數(shù)字化爐發(fā)展

1、鋼鐵行業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，為了可持續(xù)發(fā)展，其生產(chǎn)必須下大力氣降低成本，并符合節(jié)能、降耗和環(huán)保的要求，也因此對(duì)加熱爐燃燒技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用提出了更高更新的要求。而傳統(tǒng)燃燒控制技術(shù)采用雙交叉限幅流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在明顯不足: 比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)需經(jīng)幾次波形震蕩后才能將實(shí)際溫度穩(wěn)定在設(shè)定值左右;在低產(chǎn)量或待軋狀態(tài)時(shí)火焰剛度差、加熱溫度不均勻，無法滿足軋機(jī)的軋制溫度要求，影響了全線產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量;加熱多品種坯料時(shí)生產(chǎn)靈活性差，鋼種轉(zhuǎn)換和冷熱裝切換的周期較長(zhǎng)(5-10 min)，不僅會(huì)造成燃料消耗增加，且迫使軋機(jī)等待熱坯而導(dǎo)致產(chǎn)量損失增大。傳統(tǒng)燃燒控制技術(shù)已不

2、適應(yīng)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的需要。為此，進(jìn)行了數(shù)字化加熱爐的發(fā)展及應(yīng)用的分析研究，旨在燃燒領(lǐng)域采用數(shù)字量控制，從本質(zhì)上改進(jìn)加熱質(zhì)量。1 燃燒技術(shù)原理從20世紀(jì)80年代初開始，國(guó)外熱工技術(shù)公司就研究并應(yīng)用了脈沖燃燒技術(shù)，基本思路是將流量調(diào)節(jié)改為時(shí)間調(diào)節(jié)，不再改變?nèi)剂虾椭伎諝獾牧髁?，而是改變?nèi)紵臅r(shí)間。在一定的周期內(nèi)，將爐內(nèi)坯料所需供熱量轉(zhuǎn)化成燒嘴的供熱時(shí)間，即燃燒的脈沖時(shí)間。假設(shè)脈沖周期為60 s，燒嘴在60 s內(nèi)最大供熱量為100%。如果通過測(cè)量值與設(shè)定值的比較計(jì)算得知，在這個(gè)60 s的脈沖周期內(nèi)坯料需供熱量是100%，則燒嘴燃燒時(shí)間為60X100%=60 s，即全脈沖;如果坯料需供熱量是50%，則燒

3、嘴燃燒時(shí)間為60X50%=30 s，即半個(gè)脈沖。依次類推，如果脈沖周期為30 s，燒嘴在30 s內(nèi)最大供熱量為100%，在這個(gè)30 s的脈沖周期內(nèi)，當(dāng)坯料需供熱量是100%,則燒嘴燃燒時(shí)間為30X100%=30 s，即全脈沖;如果坯料需供熱量是50%，則燒嘴燃燒時(shí)間為30 *50%=15S，即半個(gè)脈沖。2 發(fā)展?fàn)顩r與技術(shù)特點(diǎn)2.1 數(shù)字化加熱爐發(fā)展?fàn)顩r隨著所處理坯料的多樣化，針對(duì)不同的鋼種要保證坯料長(zhǎng)度方向合適的溫度分布變得越來越困難，而斯坦因一霍特公司于1997年開始實(shí)驗(yàn)并使用脈沖燃燒方式來解決這一難題。為了驗(yàn)證脈沖燃燒技術(shù)，該公司與德國(guó)蒂森鋼鐵集團(tuán)和法國(guó)烏吉諾鋼鐵集團(tuán)合作，于1997年11

4、月在蒂森集團(tuán)杜伊斯堡鋼廠(1座420 t/h板坯加熱爐)把所有的下部側(cè)燒嘴更換成脈沖式燒嘴，結(jié)果提高了板坯溫度的均勻性和成品帶鋼的性能;1998年12月，在法國(guó)索拉克鋼鐵公司佛羅昂鋼廠(350 t/h板坯加熱爐)把全部底部區(qū)域側(cè)燒嘴更換成脈沖式燒嘴，再次驗(yàn)證了在蒂森所取得的成果。此后，該公司又開始全面改進(jìn)加熱爐的設(shè)計(jì)，故誕生了數(shù)字化爐，圖1 脈沖(數(shù)字化)燃燒控制技術(shù)2004年10月18日，法國(guó)STEIN HEURTEY(斯坦因霍特)公司在南京鋼鐵集團(tuán)公司中厚板卷廠興建的國(guó)內(nèi)第1個(gè)數(shù)字化加熱爐成功投產(chǎn)。該爐采用了以混合煤氣為燃料的最新脈沖燃燒技術(shù);之后，石家莊鋼鐵有限公司第四軋鋼廠、萊蕪鋼鐵集

5、團(tuán)公司大H型鋼廠和中寬帶廠、廣州聯(lián)眾(臺(tái)灣燁聯(lián)投資)不銹鋼有限公司、張家港浦項(xiàng)(韓國(guó)浦項(xiàng)投資)不銹鋼有限公司相繼采用了數(shù)字化加熱技術(shù)。2.2 脈沖(數(shù)字化)燃燒技術(shù)特點(diǎn)脈沖(數(shù)字化)燃燒技術(shù)特點(diǎn):脈沖燃燒技術(shù)大大縮短了系統(tǒng)控制的響應(yīng)時(shí)間。它可直觀地理解為響應(yīng)時(shí)間由5 min縮短為5 s，從根本上克服了傳統(tǒng)燃燒方式滯后的缺點(diǎn)。流量調(diào)節(jié)是用模擬量信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥，變化緩慢，不易控制，而控制時(shí)間(數(shù)字量)卻較容易，且快速、直觀。此時(shí)的流量是恒定的，隨供熱量變化，改變?nèi)紵龝r(shí)間，此時(shí)的信號(hào)是數(shù)字量(0,1)，故又稱脈沖燃燒技術(shù)為數(shù)字化控制。脈沖技術(shù)徹底解決了低火燃燒狀態(tài)的質(zhì)量不均勻問題。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)流量的加熱

6、爐在低產(chǎn)量即低燃料流量時(shí)的短火焰造成坯料長(zhǎng)度方向上溫度不均勻，一般采用增加頂部燒嘴和延長(zhǎng)均熱時(shí)間的方法來縮小溫差，這樣又使產(chǎn)品質(zhì)量受到生產(chǎn)速度和均熱時(shí)間的影響而導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量的極不穩(wěn)定。脈沖燃燒很好地解決了這個(gè)問題，因?yàn)樗辉僬{(diào)節(jié)流量而是調(diào)節(jié)時(shí)間，徹底解決了火焰長(zhǎng)度受供熱量(流量)影響的弊病。在每一個(gè)脈沖燃燒時(shí)間內(nèi)，燒嘴都在額定狀態(tài)工作，燃料流量恒定，火焰長(zhǎng)度不變，加熱效果明顯提高，實(shí)現(xiàn)了低產(chǎn)量時(shí)的溫度均勻性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。脈沖燃燒方式充分實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的靈活性。新的方式不再將爐子人為的分成均熱段、加熱段和預(yù)熱段，每段由若干個(gè)燒嘴組成，而是每一對(duì)燒嘴完全獨(dú)立，一對(duì)燒嘴作為一個(gè)控制區(qū)，控

7、制系統(tǒng)或操作者可任意關(guān)閉一對(duì)或多對(duì)燒嘴，改變爐內(nèi)物理區(qū)段的長(zhǎng)度。這在傳統(tǒng)燃燒方式的加熱爐很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗姆侄问枪潭ńY(jié)構(gòu)的，爐頂壓下和爐底隔墻早已設(shè)計(jì)成型，無法改變。而脈沖方式打破了物理分段的概念，燒嘴的靈活組合實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)的動(dòng)態(tài)分段，很容易完成爐子的產(chǎn)能。脈沖技術(shù)顯著提高了燃燒控制的精度。作為數(shù)字量的時(shí)間信號(hào)相對(duì)模擬量的流量信號(hào)，控制起來更準(zhǔn)確，每一對(duì)燒嘴的獨(dú)立控制和溫度的獨(dú)立檢測(cè)，將坯料的溫度曲線細(xì)化到更多控制區(qū)間，控制精度明顯提高，坯料溫差由30縮小為20。控制系統(tǒng)和操作者可準(zhǔn)確知道并方便實(shí)施對(duì)坯料何時(shí)何處加熱及加熱多少，提高了加熱質(zhì)量和溫度均勻性，使?fàn)t子的性能和產(chǎn)品質(zhì)量不再受外部條件的影

8、響。3 在加熱爐上的應(yīng)用前景數(shù)字化燃燒技術(shù)在以混合煤氣或天然氣等高熱值為燃料的加熱爐上，已在歐美國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。由于加熱鋼材質(zhì)量的提高，能耗指標(biāo)的降低，使得經(jīng)濟(jì)效益顯著;其生產(chǎn)的靈活性，又使鋼鐵企業(yè)很快適應(yīng)新的鋼種需求，且在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)?？紤]到中國(guó)各地能源供應(yīng)很不平衡，有的鋼鐵企業(yè)缺乏高熱值燃料，只有高爐煤氣等低熱值燃料，傳統(tǒng)的燃燒方式在這種情況下已改為換向控制的蓄熱燃燒方式。在這種蓄熱燃燒的爐子上，只要將脈沖控制原理與蓄熱燃燒27的換向控制方式結(jié)合起來考慮，應(yīng)用脈沖燃燒技術(shù)的問題也容易解決。脈沖控制原理和蓄熱燃燒換向控制原理見圖20如果所需供熱量為100%，則由一側(cè)燒嘴A在10

9、0%周期時(shí)間內(nèi)(假設(shè)30 s)加熱，相對(duì)的燒嘴B蓄熱，即A燃燒30 s后停止，下一個(gè)循環(huán)周期燒嘴B燃燒，燒嘴A蓄熱;如果所需供熱量為70%，則燒嘴A在70%周期時(shí)間內(nèi)(21 s)加熱，相對(duì)的燒嘴B蓄熱，即A燃燒21 s后停止，下一個(gè)循環(huán)周期燒嘴B燃燒，燒嘴A蓄熱?；谶@個(gè)原理，脈沖控制與蓄熱燃燒的換向控制相結(jié)合，保證了高爐煤氣低熱值燃料的高效燃燒，同時(shí)改進(jìn)了蓄熱燃燒方式普遍控制水平低的不足，提高了燃燒的控制精度，有效地防止了蓄熱燃燒中易發(fā)生的過燒現(xiàn)象，將蓄熱燃燒落后的集中換向改為脈沖控制的分散換向，提高了生產(chǎn)的靈活性。這一新技術(shù)正在石家莊鋼鐵有限公司第四軋鋼廠優(yōu)質(zhì)汽車用鋼棒材生產(chǎn)線加熱爐上使用，目前單位燃耗達(dá)到1.