[发明专利]辊底式热处理炉的高精度高可靠炉温控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明属辊底式热处理炉的炉温控制技术范畴，尤其是指辊底式热处理炉的高精度高可靠炉温控制系统及其方法。 

背景技术

2013年我国生产粗钢77904万吨，首超全球钢产量的一半；同时一个不争的、令人尴尬的事实是全行业陷入产能过剩、效益下降的窘境。淘汰落后的过剩产能，面向市场优化行业结构、调整生产布局，增加产品的技术含量和附加值是钢铁行业摆脱困境的唯一出路。热处理能改善金属材料的组织结构、改进材料的理化指标，使零部件质量和寿命大大提高；热处理炉则是热处理工艺的必要设备。辊底式热处理炉在三大主流热处理炉中占有一席之地，经其处理的钢材不仅性能优良，而且具有能耗低产量高、易于实现机械化和自动化的优势。 

辊底式热处理炉借助变频传动技术领域的成果、以及耐火高铝纤维或高铝质耐火浇注新材料的问世、特别是脉冲燃烧调控供热量技术的突破，長期阻碍其发展的物料输送可控问题、热处理炉寿命问题、调节燃烧按需供热的技术难题，均得到解决或相当程度的缓解。另一方面，辊底式热处理炉的炉温控制系统在精度和可靠性上的缺陷却日渐凸现、亟待解决；本发明围绕辊底式热处理炉的炉温控制展开。 

首先，辊底式热处理炉的温度测量精度和可靠性差強人意、有待提高。目前，广泛使用K型热电偶温度传感器；在辊底式热处理炉的恶劣工况下，热电偶故障率偏高、精度偏低，导致炉温控制系统的性能下降。立足现有的热电偶温度传感器，从热电偶温度传感器的组成结构、以及传感器的数据处理两方面切入，有望消除困扰业界多年的难题。 

其次，辊底式热处理炉负荷变化时，理论上燃气和空气需作同步改变，且两者间还需维系空气过剩系数μ于1.02～1.10；鉴于空气流量的动态响应远较燃气流量的动态响应慢，一旦辊底式热处理炉出现大幅度的热负荷变化、比值控制下的燃气和空气流量改变会出现不同步、即热负荷过渡过程中将难以维系空气过剩系数μ于1.02～1.10；从阻止缺氧燃烧(环保)或过氧燃烧(节能)的视 角考量，业内通行的举措是引入“双交叉限幅法”。阻止缺/过氧燃烧，双交叉限幅法的有效性得到了工程实践的有力支持，但双交叉限幅法在动态响应方面的缺陷却广受诟病、亟待改进。 

第三，辊底式热处理炉的炉温是典型的非线性、大滞后对象；传统的PID，以及Fuzzy_PID的控制效果欠佳，探寻更有效的控制祘法己列入议事日程。 

本发明旨在弥补辊底式热处理炉炉温控制系统的不足。目前，较有代表性的知识产权成果综述如下： 

·发明专利“热处理炉温模糊控制系统”(申请号201110361174.7)，提出由热电偶测量热处理炉内每个加热段的炉温，并通过控制器的模糊控制模块处理后调节相对应的燃气控制阀控制燃气喷入量，从而精确控制并及时调整热处理炉的炉温。 

·发明专利“一种多功能连续热处理炉及热处理方法”(专利号ZL201110443767.8)，热处理炉包括均热炉段、多个二次风高速调温烧嘴、加热炉段、多个高速烧嘴、助燃空气管道、煤气管道；均热炉段采用二次风高速调温烧嘴进行供热，加热炉段采用高速烧嘴进行供热。热处理方法具有操作简便、炉温均匀性好等特点。 

·发明专利“一种热处理炉脉冲燃烧的温度控制方法”(ZL 200910272332.4)，提出热处理炉脉冲燃烧的温度控制方法：①当加热区域的温控段没有钢坯进入的时候，用模糊自适应PID脉冲调节进行温度控制；②根据热处理炉物料跟踪信息获知有钢坯进入加热区域的时候，切断模糊自适应PID脉冲调节控制，进行热能平衡控制；③根据热处理炉物料跟踪信息获知钢坯离开的时候，再切换到模糊自适应PID脉冲调节进行温控，恒定此温控段温度；④在均热区域始终采取常规PID脉冲调节进行温度控制。 

上述有益探索，提出了采用模糊控制调节炉温；二次风高速调温烧嘴对均热炉段供热，高速烧嘴对加热炉段供热的炉温控制策略；有/无钢坯分别按热能平衡/模糊自适应PID脉冲调节控制炉温。研究成果有一定的参考价值，但探索成果仍存在局限；因此，有必要在现有研究成果的基础上作深入的研究与创新，立足辊底式热处理炉、探寻提高炉温控制精度和可靠性的新技术和方法。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种辊底式热处理炉的高精度高可靠炉温控制系统及其方法。 

辊底式热处理炉的高精度高可靠炉温控制系统，包括PLC下位机、工控上位机，以及11个燃烧控制区构成的炉膛；