数字化炉发展

1、钢铁行业在激烈的市场竞争条件下，为了可持续发展，其生产必须下大力气降低成本，并符合节能、降耗和环保的要求，也因此对加热炉燃烧技术在钢铁行业的应用提出了更高更新的要求。而传统燃烧控制技术采用双交叉限幅流量调节系统，该系统在实际应用中存在明显不足: 比例调节系统的响应时间较长，其动态调节需经几次波形震荡后才能将实际温度稳定在设定值左右;在低产量或待轧状态时火焰刚度差、加热温度不均匀，无法满足轧机的轧制温度要求，影响了全线产量和产品质量;加热多品种坯料时生产灵活性差，钢种转换和冷热装切换的周期较长(5-10 min)，不仅会造成燃料消耗增加，且迫使轧机等待热坯而导致产量损失增大。传统燃烧控制技术已不

2、适应钢铁行业发展的需要。为此，进行了数字化加热炉的发展及应用的分析研究，旨在燃烧领域采用数字量控制，从本质上改进加热质量。1 燃烧技术原理从20世纪80年代初开始，国外热工技术公司就研究并应用了脉冲燃烧技术，基本思路是将流量调节改为时间调节，不再改变燃料和助燃空气的流量，而是改变燃烧的时间。在一定的周期内，将炉内坯料所需供热量转化成烧嘴的供热时间，即燃烧的脉冲时间。假设脉冲周期为60 s，烧嘴在60 s内最大供热量为100%。如果通过测量值与设定值的比较计算得知，在这个60 s的脉冲周期内坯料需供热量是100%，则烧嘴燃烧时间为60X100%=60 s，即全脉冲;如果坯料需供热量是50%，则烧

3、嘴燃烧时间为60X50%=30 s，即半个脉冲。依次类推，如果脉冲周期为30 s，烧嘴在30 s内最大供热量为100%，在这个30 s的脉冲周期内，当坯料需供热量是100%,则烧嘴燃烧时间为30X100%=30 s，即全脉冲;如果坯料需供热量是50%，则烧嘴燃烧时间为30 *50%=15S，即半个脉冲。2 发展状况与技术特点2.1 数字化加热炉发展状况随着所处理坯料的多样化，针对不同的钢种要保证坯料长度方向合适的温度分布变得越来越困难，而斯坦因一霍特公司于1997年开始实验并使用脉冲燃烧方式来解决这一难题。为了验证脉冲燃烧技术，该公司与德国蒂森钢铁集团和法国乌吉诺钢铁集团合作，于1997年11

4、月在蒂森集团杜伊斯堡钢厂(1座420 t/h板坯加热炉)把所有的下部侧烧嘴更换成脉冲式烧嘴，结果提高了板坯温度的均匀性和成品带钢的性能;1998年12月，在法国索拉克钢铁公司佛罗昂钢厂(350 t/h板坯加热炉)把全部底部区域侧烧嘴更换成脉冲式烧嘴，再次验证了在蒂森所取得的成果。此后，该公司又开始全面改进加热炉的设计，故诞生了数字化炉，图1 脉冲(数字化)燃烧控制技术2004年10月18日，法国STEIN HEURTEY(斯坦因霍特)公司在南京钢铁集团公司中厚板卷厂兴建的国内第1个数字化加热炉成功投产。该炉采用了以混合煤气为燃料的最新脉冲燃烧技术;之后，石家庄钢铁有限公司第四轧钢厂、莱芜钢铁集

5、团公司大H型钢厂和中宽带厂、广州联众(台湾烨联投资)不锈钢有限公司、张家港浦项(韩国浦项投资)不锈钢有限公司相继采用了数字化加热技术。2.2 脉冲(数字化)燃烧技术特点脉冲(数字化)燃烧技术特点:脉冲燃烧技术大大缩短了系统控制的响应时间。它可直观地理解为响应时间由5 min缩短为5 s，从根本上克服了传统燃烧方式滞后的缺点。流量调节是用模拟量信号控制调节阀，变化缓慢，不易控制，而控制时间(数字量)却较容易，且快速、直观。此时的流量是恒定的，随供热量变化，改变燃烧时间，此时的信号是数字量(0,1)，故又称脉冲燃烧技术为数字化控制。脉冲技术彻底解决了低火燃烧状态的质量不均匀问题。传统调节流量的加热

6、炉在低产量即低燃料流量时的短火焰造成坯料长度方向上温度不均匀，一般采用增加顶部烧嘴和延长均热时间的方法来缩小温差，这样又使产品质量受到生产速度和均热时间的影响而导致最终产品质量的极不稳定。脉冲燃烧很好地解决了这个问题，因为它不再调节流量而是调节时间，彻底解决了火焰长度受供热量(流量)影响的弊病。在每一个脉冲燃烧时间内，烧嘴都在额定状态工作，燃料流量恒定，火焰长度不变，加热效果明显提高，实现了低产量时的温度均匀性，保证了产品质量的稳定性。脉冲燃烧方式充分实现了生产的灵活性。新的方式不再将炉子人为的分成均热段、加热段和预热段，每段由若干个烧嘴组成，而是每一对烧嘴完全独立，一对烧嘴作为一个控制区，控

7、制系统或操作者可任意关闭一对或多对烧嘴，改变炉内物理区段的长度。这在传统燃烧方式的加热炉很难实现，因为它的分段是固定结构的，炉顶压下和炉底隔墙早已设计成型，无法改变。而脉冲方式打破了物理分段的概念，烧嘴的灵活组合实现了炉内的动态分段，很容易完成炉子的产能。脉冲技术显著提高了燃烧控制的精度。作为数字量的时间信号相对模拟量的流量信号，控制起来更准确，每一对烧嘴的独立控制和温度的独立检测，将坯料的温度曲线细化到更多控制区间，控制精度明显提高，坯料温差由30缩小为20。控制系统和操作者可准确知道并方便实施对坯料何时何处加热及加热多少，提高了加热质量和温度均匀性，使炉子的性能和产品质量不再受外部条件的影

8、响。3 在加热炉上的应用前景数字化燃烧技术在以混合煤气或天然气等高热值为燃料的加热炉上，已在欧美国家得到广泛应用。由于加热钢材质量的提高，能耗指标的降低，使得经济效益显著;其生产的灵活性，又使钢铁企业很快适应新的钢种需求，且在激烈的市场竞争中赢得先机。考虑到中国各地能源供应很不平衡，有的钢铁企业缺乏高热值燃料，只有高炉煤气等低热值燃料，传统的燃烧方式在这种情况下已改为换向控制的蓄热燃烧方式。在这种蓄热燃烧的炉子上，只要将脉冲控制原理与蓄热燃烧27的换向控制方式结合起来考虑，应用脉冲燃烧技术的问题也容易解决。脉冲控制原理和蓄热燃烧换向控制原理见图20如果所需供热量为100%，则由一侧烧嘴A在10

9、0%周期时间内(假设30 s)加热，相对的烧嘴B蓄热，即A燃烧30 s后停止，下一个循环周期烧嘴B燃烧，烧嘴A蓄热;如果所需供热量为70%，则烧嘴A在70%周期时间内(21 s)加热，相对的烧嘴B蓄热，即A燃烧21 s后停止，下一个循环周期烧嘴B燃烧，烧嘴A蓄热。基于这个原理，脉冲控制与蓄热燃烧的换向控制相结合，保证了高炉煤气低热值燃料的高效燃烧，同时改进了蓄热燃烧方式普遍控制水平低的不足，提高了燃烧的控制精度，有效地防止了蓄热燃烧中易发生的过烧现象，将蓄热燃烧落后的集中换向改为脉冲控制的分散换向，提高了生产的灵活性。这一新技术正在石家庄钢铁有限公司第四轧钢厂优质汽车用钢棒材生产线加热炉上使用，目前单位燃耗达到1.