數(shù)字化爐發(fā)展

1、鋼鐵行業(yè)在激烈的市場競爭條件下，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)時間較長，其動態(tài)調(diào)節(jié)需經(jīng)幾次波形震蕩后才能將實際溫度穩(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;加熱多品種坯料時生產(chǎn)靈活性差，鋼種轉(zhuǎn)換和冷熱裝切換的周期較長(5-10 min)，不僅會造成燃料消耗增加，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)化成燒嘴的供熱時間，即燃燒的脈沖時間。假設(shè)脈沖周期為60 s，燒嘴在60 s內(nèi)最大供熱量為100%。如果通過測量值與設(shè)定值的比較計算得知，在這個60 s的脈沖周期內(nèi)坯料需供熱量是100%，則燒嘴燃燒時間為60X100%=60 s，即全脈沖;如果坯料需供熱量是50%，則燒

3、嘴燃燒時間為60X50%=30 s，即半個脈沖。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%，則燒嘴燃燒時間為30 *50%=15S，即半個脈沖。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，針對不同的鋼種要保證坯料長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年開始實驗并使用脈沖燃燒方式來解決這一難題。為了驗證脈沖燃燒技術(shù)，該公司與德國蒂森鋼鐵集團(tuán)和法國烏吉諾鋼鐵集團(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，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內(nèi)第1個數(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(臺灣燁聯(lián)投資)不銹鋼有限公司、張家港浦項(韓國浦項投資)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)時間。它可直觀地理解為響應(yīng)時間由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)是用模擬量信號控制調(diào)節(jié)閥，變化緩慢，不易控制，而控制時間(數(shù)字量)卻較容易，且快速、直觀。此時的流量是恒定的，隨供熱量變化，改變?nèi)紵龝r間，此時的信號是數(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)量即低燃料流量時的短火焰造成坯料長度方向上溫度不均勻，一般采用增加頂部燒嘴和延長均熱時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問題，因為它不再調(diào)節(jié)流量而是調(diào)節(jié)時間，徹底解決了火焰長度受供熱量(流量)影響的弊病。在每一個脈沖燃燒時間內(nèi)，燒嘴都在額定狀態(tài)工作，燃料流量恒定，火焰長度不變，加熱效果明顯提高，實現(xiàn)了低產(chǎn)量時的溫度均勻性，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，每段由若干個燒嘴組成，而是每一對燒嘴完全獨(dú)立，一對燒嘴作為一個控制區(qū)，控

7、制系統(tǒng)或操作者可任意關(guān)閉一對或多對燒嘴，改變爐內(nèi)物理區(qū)段的長度。這在傳統(tǒng)燃燒方式的加熱爐很難實現(xiàn)，因為它的分段是固定結(jié)構(gòu)的，爐頂壓下和爐底隔墻早已設(shè)計成型，無法改變。而脈沖方式打破了物理分段的概念，燒嘴的靈活組合實現(xiàn)了爐內(nèi)的動態(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)字量的時間信號相對模擬量的流量信號，控制起來更準(zhǔn)確，每一對燒嘴的獨(dú)立控制和溫度的獨(dú)立檢測，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?？刂葡到y(tǒng)和操作者可準(zhǔn)確知道并方便實施對坯料何時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，且在激烈的市場競爭中贏得先機(jī)?？紤]到中國各地能源供應(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%周期時間內(nèi)(假設(shè)30 s)加熱，相對的燒嘴B蓄熱，即A燃燒30 s后停止，下一個循環(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%周期時間內(nèi)(21 s)加熱，相對的燒嘴B蓄熱，即A燃燒21 s后停止，下一個循環(huán)周期燒嘴B燃燒，燒嘴A蓄熱?；谶@個原理，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.