1、LOI 辊底式加热炉在济钢中厚板厂的应用摘要：本文介绍了辊底式炉的基本结构，工作流程，自动化控制，燃烧控制以及二级模型在加热炉中应用，对了解辊底式加热炉有很大帮助。 关键词：辊底式炉 淬火 燃烧控制 数学模型 热处理 1、引言 济钢于 2007 年建设一条厚板热处理生产线，该产线引进德国 LOI 公司技术，包括辊底式炉和连续淬火装置。热处理炉将用于钢板的常化、奥氏体化和回火，在氮保护气氛下借助于辐射管通过间接加热对钢板进行热处理。热处理炉全长 59，74 米，可对低合金结构钢、Z 型钢、船用钢、桥梁钢、管线钢、高强度钢等钢种进行处理，单个钢板最长可达 15米，重量最大达 14 吨，温度最高至
2、980，最大处理能为 30 吨/小时。 2、基本结构 我们的加热炉采用安装在顶部和底部的辐射管上的蓄热式烧嘴对钢板进行加热、最高温度可以达到 980。 2.1 炉壳 炉壳的设计各部分现场焊接在一起，炉壳的密封是用一块焊接钢板进行结构加固。辊底式炉的入口和出口区域各有一个门廊（门帘） 。炉子中板子经过的直线区域上部和下部耐火的地方采用绝缘纤维阻塞。炉壳还包括炉辊的支撑和带密封的烧嘴。在炉子的每侧都有操作和维护平台，可以方便到达烧嘴区域、设备区域、观察孔区域、传感器和热电偶等位置，方便维护。在炉墙壁中 ， 有维护通路门，以便进入炉内进行必要的清洁和修理操作。这些门用带插销的钢板制作，方便拆装移动，
3、并且用陶瓷纤维绝缘。氮气入口沿着炉顶按固定的间距排列。氮气在入口和出口门廊（门帘）处被排放。为了减少氮气的消耗，炉子的上料和卸料将以最大速度进行，其它时间门关闭。在上料和卸料区域，安装了 2 套用于对炉内的 O2 含量检测的 O2 检测设备。 2.2 炉内辊 炉内辊的尺寸根据处理钢板的最高温度 980确定，能够承受炉内的热负荷及机械压力。考虑上料的运输，炉内安装的 109 根辊的斜度是580mm。辊子的壁厚是 20mm，辊子的筒体离心浇注。为了使炉内辊子达到好的密封效果，热处理炉的壁与辊子的两端端焊接在一起。考虑辊子的密封和支撑，端部焊接在轴上。为了防止热量从辊子中心向轴辐射，端部充填保温纤维
4、。 在炉壳的外部，辊子的驱动端固定有轴承，当辊子受热膨胀时另一端可以通过轴承支座自由膨胀。每个辊子都是通过传动电机和连接轴单独驱动，传动电机通过西门子 M440 变频机调速。棍子以 0.3-20m/min 的速度运行，在卸料区域，棍子能够以 0.3-60m/min 的速度运行。厚的板子需要不超过 0.3m/min 的速度移动。钢板在炉内移动方式采用游荡的方式（例如，向前 1.5m 向后 1m） 。在热处理炉无负荷时，棍子会前后摆动（大概 1.5m 左右） ，这样辊子始终来回移动不下垂。 2.3 燃烧系统 燃烧系统包括烧嘴、控制阀、计量装置和关闭系统。烧嘴与炉内辐射管是分开的。单只辐射管是由耐高
5、温材料制作成的。烧嘴和辐射管被安装在炉壁的左侧和右侧以及炉内辊子的上面和下面。顶部的辐射管装在中间，它们的端部用耐火支架悬在炉顶上，底部的辐射管安在耐火砖制成的支座上面。 3、钢板处理工序流程 3.1 上料、对中和长度及厚度测量 当新板被送到加热炉的上料平台上后，板的相关参数信息通过操作员输入控制系统或是来三级级 MES，一旦板的相关参数信息被确认，板就能被处理了。首先钢板移动到热处理炉前面的对中装置，在到对中装置的过程中，板的长度通过两个光栅根据辊道速度进行测量。这样测得的长度将会与板的相关参数信息进行比较，如果有偏差，操作员需要再次确认。板在上料平台上通过对中装置进行调位，先用提升轨道将板
6、从辊子平台上提起进行中心对准调位，然后电机带着对中凸轮装置把钢板夹正，当凸轮缩回后，板又落到辊子上。 在热处理炉的前面安装一个刷辊装置，当板通过时，清洗板的底部以保证没有任何杂物黏附在热处理炉的辊子上。 这些工序可以在现场手工启动或在操作台启动。 3.2 上料及在热处理炉内的运动 在跟踪系统确认出热处理炉上料区域有足够的空间时，炉门将会被打开，板将以最大速度（20m/min）进行输送上料。当板通过后炉门将会被关闭。板在热处理炉内的通过时间取决于板的厚度、宽度、目标温度和保持时间，此时间由 PLC 系统控制。通过监视炉内辊道速度来跟踪钢板通过热处理炉的过程。通过沿炉子长度方向安装的光栅装置周期性
7、的对板子的位置进行校正。板子不断的被移动，但是一旦回火板的厚度超过 80mm 时，板的移动将产生振荡现象。 3.3 热处理炉卸料并完成淬火 板子在炉内的停留时间是确定的情况下，每个板在经过热处理炉时都会被跟踪监视直到板到达靠近卸料端。 此时考虑是否进行淬火处理，如进行淬火，需要一定的准备工作，系统要确认卸料平台是否有空间接受钢板。如果目标温度经测高温计测得已经达到目标温度，高温保持时间经计算已经足够，板子才允许离开热处理炉。如果板子要进行淬火处理，水阀门打开（震荡情况除外） ，淬火机上面的辊子调整到一定高度。一旦准备就绪，出炉门将打开，板子将离开热处理炉以一定的速度进行淬火处理。如果板子不进行
8、淬火处理（正火处理、回火处理） ，那么上面的淬火辊平台将会上升在最高位，板将以最快速度通过淬火。 4、温度控制 加热炉采用焦炉煤气通过蓄热式的烧嘴进行加热，炉子包括 20 个温度控制区域。烧嘴以脉冲循环模式进行操作。烧嘴的开停时间比例调节根据不同区域的热量需求确定。一个区域不是所有的烧嘴都同时关闭和同时点燃，而是周期性的循环式的关闭和点燃，以增加燃烧效率和改善板子的温度均匀性。每个区域都装有一个热电偶，如果炉顶热电偶故障时，那么底部区域的热电偶将负责两个区域的温度控制。 。 顶部设置一个热值测定仪，燃烧系统能够补偿和调节变化的煤气热值。 20 个区域的温度调控主要依靠 PLC 系统中的 PID
9、 调控软件执行控制。热电偶的值通过线形转化器输入 PLC 系统中。PID 控制器的输出值送到烧嘴脉冲循环控制执行器（在 PLC 系统中）进行处理。单个烧嘴的点火是通过阀门控制煤气和助燃空气，同时开启点火电极进行点火。点火之后，点火电极监视火焰的燃烧情况。烧嘴的工作状态和关闭状态值通过通讯送到 PLC 系统中，这些信号在 HMI 中显示。 加热炉采用在线计算热处理炉内钢板温度的数学模型，利用该数字模型，可以计算钢板沿厚度方向上三个点的温度，即头部、中部和尾部的温度。 当有待退火的钢板进入装料辊道时，或者是操作人员输入相关的数据：长度、宽度、厚度、等级、目标卸料温度、停留时间或者由 L3 传输这些
10、数据。当这些钢板进入炉子时，跟踪系统便开始控制并调节炉子的速度。只要钢板的端部进入炉子，就开始进行温度的计算。钢板内部的温度分布用傅里叶微分方程转换成差分来说明，每一个钢板的温度计算必须在一秒钟内完成。 在钢板经过炉子的过程之中，为计算钢板的温度，炉子实际热电偶的温度十秒钟采样一次，同时考虑炉腔和炉墙对钢板表面的对流和传导传热。将实际计算的钢板温度值与钢板设定温度曲线进行对比，设定温度曲线是根据等级、目标温度和保温时间进行优化，并储存在计算机中的。当实际温度与钢板的设定温度之间存在偏差时，就调节炉子相应部位的温度，以减少实际温度与设定温度之间的偏差。例如，如果生产线上出现故障，计算机将自动降低炉子的温度，这样就可以节省能源及减少太长的停工时间，当没有达到目标温度和保温时间，计算机将拒绝让钢板卸料。 5、总结 自 2007 年热处理炉建成以来，设备运行稳定，加热能力充足，温度控制精确，一直运行良好，生产了多种高附加值钢板，为济钢创造了巨大的经济效益。
