TWI421134B - Furnace pressure control system and method - Google Patents

Description

爐壓控制系統及方法

本發明係關於一種壓力控制系統及方法，特別是一種爐壓控制系統及方法。

在習知熱軋製程例如熱軋鋼帶製程中，由於加熱爐燃燒設備的特殊配置，使得胚料在均熱區等待出料時的受熱並不平均，加上加熱爐外的冷空氣若在出料過程鑽入加熱爐內，更容易造成胚料寬度方向的均溫性不佳，進而使得胚料在熱軋過程中，因寬度兩側溫差所造成的不同材質軟硬度，使胚料於軋延後的全長呈現彎曲或/及弧形，以及影響胚料寬度的控制精度。另外，若加熱爐之爐壓調節過大，則會造成爐火外溢的異況。

習知熱軋製程的加熱爐體積龐大，以便胚料可以在經過預熱區、加熱區以及均熱區後能達到熱間軋延的加工溫度。而利用各熱區火焰方向的特殊配置，可以導引燃燒廢氣由煙囪排出，且飽含熱能的廢氣可以藉由調節加熱爐之閥門調控廢氣在爐內的停留時間。其中，廢氣停留的時間越長節能效果越好，但會提高爐壓及降低加熱爐壽命；反之，若廢氣停留的時間越短，則加熱爐維持胚料溫度的耗能較大。亦即，藉由廢氣調節閥門的調控，可以修正加熱爐內壓力以及燃燒系統能耗的目的。

此外，雖然均熱區的火焰方向是朝向出料爐門，但因火焰角度在設計上的限制，使得胚料在等待出爐時，其靠近出料爐門的一側的受熱會較少，因此，若是等待出爐的時間越長，則胚料在寬度方向的均溫性就會越差。而胚料在出爐前，除了需要等待出料爐門的開啟，胚料抽取機構亦需由加熱爐外進入並完成胚料的搬運動作。因此，於熱廢氣排出及爐壓下降的期間，若加熱爐內之壓力較低，則外部的冷空氣就容易被吸入加熱爐內，並劣化胚料於寬度方向的均溫性。

若胚料之寬度兩側的溫差太大，在熱軋過程中就會容易因為兩側材質不同的軟硬度，使得胚料軋延後的全長呈現彎曲及/或弧形，並影響完軋胚料寬度的控制精度。

在習知技術中，加熱爐之操作人員係以手動介入的方式降低廢氣調節閥門的開度，以達到提高爐壓的目的。然而，因為胚料出爐溫度的目標值及加熱爐氛係處於變動的狀態，因此廢氣調節閥門僅係以定量關閉的方式操作，無法進行精確的控制。

因此，有必要提供一創新且具進步性的爐壓控制系統及方法，以解決上述問題。

本發明提供一種爐壓控制系統，其包括：一爐門偵測單元、一爐壓動態設定模組、一爐壓感測器、一爐火外溢偵測單元及一爐壓控制模組。該爐門偵測單元用以取得一出料爐門之爐門狀態資訊。該爐壓動態設定模組依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值。該爐壓感測器設置於接近該出料爐門，用以取得一實際爐壓。該爐火外溢偵測單元面對該出料爐門，用以取得一外溢爐火資訊，且依據該外溢爐火資訊及該實際爐壓計算一第二壓力補償值。該爐壓控制模組依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整爐壓。

本發明另提供一種爐壓控制方法，其包括以下步驟：取得一出料爐門之爐門狀態資訊；依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值；取得一實際爐壓及一外溢爐火資訊；依據該實際爐壓及該外溢爐火資訊計算一第二壓力補償值；及依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整爐壓。

在本發明之爐壓控制系統及方法中，該爐壓控制模組得到該爐壓補償值後，係依據該爐壓補償值動態地調整加熱爐之爐壓，如此可利用正壓有效的阻絕冷空氣於該出料爐門開啟過程中鑽入加熱爐內，以有效改善胚料均溫性不佳的問題，且可防止爐壓調節過大而造成爐火外溢的異況。

圖1顯示本發明較佳實施例爐壓控制系統應用於加熱爐之局部示意圖；圖2顯示本發明較佳實施例爐壓控制系統之方塊圖。茲配合圖1及圖2詳細說明本發明較佳實施例爐壓控制系統1及方法。本發明之爐壓控制系統1係可應用於一加熱爐2，如金屬(例如鋼胚或鋼板)製程所使用之加熱爐，或應用於非金屬製程所使用之加熱爐。

在本實施例中，該爐壓控制系統1包括：一胚料位置感測器11、一爐門控制單元12、一爐門偵測單元13、一爐壓動態設定模組14、一爐壓感測器15、一爐火外溢偵測單元16及一爐壓控制模組17。

該胚料位置感測器11(在加熱爐內)靠近該加熱爐2之出料爐門21，用以取得一胚料3(例如鋼胚或鋼板)距離該出料爐門21之一胚料位置。該爐門控制單元12依據該胚料位置控制該出料爐門21之開關時間及狀態，當然，亦可控制一進料爐門(圖中未示)之開關時間及狀態。

該爐門偵測單元13用以取得該出料爐門21之爐門狀態資訊。該爐門偵測單元13係包括至少一位置感測器(或是等效功能之近接開關裝置)、一爐門開關控制裝置之I/O輸出模組或一製程電腦之I/O輸出模組。亦即，該出料爐門21之開關位置及狀態取得包含以下方式：(1)經由設置於該出料爐門21週邊之位置感測器或是等效功能的近接開關裝置所測得之資訊；(2)取自連接該出料爐門21之爐門開關控制系統的I/O輸出模組輸出之爐門狀態資訊；(3)取自連接該出料爐門21之製程電腦輸出關於爐門狀態資訊的網路訊號。

在本實施例中，該爐門偵測單元13係包括三個位置感測器131、132、133，該等位置感測器131、132、133設置於該出料爐門21之下、中、上相對位置，用以分別該出料爐門21之關閉、半開或全開狀態。該爐壓動態設定模組14依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值。

該爐壓感測器15設置於接近該出料爐門21，用以取得一實際爐壓。該爐火外溢偵測單元16面對該出料爐門21，用以取得一外溢爐火資訊，且依據該外溢爐火資訊及該實際爐壓計算一第二壓力補償值。該外溢爐火資訊可包含外溢爐火之形狀及範圍。

配合參考圖2及圖3，在本實施例中，該第一壓力補償值包括一第一階段補償值(以ΔSV₁ 表示)、一第二階段補償值(以ΔSV₂ 表示)、一第三階段補償值(以ΔSV₃ 表示)及一第四階段補償值(以ΔSV₄ 表示)。該出料爐門21開啟前一第一設定時間至半開期間之設定補償值為該第一階段補償值ΔSV₁ ；該出料爐門21半開至全開期間之設定補償值為該第二階段補償值ΔSV₂ ；該出料爐門21全開至關閉期間之設定補償值為該第三階段補償值ΔSV₃ ；該出料爐門21關閉至關閉後一第二設定時間之設定補償值為該第四階段補償值ΔSV₄ 。較佳地，該第一設定時間係為30秒，該第二設定時間係為20秒。

再配合參考圖1及圖2，該爐壓控制模組17依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整爐壓。

在本發明中，將該出料爐門21的開關狀態傳送至該爐壓控制模組17，依據該第一至第四階段補償值以分階段提高加熱爐內之壓力，如此可利用正壓有效的阻絕冷空氣於該出料爐門21開啟過程鑽入加熱爐2內，因此可以有效改善該胚料3的均溫性不佳問題。

另，本發明中係利用該爐火外溢偵測單元16取得該外溢爐火資訊，並據以計算及提供進行負向壓力補償之資訊，如此可防止該加熱爐2之爐壓調節過大而造成爐火外溢的異況。

在此，另簡要地歸納本發明之爐壓控制方法如下，其包括以下步驟：取得一出料爐門狀態資訊；依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值；取得一實際爐壓及一外溢爐火資訊；依據該實際爐壓及該外溢爐火資訊計算一第二壓力補償值；及依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整爐壓。

綜上，在本發明之爐壓控制系統1及方法中，該爐壓控制模組17得到該爐壓補償值後，係依據該爐壓補償值動態地調整加熱爐2之爐壓(調整加熱爐2之廢氣調節閥門22之開度，以調節加熱爐2內之爐壓)，如此，可利用正壓有效的阻絕冷空氣於該出料爐門21開啟過程中鑽入加熱爐2內，以有效改善該胚料3的均溫性不佳問題，且可防止加熱爐2之爐壓調節過大而造成爐火外溢的異況。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．本發明之爐壓控制系統

2．．．加熱爐

3．．．胚料

11．．．胚料位置感測器

12．．．爐門控制單元

13．．．爐門偵測單元

14．．．爐壓動態設定模組

15．．．爐壓感測器

16．．．爐火外溢偵測單元

17．．．爐壓控制模組

21．．．出料爐門

22．．．廢氣調節閥門

圖1顯示本發明較佳實施例爐壓控制系統應用於加熱爐之局部示意圖；

圖2顯示本發明較佳實施例爐壓控制系統之方塊圖；及

圖3顯示本發明第一壓力補償值包含四階段補償之示意圖值。

1．．．本發明之爐壓控制系統

11．．．胚料位置感測器

12．．．爐門控制單元

13．．．爐門偵測單元

14．．．爐壓動態設定模組

15．．．爐壓感測器

16．．．爐火外溢偵測單元

17．．．爐壓控制模組

21．．．出料爐門

22．．．廢氣調節閥門

Claims (18)

1. 一種爐壓控制系統，包括：一爐門偵測單元，用以取得一出料爐門之爐門狀態資訊；一爐壓動態設定模組，依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值；一爐壓感測器，設置於接近該出料爐門，用以取得一實際爐壓；一爐火外溢偵測單元，面對該出料爐門，用以取得一外溢爐火資訊，且依據該外溢爐火資訊及該實際爐壓計算一第二壓力補償值；及一爐壓控制模組，依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整加熱爐之一廢氣調節閥門之開度，以調節加熱爐內之爐壓。
2. 如請求項1之爐壓控制系統，其中該爐門偵測單元係包括至少一位置感測器、近接開關裝置、一爐門開關控制裝置之I/O輸出模組或一製程電腦之I/O輸出模組。
3. 如請求項2之爐壓控制系統，其中該爐門偵測單元包括三個位置感測器，用以分別該出料爐門之關閉、半開或全開狀態。
4. 如請求項1之爐壓控制系統，另包括一胚料位置感測器，設置於靠近該出料爐門，用以取得一胚料距離該出料爐門之一胚料位置。
5. 如請求項4之爐壓控制系統，另包括一爐門控制單元，依據該胚料位置控制該出料爐門及一進料爐門之開關時間及狀態。
6. 如請求項5之爐壓控制系統，其中該第一壓力補償值包括一第一階段補償值、一第二階段補償值、一第三階段補償值及一第四階段補償值，該出料爐門開啟前一第一設定時間至半開期間之設定補償值為該第一階段補償值，該出料爐門半開至全開期間之設定補償值為該第二階段補償值，該出料爐門全開至關閉期間之設定補償值為該第三階段補償值，該出料爐門關閉至關閉後一第二設定時間之設定補償值為該第四階段補償值。
7. 如請求項6之爐壓控制系統，其中該第一設定時間係為30秒，該第二設定時間係為20秒。
8. 如請求項1之爐壓控制系統，其中該外溢爐火資訊包含外溢爐火之形狀及範圍。
9. 如請求項1之爐壓控制系統，其係應用於金屬製程所使用之加熱爐。
10. 如請求項9之爐壓控制系統，其中該金屬係為鋼胚或鋼板。
11. 如請求項1之爐壓控制系統，其係應用於非金屬製程所使用之加熱爐。
12. 一種爐壓控制方法，包括以下步驟：取得一出料爐門之爐門狀態資訊；依據該爐門狀態資訊設定一第一壓力補償值； 取得一實際爐壓及一外溢爐火資訊；依據該實際爐壓及該外溢爐火資訊計算一第二壓力補償值；及依據該第一壓力補償值、該第二壓力補償值、該實際爐壓及一爐壓設定值計算一爐壓補償值，且依據該爐壓補償值調整爐壓。
13. 如請求項12之爐壓控制方法，其係利用至少一位置感測器、近接開關裝置、一爐門開關控制裝置之I/O輸出模組或一製程電腦之I/O輸出模組，取得一出料爐門之爐門狀態資訊。
14. 如請求項13之爐壓控制方法，其係利用三個位置感測器分別取得該出料爐門之關閉、半開或全開狀態。
15. 如請求項12之爐壓控制方法，另包括一取得一胚料距離該出料爐門之一胚料位置之步驟。
16. 如請求項15之爐壓控制方法，另包括一依據該胚料位置控制該出料爐門及一進料爐門之開關時間及狀態之步驟。
17. 如請求項16之爐壓控制方法，其中設定該第一壓力補償值包括：設定該出料爐門開啟前一第一設定時間至半開期間之設定補償值為一第一階段補償值；設定該出料爐門半開至全開期間之設定補償值為一第二階段補償值；設定該出料爐門全開至關閉期間之設定補償值為一第三階段補償值；設定該出料爐門關閉至關閉後一第二設定時間之設定補償值為一第四階段補償值。
18. 如請求項17之爐壓控制方法，其中設定該第一設定時間 係為30秒，該第二設定時間係為20秒。