控制再加熱爐的裝置和方法制造方法及圖紙

用于控制用于再加熱鋼鐵制品(5)的爐(4)的方法，包括當所述制品布置在預定的排料表面時，使用紅外攝像機(20)在整個寬度上并且至少部分地形成制品(5)上表面的紅外圖像；數字處理包括將紅外圖像二值化為兩類像素，一類像素對應與制品的上表面結合氧化皮存在相關聯的像素，另一類像素對應與制品的表面非結合氧化皮存在相關聯的像素；基于二值化圖像確定制品上表面的非結合氧化皮的量和結合氧化皮的量；基于確定的非結合氧化皮的量和結合氧化皮的量調節爐控制參數。量調節爐控制參數。量調節爐控制參數。

Device and method for controlling reheating furnace

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】控制再加熱爐的裝置和方法


[0001]本專利技術涉及鋼鐵制品再加熱爐的控制裝置及控制方法。它特別適用于再加熱長型制品，更特別適用于扁平制品，特別是板坯。根據本專利技術的裝置和方法允許通過確定落入爐中的氧化皮的量和由位于制品行進的方向下游的除鱗機去除的氧化皮的量，來量化在爐中再加熱制品相關的總燒失量。它們還可優化爐的操作并減少這種燒失量。
[0002]本專利技術解決的技術問題
[0003]再加熱爐位于坯錠、方坯或板坯等鋼鐵半成品熱軋機的上游。其中，金屬在再熱爐中被加熱到高溫，以助于軋制操作。這種再加熱和軋制過程的重要標準是軋制制品的質量、設施的生產率及其運行成本。
[0004]在這些再加熱爐中，為了提供加熱功能，許多燃燒器經常沿著爐的側壁設置，有時也設置在頂部。它們的燃料供應主要由天然氣、液化石油氣或液體燃料油組成。然而，隨著這些燃料價格的上漲，燃燒現場可用的作為已實行方法的副制品的燃料已變得很普遍。這些燃料的熱值較低，雜質較多，但價格便宜得多。例如，COG(焦爐煤氣)或BFG(高爐煤氣)就是這種情況。煙氣通過抽吸系統經由對燃燒器提供的燃燒空氣進行預熱的熱回收裝置從爐中排出。熱煙氣與在爐內再加熱的制品表面發生反應，導致形成氧化物表面層。這些層也稱為氧化皮層。初級氧化皮包括在軋制之前脫落并落入爐內的氧化皮和由位于爐下游的除鱗機去除的氧化皮，和在軋制過程中形成的二級氧化皮和三級氧化皮是有區別的。初級氧化皮也稱為非結合氧化皮和結合氧化皮。制品下表面的非結合氧化皮大部分落入爐內。除鱗機除去仍然存在于制品上的非結合氧化皮，特別是大部分存在于除鱗機入口處的制品上表面，以及結合氧化皮。結合初級氧化皮是指除鱗機無法去除的氧化皮，因此在制品離開機器時仍附著在制品上。結合初級氧化皮的厚度為十分之幾毫米，而結合和非結合初級氧化皮的厚度以毫米表示。
[0005]煙氣的成分取決于燃料的類型和燃燒器的調節。它對形成的氧化皮比例以及其化學和機械性能有直接影響。例如，根據論文“Scaling of carbon steel in simulated reheat furnace atmospheres，V.H.J.Lee,B.Gleesin,D.J.Young，2004年發表”，碳鋼在熱煙氣中的氧化作用，在一定空氣/燃氣比范圍內符合線性動力學，以及在高空氣/燃氣比時呈拋物線增長。此外，由于形成氧化皮而導致的材料損失(稱為“燒失量”)具有相當大的經濟影響。例如，年產250萬噸的再熱爐，碳鋼價格400美元/噸，0.7
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1％的燒失量相當于營業額損失700萬～1000萬美元。此外，考慮到為制造因產生氧化皮而損失的鋼鐵量與回收從除鱗機回收的氧化皮而消耗的能源量和產生的污染，也有著不可小視的能源和環境影響。因此，在軋制前的加熱過程中限制氧化皮的形成是很重要的。
[0006]在工業世界中，數字模型能夠預測某些鋼種在給定和穩定條件下的燒失量。Husein Abuluwefa的論文“Scale formation in a walking
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beam Steel Reheat Furnace”，麥吉爾大學，1992年，就是一個示例。然而，爐的實際運行從來都不是完全穩定的，因為制品的加熱曲線是隨爐的實際生產而變化的函數。同樣，煙氣的成分也會根據燃料的質量、調節元件和儀器的精度以及它們的校準頻率而變化。此外，每個鋼廠都有自己的鋼
配方來滿足世界市場的特定需求。因此，在特定條件下驗證的模型，用于其他條件下的預測時會有局限性。
[0007]盡管世界各地的多個團隊中竭盡了全力，但尚不存在具有以下能力的監控系統：
[0008]·
實時測量和監測初級氧化皮的形成；
[0009]·
減少燒失量

技術介紹

[0010]當鋼在軋制前通過工業再加熱爐時，氧化皮的形成是因為由于(鋼中存在的)鐵與爐中存在的氧氣和燃燒產物中的其他氧化性氣體接觸而發生氧化作用。
[0011]許多原因導致了這種現象的復雜性：
[0012]·
鐵本質上具有三個氧化程度，可在氧化皮中以FeO、Fe3O4和Fe2O3的形式發現。幾個交叉的反應路徑會導致這些氧化物的形成。每一層的化學和機械性能是不同的。此外，氧化皮的厚度在制品的整個表面上并不均勻。
[0013]·
各種氧化途徑的動力學根據爐中存在的條件而變化，這些條件在爐的所有點上都不是均勻的。
[0014]·
一方面，鋼的化學成分會影響氧化動力學，另一方面，也會受到燃燒器產生的煙氣化學成分的影響。煙氣的成分取決于燃料的類型和燃燒器的設定。
[0015]·
制品在爐內的停留時間和它們的溫度曲線，以及因此在氧化條件下的暴露情況，也會有所不同。
[0016]市場上存在用于確定涂層厚度的技術，例如超聲波或橢圓偏振技術。但是，這些技術是在限制較少的環境中進行測量的解決方案，特別是：
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在室溫下；
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在透明的氣氛中；
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具有光滑的涂層表面狀態；
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具有納米量級的涂層厚度。
[0021]它們都沒有解決該課題的所有問題：
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高溫：出爐時可達1280℃；
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表面粗糙且不規則；
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各個氧化皮層都有不同的化學和機械性能。
[0025]識別燒失量的常規方法中的一個是將小樣品放在配備熱電偶的制品上方，然后在爐中加熱。加熱后，使用特定工具回收樣品，以便在它們恢復到室溫后對其進行測量。這種解決方案實施起來很困難，并且對于在制品和樣品處于高溫狀態時必須在爐出口回收樣品的操作人員存在風險。
[0026]另一常規方法包括在加熱前后稱量冷制品，以確定燒失量。這種類型的測量還需要大量的準備工作和資源。
[0027]申請人的WO2016125096描述了用于基于使用放置在爐出口處的光學激光傳感器測量的數據連續監測再加熱爐中的氧化皮產生的第一種解決方案。
[0028]該裝置包括放置在爐出口處的至少一個光學傳感器，用于掃描制品的下表面，當制品被退卷時，該傳感器可生成制品的浮雕圖。分析制品下表面的浮雕圖可確定落入爐中
的氧化皮量。制品表面的高點對應于制品上仍存在氧化皮的部位。相反，低點對應于制品表面上氧化皮已脫落并落入爐內的位置。
[0029]該裝置還包括兩組至少兩個光學傳感器，一組放置在除鱗機的上游，另一組放置在其下游，可確定制品在除鱗機上游和下游的高度，并憑借這些高度上的差異，可確定落入除鱗機的氧化皮量。
[0030]根據使用這些傳感器確定的爐內形成的氧化皮量，對爐的操作參數進行校正，以減少再加熱期間形成的氧化皮量。
[0031]這種解決方案并不完全令人滿意，因為實際上，由于在輥道上安裝激光傳感器的限制及其狹窄的光束寬度，為了在整個爐寬度上覆蓋制品的下表面，在爐的出口處需要本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.用于再加熱鋼鐵制品(5)、具有在制品的退卷方向中的入口和出口的爐(4)的控制方法，包括：ο當制品布置在預定的排料表面時，使用紅外攝像機(20)，以覆蓋制品的寬度和至少部分地覆蓋其長度的方式，形成制品(5)的上面的紅外圖像；ο數字處理，其包括：將紅外圖像二值化為兩類像素，一類像素對應與制品的面結合的氧化皮存在相關聯的像素，另一類像素對應與制品的上面非結合的氧化皮存在相關聯的像素；ο基于二值化圖像，確定制品的上面上的非結合氧化皮的量和結合氧化皮的量；ο基于確定的非結合氧化皮的量和結合氧化皮的量，調節爐控制參數。2.根據前述權利要求所述的控制方法，還包括：確定結合氧化皮的量相對于非結合氧化皮的量的比率。3.根據權利要求1或2所述的控制方法，其中，通過對像素的光強度進行閾值化，執行二值化。4.根據前述權利要求中任一項所述的控制方法，還包括：用以確定制品的燒失量的數字處理。5.根據前述權利要求所述的控制方法，還包括：使用分別設置在位于爐(4)下游的除鱗機(8)的上游和下游的兩個傳感器，測量制品的高度；以及用以確定制品的燒失量的數字處理通過以下執行：確定除鱗機(8)的上游側和下游側之間的制品高度差。6.根據前述兩項權利要求中任一項所述的爐控制方法，還包括：當通過紅外攝像機對上面進行成像時，通過以下方式確定已經落入爐中的制品的下面上的氧化皮的量：基于由二值化圖像所獲取的制品的上表面上的非結合氧化皮的量和結合氧化皮的量、基于已確定的燒失量以及這些結果與爐的操作讀數的相關性和氧化皮形成預測規律，使用數字模擬。7.根據前述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：Y，
申請(專利權)人：法孚斯坦因公司，
類型：發明
國別省市：