立式退火爐爐壓控制技術(shù)

王磊 杜克飛 林攀 王建軍

摘要：從立式爐的爐壓設(shè)備入手，從流程控制和保護(hù)控制兩個方面系統(tǒng)的分析了立式爐爐壓控制的原理。

關(guān)鍵詞：爐壓控制; PID ;斜坡函數(shù)

Abstract：Starting from the furnace pressure equipment of vertical furnace， this paper systematically analyzes the principle of furnace pressure control of vertical furnace from two aspects of process control and protection control.

Keywords： Pressure control ，PID， Slope function

0 引言

立式退火爐是凃鍍生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備之一，以馬鋼鍍鋅機(jī)組為例，退火爐是帶鋼進(jìn)行加熱、冷卻的核心設(shè)備。在凃鍍生產(chǎn)過程中，爐壓的控制對爐內(nèi)氣氛、退火穩(wěn)定性有著重要影響，本文以馬鋼冷軋2#鍍鋅，系統(tǒng)性的介紹立式退火爐的爐壓控制技術(shù)。

1 立式爐爐壓控制概況

2#鍍鋅線爐壓主要依靠安裝于爐頂?shù)姆派㈤y進(jìn)行調(diào)控，如圖1所示，這些閥門分別是PHF（預(yù)熱爐）頂部的放散調(diào)節(jié)閥0402PCV101，RTF（輻射管加熱爐）頂部的放散調(diào)節(jié)閥0402PCV102，和RTF頂部的安全閥0404EV103;退火爐內(nèi)通入氮氫混合氣保持爐內(nèi)氣氛，使?fàn)t內(nèi)氣氛處于還原狀態(tài)，在保持爐內(nèi)氣氛的同時需要對通入氮氫混合氣的流量進(jìn)行控制。綜合以上討論，立式爐的爐壓分為放散控制和流量控制。爐頂放散調(diào)節(jié)閥為模擬量連續(xù)控制閥，根據(jù)PLC中的爐壓控制器0402PIC001進(jìn)行調(diào)整，而安全閥0404EV103根據(jù)壓力開關(guān)0404PSH104進(jìn)行控制，當(dāng)爐壓大于壓力開關(guān)的設(shè)定值時安全閥打開。控制器0402PIC001是爐壓控制的核心，其作用是通過對爐壓的實時檢測，輸出一個控制值，用于對放散閥和氮氣流量進(jìn)行控制，概括的起來，其控制思路為：爐壓低于設(shè)定爐壓時調(diào)小放散閥，增大氮氫混合氣流量，反之調(diào)大放散閥，減小氮氫混合氣流量。

2立式爐爐壓控制流程

2.1主要控制設(shè)備

通過以上分析，從功能上，控制設(shè)備分為檢測設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備;從性質(zhì)上也可以分為虛擬設(shè)備和物理設(shè)備，具體設(shè)備構(gòu)成如表1所示：

2.2控制算法

在正常的生產(chǎn)過程中，爐壓控制由PLC控制器進(jìn)行，通過表1列出的設(shè)備執(zhí)行，壓力檢測設(shè)備對爐壓實時監(jiān)控，通過一定的計算達(dá)到控制爐壓的目的。

2.2.1爐壓控制

令0402PT104（入口爐壓）的輸入為x1，0402PT106（出口爐壓）的輸入為x2，040405PCV101的輸出為y1，0405PCV101的輸出為y2，0402FIC111的給定流量為y3，控制流程如圖2所式

對以上流程數(shù)學(xué)推到后可得如下計算公式：

輸入范圍為IN_MIN至IN_MAX，輸出范圍為OUT_MIN至OUT_MAX，可通過修改上述4個參數(shù)改變K3和b3，以改變輸出線性。

2.2.2 爐壓保護(hù)控制

當(dāng)爐壓的超過壓力開關(guān)04004PSH104的設(shè)定值（25daPa）時，安全閥0402EV103將會打開，以保證爐內(nèi)壓力不超過安全壓力。

3小結(jié)

通過以上分析，可以將立式爐的爐壓控制概括如下

（1）對壓力輸入值低選后作為反饋參數(shù);

（2）通過PID控制器得到最初的控制值;

（3）PID控制值與壓力的斜坡函數(shù)比較后進(jìn)行高選控制放散閥的輸出;

（4）PID控制值通過斜坡函數(shù)對氮氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制;

（5）達(dá)到設(shè)定安全壓力后，安全放散閥直接打開。

4 爐壓控制的優(yōu)化

退火爐在生產(chǎn)過程中爐壓是動態(tài)變化的，由于帶鋼的流動性以及部分氣體在生產(chǎn)過程中與帶鋼發(fā)生還原作用，所以需要不斷補充氮氫混合氣。通過對斜坡函數(shù)的調(diào)節(jié)可改變放散閥的輸出特性，盡可能使放散閥處于小的開口的，從而達(dá)到節(jié)省能源的目的（放散會帶走爐內(nèi)熱量并消耗氮氫混合氣）

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