[發明專利]輥底式熱處理爐的高精度高可靠爐溫控制系統和方法

有效

• 申請號: 201410609834.2
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104388667A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 李星;李永泉;黃懿明;吳明光
• 申請（專利權）人: 浙江大學;李永泉
• 主分類號: C21D11/00
• 分類號: C21D11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬輥底式熱處理爐的爐溫控制技術范疇，尤其是指輥底式熱處理爐的高精度高可靠爐溫控制系統及其方法。?

背景技術

2013年我國生產粗鋼77904萬噸，首超全球鋼產量的一半；同時一個不爭的、令人尷尬的事實是全行業陷入產能過剩、效益下降的窘境。淘汰落后的過剩產能，面向市場優化行業結構、調整生產布局，增加產品的技術含量和附加值是鋼鐵行業擺脫困境的唯一出路。熱處理能改善金屬材料的組織結構、改進材料的理化指標，使零部件質量和壽命大大提高；熱處理爐則是熱處理工藝的必要設備。輥底式熱處理爐在三大主流熱處理爐中占有一席之地，經其處理的鋼材不僅性能優良，而且具有能耗低產量高、易于實現機械化和自動化的優勢。?

輥底式熱處理爐借助變頻傳動技術領域的成果、以及耐火高鋁纖維或高鋁質耐火澆注新材料的問世、特別是脈沖燃燒調控供熱量技術的突破，長期阻礙其發展的物料輸送可控問題、熱處理爐壽命問題、調節燃燒按需供熱的技術難題，均得到解決或相當程度的緩解。另一方面，輥底式熱處理爐的爐溫控制系統在精度和可靠性上的缺陷卻日漸凸現、亟待解決；本發明圍繞輥底式熱處理爐的爐溫控制展開。?

首先，輥底式熱處理爐的溫度測量精度和可靠性差強人意、有待提高。目前，廣泛使用K型熱電偶溫度傳感器；在輥底式熱處理爐的惡劣工況下，熱電偶故障率偏高、精度偏低，導致爐溫控制系統的性能下降。立足現有的熱電偶溫度傳感器，從熱電偶溫度傳感器的組成結構、以及傳感器的數據處理兩方面切入，有望消除困擾業界多年的難題。?

其次，輥底式熱處理爐負荷變化時，理論上燃氣和空氣需作同步改變，且兩者間還需維系空氣過剩系數μ于1.02～1.10；鑒于空氣流量的動態響應遠較燃氣流量的動態響應慢，一旦輥底式熱處理爐出現大幅度的熱負荷變化、比值控制下的燃氣和空氣流量改變會出現不同步、即熱負荷過渡過程中將難以維系空氣過剩系數μ于1.02～1.10；從阻止缺氧燃燒(環保)或過氧燃燒(節能)的視?角考量，業內通行的舉措是引入“雙交叉限幅法”。阻止缺/過氧燃燒，雙交叉限幅法的有效性得到了工程實踐的有力支持，但雙交叉限幅法在動態響應方面的缺陷卻廣受詬病、亟待改進。?

第三，輥底式熱處理爐的爐溫是典型的非線性、大滯后對象；傳統的PID，以及Fuzzy_PID的控制效果欠佳，探尋更有效的控制祘法己列入議事日程。?

本發明旨在彌補輥底式熱處理爐爐溫控制系統的不足。目前，較有代表性的知識產權成果綜述如下：?

·發明專利“熱處理爐溫模糊控制系統”(申請號201110361174.7)，提出由熱電偶測量熱處理爐內每個加熱段的爐溫，并通過控制器的模糊控制模塊處理后調節相對應的燃氣控制閥控制燃氣噴入量，從而精確控制并及時調整熱處理爐的爐溫。?

·發明專利“一種多功能連續熱處理爐及熱處理方法”(專利號ZL201110443767.8)，熱處理爐包括均熱爐段、多個二次風高速調溫燒嘴、加熱爐段、多個高速燒嘴、助燃空氣管道、煤氣管道；均熱爐段采用二次風高速調溫燒嘴進行供熱，加熱爐段采用高速燒嘴進行供熱。熱處理方法具有操作簡便、爐溫均勻性好等特點。?

·發明專利“一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法”(ZL?200910272332.4)，提出熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法：①當加熱區域的溫控段沒有鋼坯進入的時候，用模糊自適應PID脈沖調節進行溫度控制；②根據熱處理爐物料跟蹤信息獲知有鋼坯進入加熱區域的時候，切斷模糊自適應PID脈沖調節控制，進行熱能平衡控制；③根據熱處理爐物料跟蹤信息獲知鋼坯離開的時候，再切換到模糊自適應PID脈沖調節進行溫控，恒定此溫控段溫度；④在均熱區域始終采取常規PID脈沖調節進行溫度控制。?

上述有益探索，提出了采用模糊控制調節爐溫；二次風高速調溫燒嘴對均熱爐段供熱，高速燒嘴對加熱爐段供熱的爐溫控制策略；有/無鋼坯分別按熱能平衡/模糊自適應PID脈沖調節控制爐溫。研究成果有一定的參考價值，但探索成果仍存在局限；因此，有必要在現有研究成果的基礎上作深入的研究與創新，立足輥底式熱處理爐、探尋提高爐溫控制精度和可靠性的新技術和方法。?

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種輥底式熱處理爐的高精度高可靠爐溫控制系統及其方法。?

輥底式熱處理爐的高精度高可靠爐溫控制系統，包括PLC下位機、工控上位機，以及11個燃燒控制區構成的爐膛；?