加热模型控制技术：节能、减排、提高轧材质量

加热炉是热轧过程中的主要耗能设备，也是主要排放污染气体粉尘设备，钢坯加热能耗占轧钢工序总能耗的60～70%，加热每吨钢坯的二氧化碳排放量在12～24公斤。改革开放以来，我国轧钢加热炉在炉型结构（硬件）节能方面

加热炉是热轧过程中的主要耗能设备，也是主要排放污染气体粉尘设备，钢坯加热能耗占轧钢工序总能耗的60～70%，加热每吨钢坯的二氧化碳排放量在12～24公斤。改革开放以来，我国轧钢加热炉在炉型结构（硬件）节能方面，做了大量的工作，但在动态加热操作软件节能工作方面欠缺，平均吨钢能源消耗仍比国外先进水平高出10～15%。由此看来，研究在多变的生产条件下，运用模型控制技术，对其炉内钢坯温度实行精准控制，提高热工操作水平，对于热轧厂节能减排以及稳定提高产品质量具有重要意义。在论述这个问题之前，有必要搞清楚影响热轧钢材加热炉节能减排、炉内钢温精确、均匀控制的主要因素有哪些。一是被加热钢坯品种、产品多样化，特殊钢、高强度钢增多，要求炉子温度制度大幅度频繁迅速而严格的变化，以往那种稳定的温度制度无法适应产品质量的提高。二是轧制生产节奏波动，当炉温一定时，钢坯在炉时间长短决定钢坯温度高低。三是冷热坯料混装，不能及时精确地跟踪入炉钢温变化、调节炉子各段供热负荷。四是人工感知现场工况变化，手动经验操作（包括人工设定值，炉温的闭环控制）本身粗糙，加之受着人为因素的影响，一人一个操作法，四班操作难以统一执行标准的热工制度。五是煤气的热值、压力两个参数难以稳定保证；因传统的煤气热值在线检测数据严重滞后、空燃比例系数不能在线实时跟踪调节；加之，传统的炉温闭环调节滞后，造成炉温、钢温波动。六是热工工艺可追溯性差，不利于热工制度的改进和优化。七是产品开发适应性低，使产品开发难度加大。八是没有利用统计分析模型，不利于加热炉的管理上述因素不仅影响炉内钢温精准、均匀的控制，而且浪费大量的能源，增加碳排放量。加热模型控制技术是集生产工艺、自动控制、工程数学、技术装备及计算机软件等专业为一体的综合性技术，国外工业先进国家已经广泛应用于钢铁企业加热基础自动化、过程控制，生产管理系统。加热模型控制技术由模型和控制两部分组成。加热模型是表达炉内钢坯受热物理过程的数学模型，控制系统通过模型可以方便快捷地将主要加热工艺参数自动设定调节到最佳状态。鉴于优质热轧钢材产品加热过程优化控制规律十分复杂，较为完备的数学模型不宜建立，现场炉温、燃料流量、热值计量仪表的检测精度也难满足数学模型控制的要求。鞍山戴维冶金科技开发有限公司针对目前我国热轧钢材加热炉实际情况研发出一种加热模型控制新技术。对加热炉内坯钢温实行精准控制，对于轧钢企业节能减排、稳定提高产品质量大有裨益。该技术将数学模型与人工智能相结合，建立炉内钢坯受热物理过程的数学模型，发布在线实时系统的设定值。其系统由主控模型和基于传感器在线实时最佳燃烧状态、轧制节奏、钢坯开轧温度，待轧、冷热坯料混装、空燃比例、炉膛压力等辅助动态优化数学模型耦合而成，从而大大提高模型控制系统的灵活性、适用性。该系统分为三级，0级手动控制（键盘+鼠标操作），一级半自动控制，二级模型全自动控制。鞍钢线材厂于2003年10月采用鞍山市戴维冶金科技开发有限公司加热炉智能烧钢系统技术，对该厂加热炉仪表计算机系统进行改造，取得了技术进步及经济效益。一是系统实现了智能系统程序控制烧钢，统一了四班操作，操作方式由过去个人分散经验型、粗放型转化为数据型、科学型，稳定了烧钢工艺，极大提高了烧钢质量。二是系统的专家数据库优化模块实现了现有9类74个钢种的热工加热制度的优化，并为后续新钢种热工加热制度的建立与优化预留了足够的空间，而且操作简单、易学、安全、无须专业计算机知识。三是使用该系统后，将开轧钢坯温度稳定在±20℃的合理范围内，同根钢坯轴向温差±15℃，避免了由于出现三线轧制节奏变化、停轧等情况时人工设定炉温调节滞后引起开轧温度大起大落，稳定了轧制生产工艺，提高轧材产品质量，满足生产工艺要求。四是使用该系统后，充分合理的利用热装钢坯余热资源，减低了单位燃料消耗。五是使用该系统后，降低煤气单位燃耗5.5%，按年加热钢坯90万吨，平均燃耗100m3/t计算，年节约煤气4.95X106m3，煤气按0.36元/m3计算，年节约燃料费用178.2万元。六是使用该系统后，降低钢坯氧化烧损0.1%，按年加热钢坯90万吨，节约原料900吨，每吨钢坯按3000元计，氧化铁皮回收180元/吨，则年节约费用253.8万元。以上两项合计，年节约费用共432万元。该技术于2005年6月应用于天津钢铁高速线材厂，256m2（16米×16米）梁底组合式步进式加热炉；2007年5月用于鞍钢厚板厂，293.4m2（9米×32.6米）2#梁底组合式步进式加热炉，均以取得节能减排、优质高产的效果。实践表明：我国轧钢加热炉加热过程动态优化操作模型控制技术，依靠国内自主知识创新，已经取得重大的突破，并日趋成熟。该项技术对于提高我国轧钢加热炉操作水平，稳定提高我国热轧钢材产品质量、实现节能减排大有作为。（来源：中国钢铁新闻网）