热送坯对于热量的需求的差别较大，直接影响调节阀开度。
煤气总管压力：炉压频繁的波动会造成炉内燃烧温度分布的不均匀。因此，炉压不同直接影响调节阀开度。
因此，在确定煤气调节阀开度时，主要考虑以上四个因素的影响，具体如下表1：
确定了阀门开度之后，采用闭环控制，根据炉温偏差量确定每个烧嘴开闭时间，达到稳定炉内温度均匀性的目的。
2.参数调优
由于最大控制流量经过了流量调节阀的调节，因此在不同工况条件下的最大流量不完全相同。接着，对于每个燃烧控制段的烧嘴占空比时间可由如下经验公式确定：
式中，T表示一对烧嘴完整的换向周期时间， 表示当前工况下的额定流量， F表示根据温度偏差值确定的目前所需煤气流量。考虑到燃烧过程中热负荷状态大部分处于20%-70%区间，式（1）可以在进行二次拟合，以达到最佳控制的效果，因此式（1）可表示为
四、实际运行效果
1.实际控制效果图
从图2中可以看出，随着坯料入炉温度的提升，控制系统控制的炉内南-北侧温差逐渐缩小；同时，由于加热温度的提升，均热段的南-北侧温差也逐渐缩小，达到了稳定控制炉内温度分布，进而有效消除坯料温度不均匀性的作用。
2.不同工况条件下的进精轧机温度统计表。
从表2中可以看出采用了延时换向控制技术后，中心温度较头部温度偏差控制在25℃范围之内，完全符合工艺控制的需要。
五、结语
此技术有效的满足不同工况下通条钢温均匀性的控制要求，有力的保证了三钢二棒线持续连续生产，减少了通过待温保证通条而损失的煤耗，也提高了整条轧线的机时产量。
参考文献：
[1]肖仕長.结合轧钢加热工艺和生产管理分析轧钢节能降耗措施及方法[J].四川冶金，2012，34（2）：1-3.
[2]黄强.蓄热步进式加热炉在轧钢生产中的应用[J].冶金动力，2015，188（10）.
[3]贾智龙.蓄热加热炉问题分析及改造设想[J].装备维修技术，2014，153（4）：1-2.
[4]罗宝龙.蓄热式加热炉用于特钢棒材加热研[J].钢铁技术，2014，1：1-2.
[5]杨兴.蓄热式加热炉燃烧系统的技术改造[J].工业炉，2014，36（3）：1-4.
[6]董群.蓄热式加热炉换向燃烧系统间歇延时控制工艺的应用[J].中国设备工程，2014，3：1-3.
作者简介：陈榕年（1981-），性别：男，福建永定人，学历：大学本科，单位：福建省三钢（集团）有限责任公司棒材厂电气工程师，研究方向：电气自动化。