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摘要：作为钢铁加工工艺的重要环节，板坯在加热炉内的温度均匀性非常重要，板坯粗轧RT2温度极差有严格的执行和评价标准。通过对2250产线的生产实践分析，主要探讨了板坯加热均匀性的影响因素，以及相应控制措施，为类似加热炉生产运行提供了重要参考。
关键词：2250mm产线；加热炉；均匀性；RT2极差
1 概述
2250产线加热炉采用脉冲燃烧控制技术，投产以来通过运行后的调试，发现在炉宽方向的温度均匀性方面存在一定问题，经分析后提出了改进措施，并取得了较大改进。
2 脉冲式燃烧系统简介
脉冲燃烧是将一段时间间隔内的累计燃料，按预调好空/燃比的空气/煤气以极高的速度，通过烧嘴，按照时序分配，进行燃烧加热。脉冲燃烧技术，是当前应用于加热炉领域适用性较强的燃烧控制技术。相比于常规烧嘴，脉冲烧嘴通过每个扫描周期内的燃烧时间长短来满足热负荷需求，烧嘴始终工作在额定工况下，因此，具有高燃尽率，低排放等优点。另外烧嘴调节比宽，且不受加热炉产量波动影响，尤其在低产时，脉冲燃烧具有明显优势。位于炉子两侧对称布置的一对烧嘴做为一个独立温控区，且可根据需要将两侧对称的烧嘴实现“对称式”供热与“非对称”式供热，可灵活调整炉宽方向温度场及坯料头尾温度分布以适应轧机对不同钢种的特殊需求。
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图1：脉冲控制原理图
在脉冲控制原理图中，当温度调节器（PID）输出信号MV在0～100%范围变化时，脉冲变换器的输出——脉冲的开时间也线性地在0～T中间变化。其中T为脉冲周期。然后，经过脉冲时序分配器，将控制脉冲发到相应的空/燃气的阀门控制执行机构，最终完成阀门的开/闭，从而达到控制炉温的目的。
脉冲烧嘴成对侧向布置，因此两侧炉温偏差是加热炉均匀性的直接体现，对带钢的温度、尺寸影响重大，甚至对个别钢种的性能有直接关联。所以炉宽方向温度场均匀是评价脉冲炉质量的重要指标。但实际生产由于不对称布料、炉膛负压吸冷等众多因素，会导致炉膛两侧温度客观上有差异。而且脉冲加热炉由于炉膛内挡墙设计、烧嘴侧向布置、炉压控制差异等因素，炉宽方向的温度均匀性波动较常规炉更为频繁和剧烈。但脉冲式加热加热炉可以通过对烧嘴控制逻辑进行优化，自动改善炉宽方向温度场两侧差异，并增加智能判定调节，从而提高两侧炉温均匀性。
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图2：加热炉脉冲燃烧系统
3 脉冲燃烧系统炉宽向温度均匀性控制方案
3.1炉宽向温度均匀性的主要影响因素
脉冲式加热炉炉相比于常规加热炉，在炉宽方向影响均匀性的共性因素如下：
（1）炉内板坯布料模式不对称以及变化导致的炉底覆盖率波动，左右两侧板坯吸热量不不一致导致炉宽方向温度有偏差；
（2）烟道挡板控制响应不及时导致两侧烟气有偏流从而产生炉宽方向的温度偏差；
另外由于脉冲式加热炉炉膛结构方面去除了预热、加热、均热段各段之间的挡墙，其各段为虚拟段，并无实际的物理隔断和区分。因此各虚拟段的的温度场较常规炉更易受前后相邻段的影响，板坯冷热混装对温度均匀性的影响会导致炉温调节功能出现超调现象，也是影响脉冲式加热炉的均匀性控制的较大负面因素。
此外，2250产线脉冲加热炉的均匀性还有如下影响因素：
ON/OFF阀门动作时间有偏差；
脉冲烧嘴两侧阀门的动作时间存在差异的现象较为常见，在一个燃烧周期内，两侧烧嘴工作时间不符合设定要求，这对两侧均匀性也有一定影响。
阀门内泄露常见
On/off阀的密封性欠佳，关闭状态下也存在少量的泄露，但如果关闭动作不到位而泄露量较大，两侧炉温差异则较大，调节较为困难。以某定修期日为例，两侧烧嘴全部关闭的情况下，两侧温差仍然较大，最大超100℃。说明一侧侧阀门存在内泄露，此种炉况下进行生产，则基本上板坯均匀性将受到较大影响。
3）阀门状态波动性大
上述的内泄漏现象是由于阀门状态导致，但由于其状态波动性较大，难以掌握规律性。On/off阀频繁动作后，可能泄露量又会变小。上述定修日发现温差偏大后，现场检查阀门并无卡死现象，对怀疑泄露的烧嘴多次人工手动开关，两侧温差现象慢慢有所缓解。因此阀门状态的波动造成炉温偏差大，且难以调整到一个稳定的状态。
3.2脉冲燃烧系统温度均匀性控制方法
（1）烧嘴工作方式
正常情况下，炉膛两侧烧嘴联锁，成对使用。在选择升温模式时，对侧烧嘴可不参与联锁。
在脉冲燃烧方式下，烧嘴在每个循环周期内的燃烧时间由该区的温度控制器输出（热需求Hd）决定，具体如下：
图3：脉冲加热炉烧嘴时序图
（3）左右两侧烧嘴热负荷补偿调节。
为自动纠正两侧炉温偏差，提高炉膛温度均匀性，对某脉冲加热炉燃烧控制系统设计了左右两侧烧嘴热负荷补偿调节手段。两侧对应烧嘴通过PID控制器计算输出燃烧时间，下发给两侧烧嘴执行。在控制器的输出下发给烧嘴前，根据左右两侧温度差，对左右两侧烧嘴各自的燃烧时间分别按照一定比例系数进行相应的延长或缩短，但该对烧嘴总燃烧时间保持不变。燃烧时间的调整与两侧温差采用表单形式进行分配，两侧烧嘴燃烧时间与两侧温差对应表单为：
表2:温差与燃烧时间补偿
根据上述设定原则，控制器根据检测的两侧温差按照设定的表单对应的燃烧时间补偿系数下发给各个烧嘴。
在上述功能开发完成的基础上，进一步新增和优化的功能如下：
1)下部段烧嘴燃烧时间自动补偿功能，增加跟随上部段温差补偿模式，各段都重点控制上部段热电偶的左右温差，加强炉温均匀性；
2)烧嘴燃烧时间补偿增加正反作用补偿功能，即如果修正后偏差有加剧的情况则进行反向修正。
采取上述措施后，脉冲加热炉具备了两侧温度自动纠偏功能，在某个烧嘴发生故障的情况下，可以通过其他烧嘴燃烧时间的长短进行炉温均匀性的自动改进，对设备状态稳定性的敏感性降低，维护和操作强度降低。
通过上述三个控制模块，脉冲烧嘴的燃烧方式和工作时序主要确保了各段的热负荷，使炉温根据炉内加热板坯的需要达到设定温度，左右两侧烧嘴热负荷补偿调节模块则动态调整板坯左右两侧温差，确保加热均匀性。上部区烧嘴燃烧时间的补偿分别独立设置与下部区烧嘴燃烧时间补偿的“联锁”与“独立”功能，通过按钮进行模式选择。按钮选择在“联锁”模式下，对应的上部烧嘴采用与下部烧嘴相同的补偿系数；按钮选择在“独立”模式下，上部烧嘴可单独设定燃烧时间补偿系数。左右两侧烧嘴热负荷补偿调节功能可以自动实现，两侧炉温控制更为精准的同时也大大降低了了操作人员的现场劳动负荷
4 生产实绩分析
上述温度均匀性控制方法投入使用后，对于温度均匀性的改善可以从板坯经轧制后的粗轧温度曲线均匀性方面进行评价，具体如下。
4.1生产实绩差异对比
上述措施投入后，对于脉冲加热炉两侧温差的改善可以通过月均板坯的RT2温度均匀性来进行评价，具体如下。
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表3：RT2温度宽度方向均匀性
从上表可以看出，16年1月后通过上述措施的陆续实施，反应温度RT2温度均匀性指标， 16年1月至6月期间，精度提升了7.03%，改进幅度相对较大。
5 结束语
脉冲燃烧控制技术是在热轧加热炉领域有着广阔的应用前景，但其在炉宽方向的温度均匀性控制较常规炉更为复杂，通过开发优化左右两侧烧嘴热负荷补偿调节功能，可以对均匀性进行自动调节，有利于降低劳动强度，提高加热炉自动化程度，同时也有效提升了加热质量。
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