DE2808771B2 - Verfahren zum Regeln eines Erwärmungsofens für Stahlblöcke - Google Patents

Verfahren zum Regeln eines Erwärmungsofens für Stahlblöcke

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Erwärmungsofens für Stahlblöcke, insbesondere eines Tiefofens für Stahlblöcke, der zum Erwärmen der Blöcke auf Walztemperatur mit einer Grundbrennstoffmenge beaufschlagt wird.
Im Tiefofen werden die vom Stahlwerk angelieferten Blöcke auf eine möglichst ausgeglichene Walztemperatur gebracht. Die Vorgeschichte dieser Blöcke besteht aus einem Erstarrungs- und Abkühlungsvorgang, bei dem die vergossenen Blöcke sich zunächst in der Kokille abkühlen und im teilerstarrten Zustand gestrippt werden. Danach kühlen die gestrippten Blöcke weiter an der Luft ab und gelangen anschließend zum Tiefofen, in den sie eingesetzt werden. Das Temperaturprofil über den Querschnitt des Blocks weist beim Einsetzen in den Ofen ein erhebliches Temperaturgefälle auf. Der Kern ist mit 1400 bis 152O0C am wärmsten und manchmal noch flüssig; zur Blockoberfläche hin fällt die Temperatur bis auf 800-1000°C ab. Dieses extreme Temperaturgefälle wird im Tiefofen ausgeglichen, wobei die Stehzeit bzw. Aufenthaltszeit im Ofen so bemessen wird, daß am Ende des Aufheizens der Block eine möglichst gleichmäßige Temperatur über den gesamten Querschnitt aufweist. Das Temperaturniveau von 1150-13000C richtet sich hierbei nach den jeweils einzuhaltenden Walzbedingungen.
Beheizt wird der Tiefofen mittels einer öl- oder Gasfeuerung. Gewöhnlich ist er so gebaut, daß er eine Anzahl senkrecht stehender Blöcke aufnehmen kann. Nach dem Stand der Technik wird zur Regelung des Ofens bisher ein Sollwert für die Ofentemperatur vorgegeben. Bis zum Erreichen dieser Solltemperatur ι werden die Brenner zunächst mit einer maximalen Brennstoffmenge, die sich nicht ändert, beaufschlagt Bei Erreichen der Solltemperatur wird vom Temperaturregler die Brennstoffmenge langsam abgeregelt und die Ofentemperatur damit konstant gehalten. Die Blöcke
ίο bleiben bei dieser konstanten Temperatur so lange im Ofen, bis sie vom Bedienungspersonal aufgrund von Erfahrungswerten zum Ziehen freigegeben werden.
Diese Art der Regelung bis zur Ziehreife richtet sich nach dem Wärmezustand des Ofens und nur indirekt
ι ί nach dem der Blöcke. Es muß daher die Endwalztemperatur zur Korrektur der Ofenfahrweise herangezogen werden, um zu niedrige oder zu hohe Walztemperaturen zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln eines Ofens der eingangs genannten Art anzugeben, um für die Stahlblöcke am Ende der Erwärmung ein optimales Verhältnis von Oberflächen- zu Kerntemperatur zu erreichen, wobei — unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften der
r> Blöcke, der physikalischen Gegebenheiten des Ofens und der Störungen, die auf den Ofen einwirken —, für den Übergang der Blocktemperaturen vom Beginn bis zum Ends der Aufenthaltszeit des Blockes im Ofen entweder ein fester Ziehzeitpunkt für die Blöcke bei
i» einem optimalen Brennstoffverbrauch oder ein freier Ziehzeitpunkt für die Blöcke bei einer optimalen Zeitdauer wählbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß über einen zeitlichen Verlauf die Oberflächentemperatur der Blöcke, sowie die wärmetechnischen Größen des Ofens gemessen und Wärmebilanzen aufgestellt werden, daß aus den sich ergebenden Ofenbilanztemperaturen zusammen mit der Oberflächentemperatur der Blöcke in einer Schätzeinrichtung
■") ein Schätzwert für die Kerntemperatur der Blöcke ermittelt wird, daß die geschätzten Blockkern- und die Blockoberflächentemperaturen als Isttemperaturen mit vorher festgelegten Blockkern- und Blockoberflächentemperaturen als Solltemperaturen verglichen werden
4r> und der als Ergebnis des Vergleichs ermittelte Wert zur Korrektur der in den Ofen eingeführten Grundbrennstoffmenge verwendet wird. Wird eine besonders genaue Regelung des Ofens angestrebt, so wird die Oberflächentemperatur jedes einzelnen Blockes in
w einem Ofen gemessen. In vorteilhafter Weise wird mit der Korrektur der in den Ofen eingeführten Grundbrennstoffmenge nach Ablauf einer empirisch ermittelten Zeitspanne des Blockaufenthaltes in dem Ofen begonnen, und zwar vorzugsweise nach 1A bis '/3 der
w insgesamt erforderlichen Blockaufenthaltszeit in dem Ofen.
Das Verfahren zum Regeln eines Tiefofens nach der Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausfiihrungsbeispieles näher erläutert. In der zur
so Erläuterung verwendeten Zeichnung zeigt
Fig. 1 die Regelung eines Tiefofens als Blockschaltbild und
Fi g. 2 den zeitlichen Verlauf der Blocktemperaturen. Wie Fig. 1 zeigt, befinden sich in einem schematisch dargestellten Tiefofen 1 Stahlblöcke 2, von denen nur einer dargestellt ist. Üblicherweise sind acht Stahlblöcke mit einem Blockquerschnitt von jeweils 0,5 m2 in dem Tiefofen, der mit einem nicht dargestellten Deckel nach
oben abgeschlossen ist Beheizt werden die Tieföfen 1 durch Brenner 3, die z. B. mit Gas gespeist werden. Die Oberflächentemperatur der aufgeheizten Stahlblöcke 2 wird mittels eines Temperaturmeßgerätes 4, vorzugsweise eines Strahlungspyrometers, gemessen, und zwar ·". in zeitlichen Abständen von z. B. 3 min, wobei sich für die gemessenen Oberflächentempera türen der in F i g. 2 mit Xi bezeichnete Kurvenzug ergibt In gleichen zeitlichen Abständen wie die Oberflächentemperatur der Stahlblöcke 2 werden zur weiteren Verarbeitung die folgenden wärmetechnischen Größen in bekannter Weise gemessen und aufgezeichnet, nämlich die Temperatur der Verbrennungsluft und dei en Menge, die Temperatur des Brennstoffes und dessen Menge, die Temperatur des Abgases des Tiefofens 1 und schließlich ι > die Temperatur des Ofenraumes des Tiefofens.
Aus diesen Meßwerten wird für den Tiefofen nach der Gleichung(l)
E8- Ee= Qn+ Qw )()
die Wärmebilanz aufgestellt In dieser Gleichung bedeutet Eb den Energiestrom am Brenner, Ee den Energiestrom am Austritt des Ofens, Qn den Nutzwärmestroni und Qwden Wandwärmestrom.
Das Ergebnis der fortlaufend nach der Gleichung (1) r> durchgeführten Wärmebilanzrechnungen ergibt die Ofenbilanztemperaturen für das Heizgas und die Ofenwand, die zusammen mit der gemessenen Oberflächentemperatur der Blöcke einer Schätzeinrichtung 5 eingegeben werden, in der ebenfalls fortlaufend je ein i" Schätzwert für die Kerntemperatur und die Oberflächentemperatur der Blöcke ermittelt wird. Der Schätzwert für die Oberflächentemperatur wird gebildet, weil davon ausgegangen wird, daß die gemessene Oberflächentemperatur fehlerbehaftet ist. Die in der Schätzein- » richtung ermittelten Schätzwerte für die Kerntemperatur der Blöcke sind in das Diagramm gemäß F i g. 2 als JP5-Werte eingetragen. Aus F i g. 2 geht hervor, daß nach 30 Messungen der Fehler in der geschätzten Kerntemperatur nur noch 8°C beträgt in
Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden die für die Kerntemperatur und die Oberflächentemperatur geschätzten Temperaturen als Ist-Temperaturen angesehen und dem Regler 6 zugeführt, wo sie mit den Soll-Temperaturen für die Oberfläche und den Kern der -t > Blöcke verglichen werden. Die zeitvariablen Sollwerte für die Blockoberflächen- und Kerntemperatur Q(t), sowie der dazugehörige Verlauf der Grund-Brennstoffmenge N (t), werden durch die Steuerung 7 vorgegeben.
Die Bestimmung der Solltemperatur und der Grundbrennstoffmenge erfolgt nach vorgegebenem Optimierungskriterium für eine brennstoff- oder zeitoptimale Ofenfahrweise.
Die zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur auftretende Differenz ergibt den Temperatui fehler der Blöcke, und zwar denjenigen der Oberfläche und des Kerns. Dieser Temperaturfehler wird der Rückkopplung 8 mit der Verstärkung Ar .zugeführt
Der in der Rückkopplung 8 verstärkte Fehlerimpuls gibt dann das Maß für die Korrektur der Grundbrennstoffmenge an, mit der der Tiefofen 1 zu beaufschlagen ist, um den Temperaturfehler des Blockes zu beseitigen. Durch das aus der Rückkopplungseinrichtung 8 austretende Signal wird mittels einer Schaltung ein dem Brenner 3 zugeordnetes Stellglied 9 betätigt
1st der Temperaturfehler positiv, d. h. die Kern- und Oberflächentemperatur des Blockes zu niedrig, wird das Stellglied 9 für eine größere Brennstoffmenge weiter geöffnet, bei negativem Temperaturfehler entsprechend geschlossen. Durch das Rückkopplungsprinzip werden unbekannte Störungen, die auf den Tiefofenprozeß einwirken, automatisch ausgeglichen.
Mit der Korrektur der in den Tiefofen 1 eingeführten Grundbrennstoffmenge wird nach etwa 'Λ bis Ui eier insgesamt zum Durchwärmen des Blockes bzw. der insgesamt erforderlichen Aufenthaltszeit des Blockes im Ofen begonnen.
Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Verfahren zum Regeln eines Tiefofens gegeben ist, mit dem Stahlblöcke am Ende der Erwärmungszeit ein für die weitere Verarbeitung, d. h. insbesondere zum Walzen, optimales Verhältnis der Oberflächen zu ihrer Kerntemperatur erhalten. Dabei ist entweder ein fester Ziehzeitpunkt für die Blöcke bei einem optimalen Brennstoffverbrauch oder ein freier Ziehzeitpunkt für die Blöcke bei einer optimalen Zeitdauer wählbar.
Tiefofen
Stahlblöcke
Brenner
4 Temperaturmeßgerät
5 Schätzeinrichtung
6 Regler
7 Steuerung
8 Rückkopplung
9 Stellglied
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Regeln eines Erwärmungsofens für Stahlblöcke, insbesondere eines Tiefofens für Stahlblöcke, der zum Erwärmen der Blöcke auf Walztemperatur mit einer Grundbrennstoffmenge beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über einen zeitlichen Verlauf die Oberflächentemperatur der Blöcke, sowie die wärmetechnischen Größen des Ofens gemessen und Wärmebilanzen aufgestellt werden, und daß aus den sich ergebenden Ofenbilanztemperaturen zusammen mit der Oberflächentemperatur der Blöcke in einer Schätzeinrichtung ein Schätzwert für die Kerntemperatur der Blöcke ermittelt wird, die geschätzten Blockkern- und die Blockoberflächentemperatijren als Isttemperaturen mit vorher festgelegten Blockkern- und Blockoberflächentemperaturen als Solltemperaturen verglichen werden und der als Ergebnis des Vergleiches ermittelte Wert zur Korrektur der in den Ofen eingeführten Grundbrennstoffmenge verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur jedes einzelnen Blockes in einem Ofen gemessen wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Korrektur der eingeführten Grundbrennstoffmenge nach Ablauf einer empirisch ermittelten Zeitspanne des Blockaufenthaltes in dem Ofen begonnen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Korrektur der eingeführten Grundbrennstoffmenge nach 1A bis Vj der insgesamt erforderlichen Blockaufenthaltszeit in dem Ofen begonnen wird.
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