軋材加熱爐溫度檢測故障自診斷技術的開發(fā)與應用

崔偉東　李燕森

摘 要：加熱爐承載了軋材的第一道工序，對后序帶鋼的軋制起著決定性的作用，而溫度控制又是加熱爐的核心組成部分，板坯溫度控制的精度決定了帶鋼軋制的精度。溫度控制依賴于溫度檢測元件的精度，溫度檢測故障自診斷技術的開發(fā)可有效降低熱軋板坯的燒損率和有效降低溫度測量異常對退火鋼卷的影響，從而間接提高熱卷和冷卷的產(chǎn)品質量。

關鍵詞：溫度檢測；故障自診斷；產(chǎn)品質量

前言

隨著新材料應用的不斷發(fā)展，帶鋼的產(chǎn)品質量對加熱爐的生產(chǎn)性能要求也越來越高，這就要求對加熱爐的溫度檢測設備的準確性和可靠、穩(wěn)定性提出更高的要求。熱軋加熱爐和冷軋全氫罩式退火爐的溫度檢測均采用熱電偶溫度傳感器，傳感器的準確性、可靠性、穩(wěn)定性都會對板坯和退火鋼卷的產(chǎn)品質量產(chǎn)生極大的影響。為保證板坯和退火鋼卷的產(chǎn)品質量，必須保證熱電偶在使用過程中能夠自我診斷溫度測量是否準確、可靠，當熱電偶被判斷檢測失效時，自動切除，保證加熱爐工藝點溫度控制的精準度。

1 熱電偶檢測的工作原理

如圖一所示，由兩種不同材質的導體或半導體A，B構成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩點處的溫度不同，回路中將在自由端和工作端產(chǎn)生一個電動勢，該電動勢的方向和大小與材料及兩端的溫度有關，這種物理現(xiàn)象稱為熱電效應。

其中：導體A，B為熱電極，測溫結點處在T溫度場下為測量端或工作端、熱端；在To溫度場下為參考端或自由端、冷端。

2 熱電偶檢測的影響因素

2.1熱軋加熱爐熱電偶檢測的影響因素

根據(jù)工藝要求，若要保證加熱爐爐內(nèi)溫度檢測的準確性，熱電偶必須滿足一定的插入深度。由于熱軋加熱爐爐頂表面溫度很高，直接烘烤到熱電偶接線盒，長期處于高溫環(huán)境下的熱電偶其使用壽命和測量精度會有所降低，即使采取隔熱措施熱電偶的測量仍有誤差。

2.2冷軋退火爐熱電偶檢測的影響因素

根據(jù)生產(chǎn)工藝，使用氫氣對爐內(nèi)鋼卷進行氫氣吹掃，而氫氣具有還原性，熱電偶長期使用在還原性的氣氛中，高溫環(huán)境下滲碳和鉻的選擇性氧化導致鉻的濃度降低，鎳鉻極表面因游離碳析出而發(fā)生龜裂和表層脫落，內(nèi)部氧化也隨之迅速進行，鉻的濃度明顯降低，導致偶絲變脆，很快就會發(fā)生開路故障。

3 熱電偶故障的表現(xiàn)形式

熱電偶故障通常有以下表現(xiàn)形式：測量數(shù)據(jù)為固定值或最大值；測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；測量數(shù)據(jù)偏大或偏小。

從電氣控制角度分析判斷熱電偶會出現(xiàn)短路值和斷路值；從熱電偶外觀可判斷熱電偶接線是否良好，偶絲是否損壞或長度缺損，保護套管是否完好，補償電纜絕緣性是否降低。

4 熱電偶故障自診斷技術的開發(fā)

4.1熱軋加熱爐熱電偶故障自診斷技術的開發(fā)

熱軋加熱爐的熱電偶是依據(jù)工藝段設計安裝的，每工藝段都安裝有數(shù)支熱電偶。熱電偶故障自診斷技術首先考慮本熱電偶測量是否正常，若出現(xiàn)最大值、最小值或測量數(shù)值不變或測量值變化過于激烈，則判斷本支熱電偶已發(fā)生故障；熱電偶故障自診斷技術其次考慮每處工藝段不同熱電偶之間測量數(shù)值，若某支熱電偶測量數(shù)值明顯不同于其它熱電偶的測量值則判斷該支熱電偶發(fā)生故障；熱電偶故障自診斷技術再次考慮的是熱電偶的測量值和工藝參考值的比較，若熱電偶的測量值與工藝溫度偏差過大或熱電偶不跟隨工藝溫度而變化，則判斷熱電偶故障發(fā)生。

熱電偶故障發(fā)生后，溫度控制程序自動切除該故障熱電偶，再取余下熱電偶測量值的均值，方參與該工藝段的溫度控制。

4.2熱軋加熱爐熱電偶故障自診斷技術對智能燃燒控制的支持

加熱爐的智能燃燒系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)相比，增加了含氧量的引入，同時參考煤氣流量和空氣流量。由于含氧量的引入可準確判斷燃燒是否充分，智能燃燒會自動調(diào)節(jié)空燃比來。

溫度測量精度引入智能燃燒系統(tǒng)，保證智能燃燒在系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)空燃比的同時兼顧智能燃燒系統(tǒng)對溫度控制的絕對要求，最大限度地降低燒損率。

4.3冷軋退火爐熱電偶故障自診斷技術的應用

根據(jù)熱電偶故障表現(xiàn)形式，結合退火爐生產(chǎn)工藝，對爐內(nèi)溫度檢測控制程序進行改進和優(yōu)化，開發(fā)熱電偶故障自動診斷功能塊，實現(xiàn)對熱電偶測溫傳感器在退火生產(chǎn)過程中發(fā)生故障時的自動診斷功能，主要實現(xiàn)的功能如下：

罩式爐臺爐內(nèi)溫度超限、熱電偶斷偶或斷路時系統(tǒng)發(fā)出故障報警；罩式爐在加熱升溫階段或在冷卻降溫階段，爐內(nèi)溫度發(fā)生突變或不變，或者變化趨勢與實際溫度變化趨勢相反時系統(tǒng)發(fā)出故障報警；罩式爐在加熱升溫階段，溫度控制出現(xiàn)超調(diào)情況時系統(tǒng)發(fā)出故障報警；罩式爐在帶冷卻罩冷卻階段，若風冷時間和水冷時間分別低于3小時和12小時系統(tǒng)發(fā)出故障報警；罩式爐在100℃以下的低溫區(qū)冷卻階段時，如果熱電偶檢測溫度冷卻速率過快，系統(tǒng)則發(fā)出故障報警。

熱電偶自動診斷功能塊診斷出測量的溫度異常后，退火過程將進入暫停狀態(tài)，待故障處理和消除后方允許繼續(xù)退火生產(chǎn)。

5 結論

熱電偶故障自診斷功能的引入，能保證發(fā)生故障的熱電偶不參與加熱爐工藝段溫度控制，由于系統(tǒng)會自動切除故障熱電偶，系統(tǒng)獲得的溫度測量精度得以提高，同時也實現(xiàn)了溫度控制的精準度，降低了熱軋加熱爐的燒損率；同時熱電偶故障自動診斷功能實施以來，在罩式爐退火過程未出現(xiàn)溫度傳感器檢測數(shù)據(jù)異常造成整爐鋼卷粘結或退火溫度不夠的情況發(fā)生，有效降低退火鋼卷的質量問題的發(fā)生。

參考文獻

[1]周東華，孫優(yōu)賢.控制系統(tǒng)的故障診斷和檢測技術.北京：清華大學出版社，1994.

[2]劉應.熱電偶測溫系統(tǒng)中常見故障處理方法.湖南石油化工職業(yè)技術學院.

（作者單位：廣西柳州鋼鐵集團有限公司）