CN1777785B - 控制冶金加热炉中的产品温度均匀性的方法和加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制加热炉中加热的冶金产品、特别是初轧板坯或锭坯的温度均匀性的方法，所述加热炉在其两个相对侧面的每一个上装有侧向燃烧器，所述侧向燃烧器与产品在所述加热炉中的移动方向平行，根据该方法，使侧向燃烧器以全开或全关的方式运行，并调节每个燃烧器的运行时间和停止时间，以得到需要的温度。选择展开火焰式燃烧器(B1-B4)作为侧向燃烧器；使这些燃烧器以接近最高状态或以最高状态运行；并且，选择燃烧器(B1-B4)的点火顺序，以有利于烟气的混合和流动，进而减少所述火焰的热点，并使炉壁和产品得到更好的温度均匀性。

Description

控制冶金加热炉中的产品温度均匀性的方法和加热炉

技术领域

本发明涉及控制装设有侧向燃烧器的加热炉中的冶金产品、特别是初轧板坯(brame)或锭坯(billette)的温度均匀性的控制方法。

背景技术

冶金加热炉的作用是把产品带到一给定的轧制温度，并且产品的所有点都具有良好的温度均匀性。

加热炉的加热传统上通过燃烧器来达到，所述燃烧器被提供有空气和矿物燃料，且安设在炉壁上。燃烧器的特征在于它们对于不同运行工作状态(régime)的功率和火焰的形状，功率和火焰形状取决于它们的设计、和燃料以及助燃剂的压力和流量。火焰一般具有一个特征热型面，其特征在于存在一个集中了很大部分释放的能量和辐射的热点。控制火焰热点的位置不是简单的事，因为这个位置是可变的，并且取决于燃烧器的工作状态，而燃烧器的工作状态本身又取决于加热炉的热需求。

燃烧器产生的火焰的热型面对炉壁和位于炉壁附近的产品的温度分布有直接的影响，产品根据火焰热点的位置或多或少地直接产生相同形状的温度分布。

燃烧器火焰的热点越集中并且热点温度相对于产品表面温度越高，产品上的温度差就越大。

如果火焰热点与产品之间存在辐射障碍——例如产生阴凉效应(effet d′ombre)的产品支座产生的辐射障碍，则也会在产品上产生温度差。

如果产品暴露在强辐射下，则它们还具有在它们的端部变得更热的趋势，因为除了它们的两个主要表面(上、下表面)外，它们的端部也暴露在火焰或炉壁的辐射中。火焰的热点对加热炉侧壁的影响加重了这种现象，加热炉的侧壁参与了产品端部的过热。

位于厚的产品批次之间的并且暴露在相同热状态中的最薄的产品也会过热，反之亦然。

为了补偿加热装置的这些不完善之处，一般可注意到，在加热炉的出口处，产品被加热到一个比理想的轧制温度高几十度的温度，以保证产品所有的点都在理想轧制温度以上。但是，温度的非均匀性，且特别是冷点在轧钢机的框架中产生很大的力，并在最终产品中产生可以感觉到的厚度或形状变化。

减少炉中加热的产品中的温度差曾经始终是加热炉的使用者和建造者忧虑的一个重要问题，并且该问题通常导致多种改进方向，例如：

-使燃烧器在加热炉中处于一个更好的位置，和/或增加燃烧器的数量，但燃烧器的单位功率更低；

-通过调节燃烧器热点的位置和使用燃烧器的持续时间，改进燃烧器的管理。

特别是，根据FR-A-2794132(9906725)，其公开：使侧向燃烧器以全开或全关的(en tout ou rien)运行，并调整每个燃烧器运行和停止的时间，以得到希望的温度。

根据该已有技术，通过局部利用火焰和燃烧烟气(fumée)的辐射并考虑它们的分布特征和不足来控制热点的位置。通过主要考虑燃烧器火焰中温度分布的缺陷开展对一个在加热炉出口处的温度均匀产品的研究，并试图通过一些使加热能量在一个产品床中正确定位的方法从中得到答案。

根据FR-A-2794132的局部过热管理是有效的，但是存在局限性，因为这种管理导致燃烧器和加热炉的控制/操纵设备的复杂性增加，以便通过一种计算方法根据产品的位置和加热炉出口处实现的温度测量单独管理燃烧器热点的位置。

另外，尽管有控制加热炉的热图表的复杂性，可注意到，对燃烧器的每个运行状态，仍然存在小的但明显的残余非均匀性，这种非均匀性与火焰热点与产品以及炉壁之间的高温度差有关，并与大的阴凉效应有关。这些非均匀性表现为产品端部与它的中心之间的温度差、以及位于产品上的在贴靠在位于加热炉中的支座处的冷点的存在。

US-A-4281984提出使燃烧器交替点火并改变助燃剂和/或燃料的流量，这导致燃烧器运行状态的改变。这不利于燃烧器的良好效率，对一个均匀的温度也不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，这种方法在保持使用简单、经济的同时，保证在冶炼炉中加热的产品温度更均匀，以限制出现轧制作业的缺陷。

根据本发明，提出控制加热炉中加热的冶金产品、特别是初轧板坯或锭坯的温度均匀性的方法，所述加热炉在其两个相对侧面的每一个上装有侧向燃烧器，所述侧向燃烧器与产品在所述加热炉中的移动方向平行，根据该方法，使侧向燃烧器以全开或全关的方式运行，并调节每个燃烧器的运行时间和停止时间，以得到需要的温度，该方法的特征在于，选择具有展开火焰(flamme étalée)的燃烧器作为侧向燃烧器；使这些燃烧器以接近最高状态或以最高状态运行；选择燃烧器的点火顺序，以有利于烟气的混合和流动，进而减少所述火焰的热点，并使炉壁和产品得到更好的温度均匀性；在所述加热炉的每个侧壁上设置至少两个燃烧器；选择所述燃烧器的点火顺序，以便减少在所述加热炉中的和在所述燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。

FR-A-2784449(9812824)中描述了可能合适的展开火焰式燃烧器。

由于特别使用以“全开或全关”方式运行的展开火焰的燃烧器，并且燃烧器的使用方式是最大程度地减少火焰中热点的存在、以及在炉腔中产生的烟气，加热产品的温度均匀性得到改善。烟气和炉壁的温度均匀大大减少了与根据现有技术实现的加热炉的火焰中固有的存在热点的缺点。

有利地，在所述加热炉的每个侧壁上设置至少两个燃烧器和；并且设定所述燃烧器的点火顺序，以有利于炉中烟气的混合和流动。

优选地，通过计算机控制所述炉腔中的烟气流动的改变，所述计算机使用一些根据产品的热目标(objectif thermique)进行控制的数学算法。

根据负荷的位置、其特征、和其在所述加热炉长度上的前进、以及用于该产品的出口的温度分布和温度目标，通过计算机控制热分布，特别是控制所述加热炉的纵向的和/或横向的温度曲线。

还可以通过计算机控制燃烧器的点火顺序以及这些燃烧器的点火时刻，以便降低炉内以及燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。

通过计算机根据一入炉制造程序和一出口轧制程序控制加热炉中的温度热分布，以便优化产品的加热特征。

以优先回收加热炉入口区域的能量的方式调节注入到所述炉腔中的功率分布。

可以通过在加热之后的轧制作业的过程中进行的测量得出注入的热功率沿炉子的纵向和横向的分布。

可以通过计算机自动计算加热炉的热型面和加热炉输送的产品的纵向热型面，计算机使用数学模型、模糊逻辑系统或神经-预测或其他类型的算法。

本发明还涉及冶金产品特别是初轧板坯或锭坯的加热炉，这种加热炉装设有一些侧向燃烧器，并包括使燃烧器以开或关的方式运行以及调节每个燃烧器的运行和停止时间的控制装置，以便得到希望的温度，其特征在于，所述侧向燃烧器为展开火焰式燃烧器，并且以接近最高状态或者以最高状态运行的方式控制这些燃烧器，且遵循一有利于烟气混合和流动的点火顺序，以减少所述火焰的热点，并用于使炉壁和产品得到更好的温度均匀性；所述加热炉的侧壁上包括至少两个燃烧器；并且设定所述燃烧器(B1-B4)的点火顺序，以有利于烟气的混合和流动；并且设定所述燃烧器的点火顺序，以限制所述加热炉和所述燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。

附图说明

除了上述设置外，本发明还由一定数量的其他设置构成，通过参照附图，更详细地描述实施例，将更清楚地进行讨论，但这些实施例是非限制性的。附图如下：

图1是符合本发明的冶金产品加热炉的正面剖切图。

图2是展开火焰式燃烧器的示意图。

图3是一曲线图，其示意性地示出展开火焰式燃烧器5的几个热通量(flux thermique)运行状态在一加热炉的横向平面中的分布，其中，纵坐标表示热通量变化，横坐标表示距带有燃烧器的加热炉侧壁的距离。

图4是符合本发明的加热炉的示意性的和局部的平面剖面图，加热炉的每个侧壁带有一对燃烧器。

图5是一图表，其表示加热炉的燃烧器在一个点火周期中的点火顺序的实例。

图6至8是图表，其为与图5类似的图表，示出燃烧器点火顺序的其它实例。

具体实施方式

参照图1，可以示意性地看到由绝缘炉腔1组成的加热炉，要加热的产品2被支承梁3支撑在加热炉内，并通过一个机构4从图的右边向左边移动。展开火焰式燃烧器5位于产品2床以上和以下的加热炉的侧壁上。

图2示意性表示设有燃烧通道6的展开火焰式燃烧器，燃烧通道6为拓宽(élargie)的形状，L至少等于H的1.3倍，并且有一些与通道的长对称轴PS和位于炉中产品的平面P平行的燃料注入喷嘴8和助燃剂喷嘴7。燃料和助燃剂注入喷嘴的方向经过选择，使得产生燃烧产品和循环烟气的分布差，以便得到一个保证热通量均匀分布的展开火焰。

参照图4可以示意性地看到一个以平面和剖面图表示的符合本发明的加热炉的实例。这个加热炉装设有四个展开火焰式燃烧器B1-B4，所述燃烧器装备一个加热炉1。要加热的冶金产品2被支撑，并从图的左边向右边移动。加热炉每一侧在侧壁上设有至少四个燃烧器B1、B2、B3、B4，处于产品平面P以上和以下。燃烧器B1、B3分别在燃烧器B2和B4的沿加热炉中的产品移动方向的上游。并且燃烧器B1和B3以及燃烧器B2和B4互相面对地安置。

这些展开火焰式燃烧器由FR-A-2784449提出，它的描述优选地纳入本发明的描述中。

根据展开火焰式燃烧器的设计，展开火焰式燃烧器被设计用于对所有运行状态并在一些可能变化的条件下产生一个展开火焰。

例如，图3表示燃烧器5在加热炉的一个横向平面中的能量或热通量的分布，纵坐标表示能量或热通量，用kW表示，横坐标表示距燃烧器所在的加热炉1的纵向壁的距离。曲线C1、C2、C3表示这个燃烧器的不同运行状态的热通量分布。曲线C1表示燃烧器在低状态下运行，曲线C2为一个中间状态，曲线C3为最高运行状态或全火状态。

可注意到，根据运行状态，对于曲线C3的接近最大状态，火焰沿加热炉5的宽度的展开比较好。图3表示，在低状态下，燃烧器的热点位于炉壁附近，炉壁将过热，导致加热炉出口处产品的端部过热，产品的热型面具有在端部比中心更热的特征。

根据本发明，使展开火焰式燃烧器B1-B4以接近最高状态、或以全开或全关的方式运行，并按照一个能够有利于烟气的混合和流动的顺序点火，以便降低火焰的热点，并使炉壁和产品得到更好的温度均匀性。

这样可以改善热能的分布。对于一个接近最大的唯一运行状态的燃烧器技术的优化可以减少燃烧产物气体中的污染物的排放。

燃烧器的满负荷运行和燃烧器的出口处的非常大的气体速度可以使热能更好地分布在火焰的整个表面，使烟气在炉腔中混合并使烟气流动。因此整体进一步降低火焰的热点，使热能更好地分布在炉壁和产品上。

火焰热点的降低、燃烧器的“全开或全关”类型的运行周期导致的烟气在加热炉中的混合和流动可以使整个烟气团的辐射均匀化，烟气辐射的均匀化产生炉壁与产品的均匀热交换。由于烟气和炉壁温度的均匀化，例如由支座3在产品2的下表面产生的阴凉效应也大大降低，其中所述烟气和炉壁温度均化在产品表面上的热传递，且也均化在支座上的热传递，所述支座的整个表面都达到炉壁的温度。结果是一个具有更好的温度均匀性的出炉产品，这种温度均匀性可以在一个更低的轧制温度下得到更好的轧制质量，因此实现一个冶金和尺寸特性更好的产品。

图5所示的顺序提供了燃烧器B1-B4点火顺序的第一个实例。对每个燃烧器，横坐标表示时间，纵坐标表示与一个非零符号的纵坐标位高对应的运行状态和相当于纵坐标为零的停止状态。因此，运行对应于一城堞(créneau)，它的长度表示接近最大状态的持续时间；燃烧器的非运行或停止对应于一个纵坐标为零的范围。对于一个燃烧器点火周期的时间“T”，每个燃烧器运行的持续时间“t”是所述时间“T”的若干分之一，在一给定的时刻，其相当于总功率的若干分之一，所述总功率安装在加热炉的区域中，并且是这个区域中的加热负荷需要的。根据图5，每个燃烧器运行的持续时间相同。

对于一个周期，燃烧器的运行顺序(图5)如下：B1、B4、B2、B3。按图4所示的设置，燃烧器B1和B4的同时运行或相继运行导致烟气顺时针旋转；然后燃烧器B2和B3同时或相继运行导致烟气逆时针转动。

燃烧器B1和B2然后是B3和B4交替点火可以交替改变烟气在炉内相应区域中流动的方向。

图6表示图4加热炉的燃烧器B1-B4点火顺序和持续时间的另一个实例。燃烧器B1和B3同时运行，燃烧器B2和B4也同时运行。这两对燃烧器交替运行。另外，燃烧器B2和B4运行持续的时间“t2”大于燃烧器B1和B3运行的时间“t1”，这样可以在加热炉的与燃烧器B2和B4对应的区域注入更多的热能，以便使注入的热能适应加热炉的这个部分中的负荷需求。

图7表示燃烧器点火顺序和持续时间的另一个实例，对这个实例，每个燃烧器在一个给定时间内运行，B1的时间为t3，B2为t4，B3为t5，B4为t6，从而与满足加热炉与每个燃烧器相对的部分的热需求相对应。从这个图上看到，对于标注的时刻“ts”，三个燃烧器在运行，而对于标注的时刻“tr”，没有一个燃烧器运行。可以理解，加热炉根据这个模式运行将导致在时刻ts与tr之间以及更广泛地说在燃烧器的点火和熄灭时加热炉和燃烧器的燃料和助燃剂管路中压力水平有很大变化。

图8表示燃烧器B1-B4的不同点火安排，对于t3至t6的相应期间，其与图7限定的运行范例的期间一致。从该图看到，最多有两个燃烧器同时点火，并且没有一个任何时刻所有燃烧器都熄灭。可以理解，对于这个图，加热炉和燃烧器供应管路中的压力变化比图7所示的运行情况小得多。

显然，可以用多种点火顺序改变炉中烟气的混合、和/或炉中热功率的分布、和/或限制炉中或燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。这个原理可以用于燃烧器的数量比实例中的燃烧器数量多的大尺寸加热炉。燃烧器的点火原理也可以用于位于产品平面P以上和以下的燃烧器。

根据装备加热炉的每个燃烧器的位置调节每个燃烧器的运行持续时间的相同原理允许根据负荷在加热炉中的局部特征或要出炉的产品的热特征控制加热炉中的温度图形。

特别是，以优先回收加热炉入口区域的能量的方式调节注入到炉腔内的功率分布，调节的方法是优先给位于加热炉出口的燃烧器点火，以便由此延长位于加热炉入口的热回收区域。

对加热炉中的温度图形和热功率分布的控制允许在产品于加热炉中全部的停留时间期间跟进加热一特定产品或容纳在加热炉中的所有产品。

由于按全开或全关方式使用的展开火焰式燃烧器技术、和通过控制这些燃烧器的点火顺序得到的燃烧气体的混合，加热炉的所有燃烧器在一个由产品的能量需求确定(计算机或调节器)的持续时间中的组合运行允许热负荷以适当的方式分布在加热炉内。

加热炉的燃烧器在一个由产品的能量需求确定的时间中的组合运行、和这些燃烧器的按照一个(计算机或调节器)确定的顺序点火允许减少在加热炉中和在燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。

加热炉1优选包括计算机，所述计算机根据产品上的热目标使用数学控制算法，以便控制每个燃烧器的点火顺序和持续时间，并保证烟气在所述炉子的炉腔中的流动改变。

加热炉1装设的传感器为计算机提供信息，这些信息允许计算机根据产品负荷的位置、其特征以及其在加热炉的长度上的前进以及用于这个产品的出口的温度分布和温度目标控制热能分布，特别是控制加热炉的纵向和/横向的温度曲线。

计算机包括一些用于输入数据的装置，以便使计算机根据一个入炉制造程序和一个出口轧制程序控制在所述炉中的温度的热分布，以便优化产品的加热特征。

一些信息，如在产品中的和来自轧制设备的温度分布或温度可以输入到加热炉的操纵计算机中，以便从中得出要注入的热能沿加热炉的纵向和横向的分布，进而改善要出炉的产品的温度均匀性。

对于计算机的功能，计算机可以使用数学模型、模糊逻辑系统和神经-预测算法，以便计算(确定)加热炉的热型面和要通过加热炉输送的产品的纵向热型面。

本发明带来下面列举的优点。

燃烧器以固定状态运行，由此优化热能在“展开”火焰的整个表面上的热能分布，并使烟气在加热炉中更好混合。产生的火焰不再有热点，或者有一个不太明显的热点，因此避免在炉壁和产品上产生温度差的集中辐射、或在产品上产生阴凉效应。固定状态还可以优化污染物(例如NO_x、CO、CO₂)的排放，优化加热炉中的含氧量，因此减少产品表面的氧化和“表皮损失”。

加热炉中的气体混合导致加热炉中的烟气、炉壁、产品支座和产品之间的温度差减小，这样可以得到一个温度更均匀的产品。

火焰的热点减少和烟气以及炉壁温度的等值化可以减小支座对产品的阴凉效应，因此也可以使这些支座的温度等值化(消除“一面热，一面冷”的效应)，因此导致产品上的黑线大大减少。

加热炉中的烟气温度等值化可以减少炉壁过热，以及减少这些炉壁对产品端部的影响，因此减少现有技术的加热炉的“热的头部和尾部”的特征效应。

热通量在加热炉中的均匀分布减小产品在炉中就位的应力。因此加热炉的负荷可以更自由地放置，例如只根据支座承受的机械力。

降低加热炉中的压力变化减少多余空气进入，这导致减少产品表面的氧化和“表皮损失”。

产品更好的均匀性可以减少传统加热炉中为考虑产品的温度非均匀性而经常使用的安全过热。因此减少符合本发明的加热炉的能量消耗。

优化加热炉的有效热长度，也就是对于该长度，燃烧器处于工作中，这允许增加回收区的长度和由此减少加热炉的消耗。

Claims (9)

1.控制在装配有侧向燃烧器的加热炉(1)中的冶金的产品(2)的温度均匀性的方法，根据该方法，使所述侧向燃烧器以全开或全关的方式运行，并且调节每个所述侧向燃烧器的运行和停止的时间，以便得到理想的温度，

该方法的特征在于，选择具有展开火焰的燃烧器(B1、B2；B3、B4)作为侧向燃烧器；使这些燃烧器以接近最高状态或以最高状态运行；

选择所述燃烧器(B1、B2；B3、B4)的点火顺序，以有利于烟气的混合和流动，进而减少所述火焰的热点，并使炉壁和产品得到更好的温度均匀性；

在所述加热炉的每个侧壁上设置至少两个所述的燃烧器(B1、B2；B3、B4)；

并且选择所述燃烧器(B1、B2；B3、B4)的点火顺序，以便减少在所述加热炉中的和在所述燃烧器的燃料和助燃剂供应管路中的压力变化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算机控制所述燃烧器的运行和停止，以改变烟气在所述加热炉(1)的炉腔中的流动，所述计算机使用根据为产品确定的热目标进行控制的数学算法。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据负荷的位置、其特征、和其在所述加热炉长度上的前进、以及用于该产品的出口的温度分布和温度目标，通过计算机控制热分布。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过计算机根据一入炉制造程序和一出口轧制程序控制所述加热炉(1)中的温度热分布，以便优化产品的加热特征。

5.如上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，以优先回收所述加热炉的入口区域的能量的方式调节注入到所述炉腔中的功率分布。

6.如上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，通过在加热之后的轧制作业的过程中进行的测量得出注入的热功率沿所述加热炉的纵向和横向的分布。

7.如上述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热炉(1)的热型面和所述加热炉输送的产品(2)的纵向热型面通过一个使用数学模型的、模糊逻辑系统的或神经-预测系统类型算法的计算机自动进行计算。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产品(2)是初轧板坯或锭坯。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据负荷的位置、其特征、和其在所述加热炉长度上的前进、以及用于该产品的出口的温度分布和温度目标，通过计算机控制所述加热炉的纵向的和/或横向的温度曲线。

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