武钢CSP均热炉燃烧控制模型优化.doc

武钢CSP均热炉燃烧控制模型优化【摘 要】连铸连轧CSP均热炉是武钢第一座辊底式均热炉，2009年3月投产至今，实现了双流连续稳定生产。针对均热炉双流连续生产后出现的交叉生产双线不同出炉温度无法控制、加速辊位置不合理影响炉内缓冲时间、模型计算板坯温度与实际出炉高温计测量板坯温度偏差过大等问题，对均热炉燃烧控制模型进行了一系列参数优化，以及合理地控制热工测量仪表精密度，取得了很好的成效。提高了均热炉炉内缓冲时间和加热质量，同时保证了均热炉双流交叉轧制生产。【关键词】连铸连轧 CSP均热炉 燃烧模型 优化武钢CSP均热炉由意大利德兴公司进行总设计，主要是连接在连铸机和轧机之间的工艺设备。辊底式均热炉在连铸连轧生产流程中主要作用是对连铸坯进行加热和均热，为轧机提供温度合适且均匀的板坯，同时在轧线故障情况下起到缓冲和调整生产节奏的作用。均热炉控制系统主要包括一级机和二级机两部份。一级机为基础自动化，主要包括燃烧控制PLC和炉辊跟踪PLC两部分；二级机是利用各种现场的实际参数建立一个数学计算模型，主要通过板坯成分、材质、各项测量（计算）温度值，计算板坯在炉内的整个升温过程，以及所需要的控制条件，如炉温、加速辊位置等，二级机再将计算出的控制条件传递给燃烧控制PLC和炉辊跟踪PLC。确保板坯在炉内时间最短、能源消耗最低的情况下满足工艺要求的加热目标温度和均匀性，同时二级机还是均热炉对上下工序数据传递的接口。1234567671.分段剪 2.隧道炉 3.事故剪 4.除磷机 5.7机架连轧机 6.层流冷却 7.卷取图1 CSP工厂平面布置简图1.均热炉燃烧控制模型存在的问题1.1 双流不同钢种生产时温度难以控制均热炉原有的程序控制设计只能控制一个目标出炉温度，而CSP连铸连铸两座铸机对一座轧机的生产模型必然需要两座均热炉进行不同钢种、尺寸规格的板坯加热。即面临两座均热炉出炉目标温度不一致时的交叉生产，两座炉子公用一个公共段，原有的模型控制无法满足生产需要；1.2 加速辊位置设定不合理板坯在炉内的加速辊位置不合理，尤其像出炉温度要求较高、在炉时间要求较长的板坯双流交叉生产时（如薄材交叉生产），加速辊位置过于偏离轧机方向，会造成炉内缓冲时间减少，在轧线轧辊更换或者是轧线出现异常情况时容易造成连铸断浇，同时增加了煤气消耗；1.3 板坯计算温度与高温计测量温度偏差过大根据均热炉燃烧模型计算参数，各区域热电偶的精度以及板坯在炉内的运行时间是均热炉出炉温度计算值关键。板坯出炉温度分为二级计算温度值和出炉温度高温计测量值，前期高温计测量与二级计算值偏差过大，无法反应板坯真实温度，对操作控制带来很大难度。2.问题分析与解决措施2.1 优化燃烧模型控制方式，实现均热炉双流不同温度控制B线均热炉B线摆车A线均热炉A线摆车公共段图2 A、B线均热炉摆渡模式均热炉分A线和B线两条线,B线板坯通过旋转摆车将板坯送至A线摆车和，后经公共段进入轧机轧制，即A、B线炉内板坯均通过A线摆车、公共段，而目标温度设定值只有一个。当A、B线的板坯加热目标温度值相同， A、B线根据此目标值设定的加热策略也是一致的（板坯厚度、入炉温度的不同会造成加热策略细节上的不同，这里讨论总体状况）。但是如果A、B线进的板坯是不同的钢种且具有不同的目标温度（例如薄材与普通材交叉，硅钢与普通钢种交叉），此时公共段的只能根据其中一条线的钢种进行温度策略选择，必然会导致其中一条线板坯加热温度无法满足工艺要求。通过对燃烧模型控制手段进行优化，解决了双流不同出炉温度分开控制的问题，为交叉轧制创造条件，采取的主要方法如下：(1) 新增公共段温度控制程序功能，使得公共段炉温控制可以根据双流不同的加热钢种进行人工选择，主要选择项有最大值、最小值、平均值，可以减小双流不同钢种加热时公共段炉温设定偏差；(2) 在原有的基础上，将均热炉出炉目标温度设定值分为A、B线，即除去公共段，A、B线均热炉其它位置的炉温设定可以分别按照各炉加热钢种的温度策略进行设定；(3) 在各炉目标温度设定值分开设定的基础上增加偏差修正值，例如：当B炉目标温度低于A炉目标温度时，当B炉板坯经过公共段后会受到高温加热而出炉温度增高，此时可通过修正值根据模型计算了适当降低B炉炉膛温度，确保A、B炉温度满足工艺要求。2.2 合理布置加速辊位置，确保最佳在炉时间，提高缓冲空间均热炉炉内板坯在炉时间分为加热时间和保温时间，加热时间是直接影响到板坯加热温度与工艺目标温度偏差，主要通过加速辊来进行调节加热时间。保温时间也十分重要，只有足够的保温时间才能减少板坯长度、宽度、厚度方向上温度偏差。而正常生产过程中保温时间是由加热时间确定，只有制定了合理的加热时间即合理的加速辊位置才能使板坯在最小的能源消耗下达到均匀的工艺目标温度，同时保证均热炉缓冲时间。为得到板坯理想的加热时间，为加速辊位置选取提供依据，可将每个加热区域的加热温度看作不变，即当做恒温加热考虑，板坯的加热时间可用下公式计算：公式（1） 【1】式中： 迟缓加热系数，075； G钢材重量， kg； Cp钢材平均比热容，kJ(kgoc)； A钢材受热面积，m2； a综合给热系数，W(m)； tg、tz一入炉出炉温度， t1炉温，。在计算出理论加热时间后，可通过如下公式计算出加速辊位置，见公式（2）：公式（2） 加速辊位置 式中： N加速辊位置号； L板坯长度，m；V拉速，m/min； N1炉辊间距 1m。t板坯加热时间，h；以冷轧基料为例,假设板坯尺寸为1250mm*70mm,长度38m,拉速4.2m/s,炉温按照高于板坯出炉温度40恒温计算,该钢种加热时间需15min,加速辊位置23#（此前加速辊位置在40#辊左右）。而在均热炉控制模型中板坯头尾温度与目标的差值是一个必要条件，该差值可由认为修改。因此，通过公式（1）和公式（2）可以计算出各材质、规格板坯在相应生产工艺条件下所需要的理想加热时间和加速辊号，同时放大板坯头尾温度与目标值温差，可以使板坯在满足良好加热质量的同时加速辊尽量靠前（连铸方向），从而增加炉内缓冲时间。2.3 优化燃烧模型计算参数，减小出炉温度计算值与测量值偏差武钢CSP均热炉投产初期，板坯出炉温度计算值与高温计测量值偏差达到2030，异常情况时偏差更大，造成偏差过大主要是由于高温计本身精度不准确，以及各区域热电偶检测值不均匀造成，解决措施如下：(1) 在炉内影响高温计测量精度的主要参数是高温计本身的黑度系数的选择，炉膛内高温计测量板坯表面温度受到炉墙辐射、炉底辐射、炉辊辐射、炉内高温气氛、板坯表面氧化铁皮等因素影响。高温计在不考虑任何环境影响时理论黑度系数为1.0，高温计测量钢板的理论黑度系数为0.85左右，而通过均热炉实际状况，经过摸索选取0.920.95最佳，通过高温计黑度系数调整后测量精度得到保证；(2) 热电偶在均热炉内测量精度除了其它异常情况外主要是热电偶插入炉内的长度，以及炉内所有热电偶的插入炉内长度的一致性。通过对热电偶的长度调整，同时根据热电偶的安装位置不同会存在一定的测量值差异，需要在二级模型中进行修正偏差，确保各热电偶测量值真实一致，是保证板坯出炉温度二级计算值准确的重要条件。套管；法兰；螺母；螺栓；垫片图3 热电偶炉内安装示意图3.结束语武钢CSP均热炉燃烧模型在投产初期存在问题较多，板坯出炉温度命中率和同板差命中率不高，对均热炉操作控制以及轧机带来很大影响。通过上述措施，解决了A、B线温度分开控制、加速辊位置优化、高温计