武鋼CSP均熱爐燃燒控制模型優(yōu)化.doc

武鋼CSP均熱爐燃燒控制模型優(yōu)化【摘 要】連鑄連軋CSP均熱爐是武鋼第一座輥底式均熱爐，2009年3月投產(chǎn)至今，實(shí)現(xiàn)了雙流連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。針對(duì)均熱爐雙流連續(xù)生產(chǎn)后出現(xiàn)的交叉生產(chǎn)雙線不同出爐溫度無法控制、加速輥位置不合理影響爐內(nèi)緩沖時(shí)間、模型計(jì)算板坯溫度與實(shí)際出爐高溫計(jì)測(cè)量板坯溫度偏差過大等問題，對(duì)均熱爐燃燒控制模型進(jìn)行了一系列參數(shù)優(yōu)化，以及合理地控制熱工測(cè)量儀表精密度，取得了很好的成效。提高了均熱爐爐內(nèi)緩沖時(shí)間和加熱質(zhì)量，同時(shí)保證了均熱爐雙流交叉軋制生產(chǎn)?！娟P(guān)鍵詞】連鑄連軋 CSP均熱爐 燃燒模型 優(yōu)化武鋼CSP均熱爐由意大利德興公司進(jìn)行總設(shè)計(jì)，主要是連接在連鑄機(jī)和軋機(jī)之間的工藝設(shè)備。輥底式均熱爐在連鑄連軋生產(chǎn)流程中主要作用是對(duì)連鑄坯進(jìn)行加熱和均熱，為軋機(jī)提供溫度合適且均勻的板坯，同時(shí)在軋線故障情況下起到緩沖和調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏的作用。均熱爐控制系統(tǒng)主要包括一級(jí)機(jī)和二級(jí)機(jī)兩部份。一級(jí)機(jī)為基礎(chǔ)自動(dòng)化，主要包括燃燒控制PLC和爐輥跟蹤PLC兩部分；二級(jí)機(jī)是利用各種現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際參數(shù)建立一個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算模型，主要通過板坯成分、材質(zhì)、各項(xiàng)測(cè)量（計(jì)算）溫度值，計(jì)算板坯在爐內(nèi)的整個(gè)升溫過程，以及所需要的控制條件，如爐溫、加速輥位置等，二級(jí)機(jī)再將計(jì)算出的控制條件傳遞給燃燒控制PLC和爐輥跟蹤PLC。確保板坯在爐內(nèi)時(shí)間最短、能源消耗最低的情況下滿足工藝要求的加熱目標(biāo)溫度和均勻性，同時(shí)二級(jí)機(jī)還是均熱爐對(duì)上下工序數(shù)據(jù)傳遞的接口。1234567671.分段剪 2.隧道爐 3.事故剪 4.除磷機(jī) 5.7機(jī)架連軋機(jī) 6.層流冷卻 7.卷取圖1 CSP工廠平面布置簡圖1.均熱爐燃燒控制模型存在的問題1.1 雙流不同鋼種生產(chǎn)時(shí)溫度難以控制均熱爐原有的程序控制設(shè)計(jì)只能控制一個(gè)目標(biāo)出爐溫度，而CSP連鑄連鑄兩座鑄機(jī)對(duì)一座軋機(jī)的生產(chǎn)模型必然需要兩座均熱爐進(jìn)行不同鋼種、尺寸規(guī)格的板坯加熱。即面臨兩座均熱爐出爐目標(biāo)溫度不一致時(shí)的交叉生產(chǎn)，兩座爐子公用一個(gè)公共段，原有的模型控制無法滿足生產(chǎn)需要；1.2 加速輥位置設(shè)定不合理板坯在爐內(nèi)的加速輥位置不合理，尤其像出爐溫度要求較高、在爐時(shí)間要求較長的板坯雙流交叉生產(chǎn)時(shí)（如薄材交叉生產(chǎn)），加速輥位置過于偏離軋機(jī)方向，會(huì)造成爐內(nèi)緩沖時(shí)間減少，在軋線軋輥更換或者是軋線出現(xiàn)異常情況時(shí)容易造成連鑄斷澆，同時(shí)增加了煤氣消耗；1.3 板坯計(jì)算溫度與高溫計(jì)測(cè)量溫度偏差過大根據(jù)均熱爐燃燒模型計(jì)算參數(shù)，各區(qū)域熱電偶的精度以及板坯在爐內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間是均熱爐出爐溫度計(jì)算值關(guān)鍵。板坯出爐溫度分為二級(jí)計(jì)算溫度值和出爐溫度高溫計(jì)測(cè)量值，前期高溫計(jì)測(cè)量與二級(jí)計(jì)算值偏差過大，無法反應(yīng)板坯真實(shí)溫度，對(duì)操作控制帶來很大難度。2.問題分析與解決措施2.1 優(yōu)化燃燒模型控制方式，實(shí)現(xiàn)均熱爐雙流不同溫度控制B線均熱爐B線擺車A線均熱爐A線擺車公共段圖2 A、B線均熱爐擺渡模式均熱爐分A線和B線兩條線,B線板坯通過旋轉(zhuǎn)擺車將板坯送至A線擺車和，后經(jīng)公共段進(jìn)入軋機(jī)軋制，即A、B線爐內(nèi)板坯均通過A線擺車、公共段，而目標(biāo)溫度設(shè)定值只有一個(gè)。當(dāng)A、B線的板坯加熱目標(biāo)溫度值相同， A、B線根據(jù)此目標(biāo)值設(shè)定的加熱策略也是一致的（板坯厚度、入爐溫度的不同會(huì)造成加熱策略細(xì)節(jié)上的不同，這里討論總體狀況）。但是如果A、B線進(jìn)的板坯是不同的鋼種且具有不同的目標(biāo)溫度（例如薄材與普通材交叉，硅鋼與普通鋼種交叉），此時(shí)公共段的只能根據(jù)其中一條線的鋼種進(jìn)行溫度策略選擇，必然會(huì)導(dǎo)致其中一條線板坯加熱溫度無法滿足工藝要求。通過對(duì)燃燒模型控制手段進(jìn)行優(yōu)化，解決了雙流不同出爐溫度分開控制的問題，為交叉軋制創(chuàng)造條件，采取的主要方法如下：(1) 新增公共段溫度控制程序功能，使得公共段爐溫控制可以根據(jù)雙流不同的加熱鋼種進(jìn)行人工選擇，主要選擇項(xiàng)有最大值、最小值、平均值，可以減小雙流不同鋼種加熱時(shí)公共段爐溫設(shè)定偏差；(2) 在原有的基礎(chǔ)上，將均熱爐出爐目標(biāo)溫度設(shè)定值分為A、B線，即除去公共段，A、B線均熱爐其它位置的爐溫設(shè)定可以分別按照各爐加熱鋼種的溫度策略進(jìn)行設(shè)定；(3) 在各爐目標(biāo)溫度設(shè)定值分開設(shè)定的基礎(chǔ)上增加偏差修正值，例如：當(dāng)B爐目標(biāo)溫度低于A爐目標(biāo)溫度時(shí)，當(dāng)B爐板坯經(jīng)過公共段后會(huì)受到高溫加熱而出爐溫度增高，此時(shí)可通過修正值根據(jù)模型計(jì)算了適當(dāng)降低B爐爐膛溫度，確保A、B爐溫度滿足工藝要求。2.2 合理布置加速輥位置，確保最佳在爐時(shí)間，提高緩沖空間均熱爐爐內(nèi)板坯在爐時(shí)間分為加熱時(shí)間和保溫時(shí)間，加熱時(shí)間是直接影響到板坯加熱溫度與工藝目標(biāo)溫度偏差，主要通過加速輥來進(jìn)行調(diào)節(jié)加熱時(shí)間。保溫時(shí)間也十分重要，只有足夠的保溫時(shí)間才能減少板坯長度、寬度、厚度方向上溫度偏差。而正常生產(chǎn)過程中保溫時(shí)間是由加熱時(shí)間確定，只有制定了合理的加熱時(shí)間即合理的加速輥位置才能使板坯在最小的能源消耗下達(dá)到均勻的工藝目標(biāo)溫度，同時(shí)保證均熱爐緩沖時(shí)間。為得到板坯理想的加熱時(shí)間，為加速輥位置選取提供依據(jù)，可將每個(gè)加熱區(qū)域的加熱溫度看作不變，即當(dāng)做恒溫加熱考慮，板坯的加熱時(shí)間可用下公式計(jì)算：公式（1） 【1】式中： 遲緩加熱系數(shù)，075； G鋼材重量， kg； Cp鋼材平均比熱容，kJ(kgoc)； A鋼材受熱面積，m2； a綜合給熱系數(shù)，W(m)； tg、tz一入爐出爐溫度， t1爐溫，。在計(jì)算出理論加熱時(shí)間后，可通過如下公式計(jì)算出加速輥位置，見公式（2）：公式（2） 加速輥位置 式中： N加速輥位置號(hào)； L板坯長度，m；V拉速，m/min； N1爐輥間距 1m。t板坯加熱時(shí)間，h；以冷軋基料為例,假設(shè)板坯尺寸為1250mm*70mm,長度38m,拉速4.2m/s,爐溫按照高于板坯出爐溫度40恒溫計(jì)算,該鋼種加熱時(shí)間需15min,加速輥位置23#（此前加速輥位置在40#輥?zhàn)笥遥?。而在均熱爐控制模型中板坯頭尾溫度與目標(biāo)的差值是一個(gè)必要條件，該差值可由認(rèn)為修改。因此，通過公式（1）和公式（2）可以計(jì)算出各材質(zhì)、規(guī)格板坯在相應(yīng)生產(chǎn)工藝條件下所需要的理想加熱時(shí)間和加速輥號(hào)，同時(shí)放大板坯頭尾溫度與目標(biāo)值溫差，可以使板坯在滿足良好加熱質(zhì)量的同時(shí)加速輥盡量靠前（連鑄方向），從而增加爐內(nèi)緩沖時(shí)間。2.3 優(yōu)化燃燒模型計(jì)算參數(shù)，減小出爐溫度計(jì)算值與測(cè)量值偏差武鋼CSP均熱爐投產(chǎn)初期，板坯出爐溫度計(jì)算值與高溫計(jì)測(cè)量值偏差達(dá)到2030，異常情況時(shí)偏差更大，造成偏差過大主要是由于高溫計(jì)本身精度不準(zhǔn)確，以及各區(qū)域熱電偶檢測(cè)值不均勻造成，解決措施如下：(1) 在爐內(nèi)影響高溫計(jì)測(cè)量精度的主要參數(shù)是高溫計(jì)本身的黑度系數(shù)的選擇，爐膛內(nèi)高溫計(jì)測(cè)量板坯表面溫度受到爐墻輻射、爐底輻射、爐輥輻射、爐內(nèi)高溫氣氛、板坯表面氧化鐵皮等因素影響。高溫計(jì)在不考慮任何環(huán)境影響時(shí)理論黑度系數(shù)為1.0，高溫計(jì)測(cè)量鋼板的理論黑度系數(shù)為0.85左右，而通過均熱爐實(shí)際狀況，經(jīng)過摸索選取0.920.95最佳，通過高溫計(jì)黑度系數(shù)調(diào)整后測(cè)量精度得到保證；(2) 熱電偶在均熱爐內(nèi)測(cè)量精度除了其它異常情況外主要是熱電偶插入爐內(nèi)的長度，以及爐內(nèi)所有熱電偶的插入爐內(nèi)長度的一致性。通過對(duì)熱電偶的長度調(diào)整，同時(shí)根據(jù)熱電偶的安裝位置不同會(huì)存在一定的測(cè)量值差異，需要在二級(jí)模型中進(jìn)行修正偏差，確保各熱電偶測(cè)量值真實(shí)一致，是保證板坯出爐溫度二級(jí)計(jì)算值準(zhǔn)確的重要條件。套管；法蘭；螺母；螺栓；墊片圖3 熱電偶爐內(nèi)安裝示意圖3.結(jié)束語武鋼CSP均熱爐燃燒模型在投產(chǎn)初期存在問題較多，板坯出爐溫度命中率和同板差命中率不高，對(duì)均熱爐操作控制以及軋機(jī)帶來很大影響。通過上述措施，解決了A、B線溫度分開控制、加速輥位置優(yōu)化、高溫計(jì)