连续镀锌机组退火炉RTF段温度稳定性的控制

摘 要：温度控制是退火炉控制核心，保证退火炉的温度稳定是保证镀锌产品质量稳定的重要因素，在原来的退火炉控制系统基础上， RTF段中部又增加了一个带钢温度检测点，来实现带钢温度的两级控制，从而克服系统波动带来的带钢退火温度不稳定而引起的退火质量不均匀的问题，进而提高镀锌冷轧板产品的质量。

关键词：RTF段 温度控制 稳定性

0 引言

攀钢2#镀锌线自投产以来，由于其运行和产品质量稳定，在国内冷轧镀锌钢带市场上享有较好的声誉，也给公司带来了巨大的经济效益。近年来，由于科技水平的不断提高，控制技术的不断进步，新建镀锌线生产的产品质量有了更进一步的有了提高，所以市场的需求也对镀锌产品的质量有了更高的要求。目前只有以提高产品质量来提高产品在市场上的竞争力，给公司带来更大的。

提高产品质量，减低生产成本。从生产设备上来讲，就是提高设备控制精度，使得设备所形成的控制模型更加的复合生产所要求的控制模型；提高设备的稳定性，减少停机次数，减少生产过程中的能量消耗。在此是通过提高RTF段的温度稳定性控制来满足提高产品质量和节能降耗的要求。

1 RTF加热方式分析

退火炉是采用美钢联法设计的立式退火炉，在其中运行10层带钢，每一层带钢长28米，为带钢加热的W型辐射管共有128个，分成了A～J共10列，分配到了7个加热平台上，每一个平台又分成了操作侧和传动侧，在每一个列和每一个加热平台的辐射管分配是不均匀的。在第五层的每一个烧嘴的辐射管上都安装了热电偶，来检测辐射管的温度，对所在列形成辐射管温度的闭环控制；在辐射管加热段RTF段的出口安装了红外高温辐射计，来测量RTF段出口的带钢温度，来形成对带钢温度的闭环控制。在正常生产过程中， RTF温度控制采用了管温控制和带钢温度控制相结合的方法。

管温控制和带钢温度控制相结合形成了对温度的双闭环控制，管温控制对每一列辐射管独立形成了内环控制，而带钢温度控制形成了对整个退火炉带钢加热温度的外环控制，其自动控制原理图如图1所示：对每一列烧嘴都设定

了目标加热温度值，退火炉控制系统将带钢的加热需求分配到了每一列，通过每一列各自的目标温度值计算出了各自的加热需求；在辐射管加热段的出口根据探测到的实际带钢温度和设定的目标带钢温度，也计算出了一个对带钢的总体加热需求，将这个加热需求分配到了每一个列。在管温控制和带钢温度控制中形成的两个加热需求中取较小值，作为目标温度的加热需求分配到了所属列的烧嘴，从而去控制烧嘴的点火和燃烧时间，得到带钢退火所需要的目标温度值。其加热控制原理图如图2所示：

3 两级温度控制系统的形成

两级带钢温度控制系统是在RTF段F列烧嘴的出口处又增加了一个带钢温度检测点，其在RTF段的位置如图3所示：这个温度检测点即可以探测到带钢在此的加热温度值，又可以形成对它之前的列（A―F列）加热需求的分配和温度的控制；对于在RTF段出口探测到的带钢温度，是对带钢最终的一个退火温度

两级控制系统在原来的只有一个带钢温度检测点的系统中，又增加了一个带钢温度检测点，在将带钢加热到退火温度的过程中，采用了层层递进逐步加热的方法，使带钢最终加热到了退火设定温度值。

4 两级温度控制系统分析

两级控制系统在整个退火炉温度控制中形成了更大的优势，其运行稳定可靠，调节时间短，再加之PID调节器在控制系统中的运用，其温度控制所形成的模型更加的接近了带钢退火所需要的数学模型，使得带钢退火更加的均匀稳定。

4.1 提高了带钢退火的均匀性

由于温度控制响应速度缓慢，外界的不确定扰动（外界对一列带钢加热过程带来的扰动如图5所示）对控制系统的影响，使得整个控制系统存在着调节时间长、震荡幅度大的非周期性震荡。这个震荡使得温度的最底点虽然也在钢带退火再结晶温度以上，但它的不稳定依然造成了带钢在不同位置的退火体积分数不稳定，从而也将影响了镀锌带钢的质量的不稳定。两级控制系统的形成使得系统抵抗外界扰动的能力增强，系统更加的稳定。两级控制系统是将原来的系统分成了在控制量上联系在控制中互不影响的两个系统，这也将互补系统震动所引起的温度不稳定，减小温度超调，使得带钢退火温度更加的稳定，从而钢板退火质量也更加稳定。两个系统对钢板退火体积分数在不同位置的影响如图6 所示：从图中可以看处，在一级控制系统中的大幅度大周期的震荡在二级控制系统中形成了小周期小幅度的震荡从而使得钢带的退火体积分数分数更加的均匀稳定。

4.2 更加接近钢带退火的数学模型

在带钢退火中形成的控制思想是让带钢尽可能快的达到再结晶退火温度，再让带钢在再结晶温度下停留尽可能长的时间，其加热时间与带钢温度的曲线如图7所示。在形成的二级温度控制系统中，在第一级下让带钢快热，快速达到退火所需要的温度值，在第二级下将带钢进一步加热到退火温度，并在退火温度下保持一定的时间让带钢退火更加完全。带钢退火的体积分数―温度―时间关系图如图8所示：

两级温度控制系统形成的数学模型更加接近了图7所示的钢带再结晶的时间―温度模型，使得退火更加完全。

5 辐射管加热功率对控制系统的影响

在不同列的单个辐射管的加热功率的分布是不相同的，在退火炉设计的过程中已经将每一个烧嘴和每一个列的加热功率设计好了，烧嘴的功率分布在RTF段内的分配如下表所示：从图中可以很清楚地看到在每一列烧嘴的数量及其单个

烧嘴和总功率的分配，可以看出在前面的列中辐射管的功率设置的较大，在后面列中设置的较小，这样的功率分配是适应了带钢的受热模型和控制系统稳定控制的要求的，大功率可以让带钢快热，小功率使带钢精细地加热到目标温度值。在现在形成的两级控制系统中，将更大的提高一级系统中的辐射管的加热功率，这样不仅可以得到带钢快速加热的目的，而且较大的加热功率将提高温度的反应速度，从而提高了控制系统的快速性，提高了温度控制的稳定性。

6 结束语

冷轧带钢在退火对带钢产生了以下的影响：一是使钢带在退火炉内消除轧制应力，改善力学性能并使带钢加热到了一定的温度；二是在完成退火过程的同时，带钢表面的一层氧化膜被炉内氢气还原成纯铁层，为热镀锌准备好附着力极强的表面状态；三是完成退火和还原后的带钢在退火炉通过快冷和缓冷，准确地控制进入锌锅是的温度，是带钢在最佳镀锌温度下完成镀层工艺；四是保持或改善镀锌钢带板型。

两级控制系统优化了带钢退火完成的功能，实现了对过程控制系统稳、准、快三要素的要求得到了进一步的改善，适应了工艺质量的要求；系统稳、准、快的三要素也最终体现到了生产的产品上，提高了产品质量，增强产品在市场上的竞争力，提高了经济效益。

参考文献：

【1】 张启富等，热镀锌技术的最新进展【J】，钢铁研究学报，2000.4（14）；

【2】 Douglas C. Wynne. Development of Galvanizing in the U.K. Tron & Steel Engineer， July 1987；

【3】 吴光治，热处理进展【M】，国防工业出版社，1998.6。