CN101922993A - 一种在线实时监测炉膛密封性能预警装置和预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种在线实时监测炉膛密封性能预警装置和预警方法，包括若干个压力传感器、若干个温度传感器以及一预警处理系统。包括以下步骤：(1)根据环境温度及炉压计算特定炉膛内保护气体物质的量；(2)根据保护气体物质的量推断出保护气体体积；(3)根据气体体积公式和保压曲线推断基准流量；(4)利用实际流量和基准流量的差，与设定的流量容许偏差比较，判断出泄露情况，进行预警。本发明大大减少了使用炉子段泄露造成的批量氧化色质量缺陷，同时避免了因炉压异常导致的炉温和板温差等生产异常问题发生，避免燃烧负荷不匹配或燃烧异常引起的辐射管烧红、烧塌，保证了连续性生产节奏。

Description

一种在线实时监测炉膛密封性能预警装置和预警方法

技术领域

本发明涉及冷轧行业连续退火机组炉子段设备技术应用领域，特别涉及一种在线实时监测炉膛密封性能预警装置和预警方法。

背景技术

连续退火的退火工艺包括了加热、均热、缓冷、快冷、过时效、终冷等工艺，连续退火炉成为适应这种工艺的关键，连退各段的温度分布情况如附图1。

带钢在空气中加热退火，会产生氧化和脱碳，影响带钢的表面质量。采用无脱碳、无氧化的加热退火工艺技术，能够避免钢带表面氧化和脱碳，因此炉内必须充满氮(96％)与氢(4％)混合的保护气体，保护气体含氧量＜100ppm。连退炉保护气体流向示意图如附图2所示。按工艺要求炉内是正压，但是在炉壁焊缝处漏点以及炉盖的边沿，依然会发生氧气的对流渗透。原因可能有两个：一、炉内、外较大的氧气浓度差形成了渗入的源动力；二、炉壁的漏点通常是不规则的，如孔道弯曲、孔壁粗糙等，特别是流体和炉壁接触的界面上产生较大的摩擦力，使流速下降，给氧气渗入炉内创造了条件。于是炉子密闭性问题被提出。

检索目前有关连续退火炉炉膛密封性检查方法，均采用保压试验来确定，其具体做法是：在全线停机条件下，将炉盖盖好，放散阀关闭，炉膛出入口封堵，向炉膛注入压缩空气，使炉膛达到一定压力，此时切断压缩空气接入阀；随后，按一定时间间隔测量炉内气氛的压力，做出炉压-时间关系曲线，并和设计时的标准保压试验曲线进行对比，以同一时刻下两条曲线上的炉压差值来判断炉子的密闭性能。这种方法存在以下问题：

1)、保压试验一般在炉膛新建时或者炉膛修复后进行，对于稳定运行后炉子，只在产品出现氧化色时进行，而此时炉膛密封性能已经下降到使其丧失功能的程度。因此，炉子密封性能缺乏有效的实时预警，实时性较差；

2)、由于保压试验只能在停机后做，而且一般时间需要2天以上的时间，影响了连续退火机组有效作业率，停机的损失和代价较大；

本发明对炉膛以密封技术和产生漏气的原因进行了分析，对炉膛密封技术和产生漏气的原因进行了在线检测技术的研究，给出了炉况密闭性预警的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线实时监测炉膛密封性能预警装置和预警方法，克服现有技术在实际应用中存在的问题，大大减少了使用炉子段泄露造成的批量氧化色质量缺陷，而且避免了因炉压异常导致的炉温和板温差等生产异常问题发生，避免燃烧负荷不匹配或燃烧异常引起的辐射管烧红、烧塌，保证了连续性生产节奏。

为了达到上述目的，本发明提供了一种在线实时监测炉膛密封性能的预警装置，包括一炉室，还包括：若干个压力传感器，设置在所述炉室内，测试炉室内压力数据；若干个温度传感器，设置在所述炉室内，测试炉室内温度数据；以及一预警处理系统，接收所述压力传感器的压力数据和温度传感器的温度数据，分析炉膛内的密封情况，选择性发出警报信号。

优选地，还包括：一蜂鸣器，该蜂鸣器连接所述预警处理系统，接收到所述预警处理系统发出的警报信号时鸣叫。

一种在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，包括以下步骤：

(1)根据环境温度及炉压计算特定炉膛内保护气体物质的量；

(2)根据保护气体物质的量推断出保护气体体积；

(3)根据气体体积公式和保压曲线推断基准流量；

(4)利用实际流量和基准流量的差，与设定的流量容许偏差比较，判断出泄露情况，进行预警。

优选地，所述的步骤(1)中保护气体物质的量的逻辑式如下：

$n=\frac{P\·V}{R\·T}$

其中，P——保压曲线上的炉压，Pa；

V——炉膛容积，m3；

T——环境热力学温度，K；

n——保护气体物质的量，mol；

R——常数。

优选地，所述的步骤(2)中各工况下保护气体体积的逻辑式如下：

$Q=\frac{P\·V\·m}{R\·T\·\mathrm{\ρ}}$

其中，Q——保护气体的体积，m³；

m——保护气体摩尔质量，g/mol；

ρ——保护气体的密度，g/m³。

优选地，所述的步骤(3)中保护气体基准流量的逻辑式如下：

$\mathrm{\Φ}=\frac{Q_1-Q_2}{t_2-t_1}$

其中，Φ——保护气体的流量基准值，Nm³/h；

Q₁、Q₂——炉压上限和炉压下限时保护气体的体积，m³；

t₁、t₂——时间，h。

优选地，所述的步骤(4)中推断保护气体泄露情况的逻辑式如下：

|Φ_实际-Φ|＞ε

其中，Φ_实际——保护气体实际流量，Nm³/h；

Φ——保护气体的流量基准值，Nm³/h；

ε——流量容许偏差，Nm³/h，根据长期数据统计结果取ε＝50Nm³/h。

依据炉膛设计时密封参数值和保压曲线为基础数据，依据行业规定的炉压上限和下限值，在保压曲线上取上述炉压范围内的邻近两点压力值，结合炉子容积数据，推导出各种工况下炉膛保护气体流量的基准值，以表格形式存储在炉膛密封性能预警系统中，同时，依据运行实绩，给出保护气体流量在正常生产时的波动量大小，将机组各炉膛保护气体实际流量值实时传输给炉膛密封性能预警系统，预警系统接收到数据，查找表格中相应工况的基准流量，计算实际值和基准值之差的绝对值，并和波动量进行比较，绝对值大于波动量则进行炉膛密封性能预警。流程如附图3所示。本发明的特征还在于对炉膛密封优劣进行实时监测预警，较明显地改善了机组运行有效作业率，同时对机组生产产品质量起到了一定的促进作用。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明大大减少了使用炉子段泄露造成的批量氧化色质量缺陷，而且做炉膛密封试验问题改进为目前不停机即可在线检测炉膛密封功能，此外又进一步给出了炉膛泄漏点确切位置，较显著地提高了机组有效作业率和成材率，同时避免了因炉压异常导致的炉温和板温差等生产异常问题发生，避免燃烧负荷不匹配或燃烧异常引起的辐射管烧红、烧塌，保证了连续性生产节奏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是连续退火炉保护气体流向示意图。

图2是连续退火工艺曲线图。

图3为本发明实施例1中的27度时连退均热炉(带钢发生再结晶过程的炉膛称为均热炉，以下简记SF炉)室温下的保压曲线示意图。

图4为本发明实施例1中SF炉保护气体流量预警示意图。

图5是预警系统模块示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图3-5来具体介绍一种本发明的较佳实施例。

实施例1

如图3所示，将本发明用于连退机组退火炉炉况密闭性预警。1420连退机组包含9个炉膛，其中带钢发生再结晶过程的炉膛称为均热炉，简记为SF炉；1420连退机组的产品按照再结晶温度的高低区分为高温料和低温料，其中再结晶温度在680℃以下的产品成为低温料。以下将以SF炉生产低温料的过程进行预警模型的说明。下文将具体介绍其实施方法，同时参照图5所示。

在SF炉的保护气体接入口，设一个监测保护气体流量监控点，用于测得实际保护气体流量值Φ，在炉膛的中部插入一个热电偶，用于监测炉膛温度T，再在炉膛里引出一个压力监测点，用于监测炉膛压力P值。

炉体密闭性预警过程

1)、生产低温料时的SF炉保护气体流量基准值计算

生产低温料时SF炉的目标温度为645℃，即公式(3)中的T＝645℃；SF炉压范围在0.28Kpa～0.31Kpa之间，记上限P₁＝0.31Kpa，下限P₂＝0.28Kpa，此处的P₁、P₂即为公式(3)中的P。SF炉容积V_SF＝400m3，保护气体物质的量(96％的N2+4％的H2)m_pro＝27，保护气体的密度ρ_pro 1.25g/m3，记P₁、P₂下保护气体的量分别为Q₁、Q₂，则按照公式(3)有：

$\begin{array}{cc}{Q}_1=\frac{P_1\·V_{\mathrm{SF}}\·m_{\mathrm{pro}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{pro}}\·R\·T}=350.93m^3& Q_2=\frac{P_2\·V_{\mathrm{SF}}\·m}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{pro}}\·R\·T}=316.97m^3\end{array}$

将SF炉温度为645℃时的炉压上下限值，换算成保温试验温度27℃下对应的炉压值，则当P₁＝0.31Kpa时，对应保温曲线上的压力值为0.10Kpa，记此时在保温曲线上对应的时间为t₁，t₁＝51min＝0.85h；当P₂＝0.28Kpa时，对应保温曲线上的压力值为0.09Kpa，记此时在保温曲线上对应的时间为t₂，t₂＝62分钟＝1.0333h。代此处的t₁、t₂以及计算出的Q₁、Q₂如公式(4)，则有：

${\mathrm{\Φ}}_{645}=\frac{Q_1-Q_2}{t_2-t_1}=\frac{350.93-316.97}{1.0333-0.85}=395m^3/h$

因此该数值即为SF炉炉压维持在0.31Kpa～0.27Kpa、炉温维持在645℃时保护气体流量基准值。按照工艺规程将其拓展为：温度范围为630℃-670℃时的保护气体流量基准值395m³/h。将此流量基准值及相关温度范围对应存储于炉子密封性能预警系统中。

2)、生产低温料时保护气体流量预警阀值的确定

通过前期SF炉流量数据和炉压数据稳态下的统计分析，在0.31Kpa～0.27Kpa炉压范围及对应的630℃-670℃温度范围下，保护气体流量波动的上下限差值在27m³/h左右。考虑到将基准流量对应的目标温度扩展到一定的温度范围带来的误差，以及计算误差等因素，因此，设定SF保护气体在630℃-670℃流量预警阀值ε＝50m³/h。将该预警阀值机相关的温度范围对应存储于炉子密封性能预警系统。

3)、生产中的预警实现

SF炉保护气体接入的总管路上安装流量计，标记为FT503-1，其流量值记为Φ_实际，传输到炉子密封性能预警系统；同时炉膛内安装有热电偶检，标记为TE-312-1，测得温度值通过数据采集器传输到炉子密封性能预警系统；炉子底部安装炉压监测器，标记为PT520-2，炉压检测值通过数据采集器传输给炉子密封性能预警系统。炉子密封性能预警系统实时接收温度信号，根据温度值查找系统中对应的温度范围，进而查找到该温度范围对应的保护气体流量基准值，生产低温料时该值记为Φ₆₄₅。将Φ_实际与Φ₆₄₅按照公式(5)实时进行计算，当在下述公式成立的情况下，则判断炉膛泄露，进行预警。否则，无预警

如图4所示，为2008年11月22日甲/中班生产时，保护气体的流量预警情况。当时生产规格为0.23mm*983mm的T-5料，其目标退火温度设定为645℃，炉膛温度在630℃-670℃范围内，SF炉压按工艺规程要求设定在0.31Kpa～0.28Kpa范围，自动控制。生产至15点56分左右，保护气体流量异常上升，持续超过报警线，出现密封性报警，紧急插入过渡卷，派人排查炉辊套密封圈、炉盖紧固螺钉、窥视孔及气体管道阀门，最终发现炉底盖一角紧固螺钉断裂，造成保护气体泄漏。马上更换螺钉后恢复正常生产。由于预警及时，仅造成半卷氧化色缺陷钢卷。

综上可知，本发明大大减少了使用炉子段泄露造成的批量氧化色质量缺陷，而且做炉膛密封试验问题改进为目前不停机即可在线检测炉膛密封功能，此外又进一步给出了炉膛泄漏点确切位置，较显著地提高了机组有效作业率和成材率，同时避免了因炉压异常导致的炉温和板温差等生产异常问题发生，避免燃烧负荷不匹配或燃烧异常引起的辐射管烧红、烧塌，保证了连续性生产节奏。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种在线实时监测炉膛密封性能的预警装置，包括一炉室，其特征在于还包括：

若干个压力传感器，设置在所述炉室内，测试炉室内压力数据；

若干个温度传感器，设置在所述炉室内，测试炉室内温度数据；以及

一预警处理系统，接收所述压力传感器的压力数据和温度传感器的温度数据，分析炉膛内的密封情况，选择性发出警报信号。

2.如权利要求1所述的在线实时监测炉膛密封性能预警装置还包括：一蜂鸣器，该蜂鸣器连接所述预警处理系统，接收到所述预警处理系统发出的警报信号时鸣叫。

3.一种在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据环境温度及炉压计算炉膛内保护气体物质的量；

(2)根据保护气体物质的量推断出保护气体体积；

(3)根据气体体积公式和保压曲线推断基准流量；

(4)利用实际流量和基准流量的差，与设定的流量容许偏差比较，判断出泄露情况，进行预警。

4.如权利要求3所述的在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，其特征在于所述的步骤(1)中保护气体物质的量的逻辑式如下：

$n=\frac{P\·V}{R\·T}$

其中，P——保压曲线上的炉压，Pa；

V——炉膛容积，m³；

T——环境热力学温度，K；

n——保护气体物质的量，mol；

R——常数。

5.如权利要求4所述的在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，其特征在于所述的步骤(2)中保护气体体积的逻辑式如下：

$Q=\frac{P\·V\·m}{R\·T\·\mathrm{\ρ}}$

其中，Q——保护气体的体积，m³；

m——保护气体摩尔质量，g/mol；

ρ——保护气体的密度，g/m³。

6.如权利要求5所述的在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，其特征在于所述的步骤(3)中保护气体基准流量的逻辑式如下：

$\mathrm{\Φ}=\frac{Q_1-Q_2}{t_2-t_1}$

其中，Φ——保护气体的流量基准值，Nm³/h；

Q₁、Q₂——炉压上限和炉压下限时保护气体的体积，m³；

t₁、t₂——时间，h。

7.如权利要求6所述的在线实时监测炉膛密封性能的预警方法，其特征在于所述的步骤(4)中推断保护气体泄露情况的逻辑式如下：

|Φ_实际-Φ|＞ε

其中，Φ_实际——保护气体实际流量，Nm³/h；

ε——流量容许偏差，Nm³/h。

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