万木春
新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂
摘要：由于我国对钢铁的需求量急速增加，导致钢铁行业在制造钢铁时的能源消耗也逐渐升高。而钢铁制作的钢铁类型不断增加，也同样增加了轧钢过程自动化系统对能量的消耗、
关键词：钢铁加热炉；自动化；应用
1.前言
随着我国对钢材的需求的增加，导致我国出现了大量自动化生产企业，其中的生产控制系统采用计算机系统进行操作，计算机生产系统能够对其生产线进行有效管理。
2.轧钢加热炉的加热原理
加热炉是轧钢厂生产中不可或缺的重要设备之一，其主要作用是将钢坯加热至适合轧制的温度，随着钢坯本身温度的逐步提升，其变形抗力会随之降低，钢的可塑性会大幅度增强。以T12钢为例，在室温条件下，其变形抗力约为600MPa，当加热至1200益后，变形抗力会下降到30MPa，仅为室温的1/20，由此能够使轧机的生产效率显著提升，能耗也会随之降低。
3.加热炉过程控制系统目标的实现
3.1实现加热炉过程透明化
加热炉的使用过程需要具有透明化的特点，而透明化主要包括该系统能够对炉内钢胚的位置状态、炉内钢坯的加热环境，炉内钢坯的温度状态等三个方面进行实时观察与数据上报，使得工作人员能够清晰了解钢坯在炉内所处位置以及钢坯的加热环境如何，最后包括实时所达到的温度是否符合标准的情况。这样的透明化能够让操作人员对钢胚的加热过程有一个详细的了解，时刻控制加热状况，避免加热过程不符合标准的情况发生。
3.2加热炉需要符合操作规范
轧钢加热炉过程之中控制系统还需要支持加热炉生产操作决策，可以满足工作人员对加热炉进行合理的操作。
第一，当加热炉中出现更加合理的控制系统时，控制系统需要对操作人员进行提醒，保证操作人员能够及时进行系统的更换，实现更加高效的加热过程;
第二，当加热炉之中的钢体达到出炉的时间与条件时，系统需要对工作人员进行提示，确保工作人员能够及时取出所加热的钢体。对于钢体出炉温度也要进行预测，确保温度符合标准;
第三，加热炉生产控制系统需要能够提示工作人员加热炉之中钢体的数量，并且还要对钢铁的加热过程是否满足工艺要求进行提醒。
第四，控制系统还需要持续关注加热炉内的温度，保证温度符合标准，能够对钢铁进行加热。出现偏离时，需要对工作人员进行提醒，从而能够及时调整炉内温度。以上几个方面都能帮助系统实现更加有效科学化的加热过程，确保加热符合生产标准。
4.控制系统的工作原理与使用模型
控制系统主要的工作原理是借助建立数学模型实现对钢材的各方面状态的监控与控制。其中包括对钢材的钢胚待轧的最佳温度、实行轧刚的最佳时机、使用空气与燃料的比例等各方面与轧刚相关的内容。而其中主要的模型有轧制节奏辅助动态模型与实时专家系统主控模型两种模型。其中实时专家系统主控模型在接收到钢胚进入加热炉之中的信号之后，就可以利用整个数字模型系统对钢胚进行一系列的加热操作，该系统使用复杂的专家模型数据库，对钢坯所相应的状态进行观察，选择所适合的加热炉内参数，保证钢材的加热符合实际钢材的状况，同时确保工作人员可以实时接收到整个钢材在加热炉之中的过程信息[1]。
5.加热炉自动化系统的应用
5.1在炉膛温度控制中的应用
将钢坯加热炉分为上部加热部分和下部加热部分，通过热电偶检测各部分的温度，并自动控制加热部分的平均温度。各部分炉内的温度变化主要是由气流引起的，采用级联解耦方法，优化加热炉的燃烧控制系统，炉内多余空气少，可实现完全燃烧。此外，炉温控制系统可以实时接收氧气信号，并借助主从控制防止加热部分受到干扰。
5.2在排烟温度控制中的应用
排气温度是钢坯加热炉中最重要的控制指标之一。如果温度太高，很容易损坏设备。
如果温度太低，则会浪费能量，炉内压力也会上升。为了自动控制加热炉的废气温度，可以在三通阀上安装一个温度检测器，以自动检测燃烧器的工作状态。同时，为了防止热交换器因过热而燃烧，在烟道中安装了一个热电偶以测量废气温度，当超过设定温度时，会自动发出警报。
5.3在残氧量控制中的应用。
在该系统中，加热炉的残余氧含量的控制主要是通过相关设备和设施检测大气中的氧含量，并根据获得的数据改变通风量，从而使混合气体中的空气并调整燃料质量比。可以使用一种易于安装，基本上没有磁滞现象的在线测量方法，并且可以避免漏气对测量结果准确性的影响[2]。
5.4在炉膛压力控制中的应用
当加热炉内部的压力升高时，可以通过远程调节空气和气体的流量或打开烟道气门来增加烟气的排放，从而有效降低炉子内部的压力。可以做到确保加热炉稳定运行。每个燃烧段的温度可以通过排烟控制阀自动控制。同时，，可以将自学习功能模块添加到系统设计中，以减少由于反应堆压力偏差而引起的大气湍流的可能性。
5.5在换向控制中的应用
这是钢坯加热炉中更重要的控制环节，主要控制目标是三通换向阀。在加热炉中，三通换向阀的作用是确保运行稳定，并具有定时换向，自动保护和报警等功能。如果三通止回阀出现故障，将影响加热炉的运行安全。三通换向阀可通过换向控制系统自动控制。在设计中，根据恒定的温度和恒定的时间，其原理是通过定时检测来达到控制目标。
5.6在联锁控制中的应用。
在加热炉自动控制系统中增加了安全联锁控制系统，其主要功能是提高加热炉运行的稳定性和可靠性，避免发生安全事故。联锁控制分为三个级别。第一级互锁的触发条件是炉中的燃烧压力或空气压力太低。此时，自动控制系统将自动激活联锁控制功能并关闭燃气总管。锁定触发条件是换向阀故障。三阶段互锁的触发条件是炉子的温度很高。
6.轧钢加热炉实现节能降耗的措施
6.1跟踪钢坯炉内运行速度
为了降低加热炉对能量的损耗，首先需要实时观察炉内钢坯的运动轨迹。并对其经过的速度进行计算，为保证炉内钢坯处于合理的温度界限，提供运行速度数据的参考。
6.2实现钢坯炉段温度的预测
通过观察各个阶段钢胚的速度与环境情况，在利用科学合理的温度计算方法，能够对钢坯各个阶段的温度进行预测，包括预测出最终钢胚出炉的大概温度，对于所预测的温度进行分析可以了解各个阶段的钢胚加热情况是否符合工艺技术标准，如果出现阶段性的温度差异时，让工作人员及时进行调整有利于整个钢胚在炉内的加热顺利进行[3]。
6.3改进炉子设备的节能措施
最后需要对炉内设备的节能措施进行优化改进，其中包括以下两个方面:
第一，增加炉体本身的绝热能力，在以往的炉内钢胚加热过程中，由于炉体保温性能不够优秀，从而导致大量的能量在加热过程中损失掉。通过对炉体的绝热能力的加固，可以保证在炉内的热量不会大量损失，进一步保证了炉内加热钢胚能量的低损耗。
第二，最后进行钢材冷却时，采用气化冷却代替冷水灌溉冷却，首先大大减少了水的使用频率，也减少了钢材在冷却过后形成冷水黑的可能性，提升了整个钢材的加热冷却成功率。
7.结束语
工业生产方面都需要贯彻节能降耗绿色环保的理念，而对于轧钢过程中加热炉控制系统造成的能量损耗。我们要有效降低此系统对能源的损耗，提升整个轧钢加热工业的生产效率，同时也降低对环境的污染，加快整个工业向绿色环保这一概念靠近的速度，从而推进我国社会经济建设的可持续发展。
参考文献
［1］陈文仪.冶金工业加热炉自动燃烧控制系统优化设计［J］.冶金自动化，2019，（1）：14-17.
［2］吕科东.基于RBF神经网络PID控制在加热炉温度控制系统中的应用［A］.天津市电子工业协会2019年年会论文集［C］.2019，（7）：82-84.
［3］夏洪永，李军国.基于PLC的锻造加热炉温度智能控制系统设计［J］.热加工工艺，2019，（5）：64-66.