一种温度控制装置的制作方法

本实用新型涉及炼钢技术领域。

背景技术：

炼钢的冶炼及连铸生产需要大量的大包及中包周转。下线的大包及中包一般需要通过烤包器烘烤到800℃-1000℃左右投入使用。

由于热电偶温度检测方式的缺陷、包盖环境恶劣和介质脏污，造成目前钢包烘烤器热电偶、调节阀等仪表设备损坏严重，当前很多钢厂钢包烘烤基本都是开放式烘烤，主要存在以下问题：

(1)、热电偶测量方式，温度检测不准，热电偶易损坏，维护量大、更换不方便。常规红外测温方式，易受到火焰和热气体的干扰，检测温度与包体温度相差甚远，温度无法准确测量，钢包温度存在超温或欠温状况；

(2)、烘烤煤气压力、热值波动时，无法及时调整煤气流量，浪费大量的煤气；

(3)、存在超时烘烤现象；存在烘烤时间不足，钢包温度较低，影响炼钢质量和钢包寿命的现象；

(4)、混合煤气易结垢，直通单座或双座调节阀易造成调节阀卡死，无法动作，标准煤气孔板宜堵塞；

(5)、温度控制采用双交叉限幅方式参数整定困难，不易实现；

(6)、开放式烤包，不仅会造成能源的浪费，而且缩短耐火材料的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种温度控制装置，简单方便，实现温度准确测量并精确控制，节约能源，保证产品质量，延长烤包器的使用寿命，节约成本。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：应用于连接有助燃风管道、混合煤气管道的炼钢烤包器，所述炼钢烤包器包括钢包和包盖，其特征在于:包括助燃风流量调节模块、温度调节模块、煤气流量计、煤气热值仪、助燃风流量计、助燃风调节蝶阀、煤气调节蝶阀、红外测温仪；

所述助燃风流量调节模块通过煤气流量计连接混合煤气管道；

所述助燃风流量调节模块通过煤气热值仪连接混合煤气管道；

所述助燃风流量调节模块通过助燃风流量计连接所述助燃风管道；

所述助燃风流量调节模块通过助燃风调节蝶阀连接所述助燃风管道；

所述温度调节模块通过红外测温仪连接包盖；

所述温度调节模块通过煤气调节蝶阀连接所述混合煤气管道。

作为优选，助燃风流量调节模块包括：

空燃比获取单元、乘法器、助燃风流量设定值获取单元、助燃风流量自动调节单元；

所述空燃比获取单元输入端通过煤气热值仪连接混合煤气管道，所述空燃比获取单元的输出端连接乘法器的输入端；

所述乘法器的一个输入端通过煤气流量计连接混合煤气管道，乘法器的另一个输入端连接空燃比获取单元；所述乘法器的输出端连接助燃风流量设定值获取单元的输入端；

所述助燃风流量设定值获取单元的输出端连接助燃风流量自动调节单元；所述助燃风流量设定值获取单元的输入端连接乘法器；

所述助燃风流量自动调节单元的一个输入端连接助燃风流量计，助燃风流量自动调节单元的另一个输入端连接助燃风流量设定值获取单元；所述助燃风流量自动调节单元的输出端连接助燃风调节蝶阀。

作为优选，温度调节模块包括：

温度设定曲线生成单元，温度自动控制单元；

所述温度设定曲线生成单元输出端连接温度自动控制单元的一个输入端；

所述温度自动控制单元的一个输入端连接红外测温仪，温度自动控制单元的另一个输入端连接温度设定曲线生成单元；所述温度自动控制单元的输出端连接煤气调节蝶阀。

作为优选，煤气流量计为环形孔板煤气流量计。

作为优选，红外测温仪为特定波长红外测温仪。

作为优选，环形孔板煤气流量计为环形孔板配差压变送器，孔板型号为LGH，差压变送器为EJA110A。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型简单方便，实现温度准确测量并精确控制，节约能源，保证产品质量，延长烤包器的使用寿命，节约成本；通过改变传统的温度双交叉限幅温度控制方式，改为温度设定曲线控制方式，参数整定简单，容易实现；改变热电偶温度测量方式，改为选用特定波长红外测温仪方式测量烤包器温度；改变标准孔板测量混合煤气流量，改为环形孔板测量混合煤气流量；改变直通单座或双座调节阀，改为气动或电动蝶阀的方式对混合煤气和助燃风流量进行调节，提高了检测仪表的使用寿命和获取测量参数的准确性。同时实用新型一种烤包器空燃比和混合煤气热值的关系，使实际空燃比β_n随热值实时改变，该系统和方法简单实用易于实现，使烤包器温度控制处于全自动控制状态，真正实现炼钢烤包器温度控制。实际应用表明：本实用新型，节约混合煤气40-50％；提高钢包烘烤温度100-200℃；提高了钢包的使用寿命，保证烤包器节能、高效、安全、稳定运行。

助燃风流量设定值与煤气流量存在按煤气热值变化的实际空燃比的关系，这样，助燃风流量就跟随煤气流量的变化，按根据混合煤气热值变化的实际空燃比进行控制，所以保证了烤包器燃烧控制的最优化，做到了混合煤气的完全燃烧，实现了炼钢烤包器的最优化控制，达到了节能、提高烘烤质量的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型炼钢烤包器温度设定值的一个实施例的曲线图；

图3是实施例1的温度设定值曲线。

图中：1、煤气流量计；2、煤气热值仪；3、助燃风流量计；4、助燃风调节蝶阀；5、煤气调节蝶阀；6、红外测温仪；7、空燃比获取单元；8、乘法器；9、助燃风流量设定值获取单元；10、助燃风流量自动调节单元；11、温度设定曲线生成单元；12、温度自动控制单元；13、助燃风流量调节模块；14、温度调节模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，为本实用新型一种温度控制装置的一个实施例，

应用于连接有助燃风管道、混合煤气管道的炼钢烤包器，所述炼钢烤包器包括钢包和包盖，其特征在于:包括助燃风流量调节模块13、温度调节模块14、煤气流量计1、煤气热值仪2、助燃风流量计3、助燃风调节蝶阀4、煤气调节蝶阀5、红外测温仪6；

所述助燃风流量调节模块13通过煤气流量计1连接混合煤气管道，用于获取混合煤气管道中的煤气流量；

所述助燃风流量调节模块13通过煤气热值仪2连接混合煤气管道，用于获取煤气的热值；

所述助燃风流量调节模块13通过助燃风流量计3连接所述助燃风管道，用于获取助燃风管道中助燃风的流量；

所述助燃风流量调节模块13通过助燃风调节蝶阀4连接所述助燃风管道，用于根据获取的煤气流量、煤气的热值、助燃风的流量获得电信号后，根据所述电信号控制所述助燃风调节蝶阀4调节助燃风管道的助燃风流量；

所述温度调节模块14通过红外测温仪6获取包盖的温度；

所述温度调节模块14通过所述煤气调节蝶阀5连接所述混合煤气管道，用于根据获取的包盖的温度以及预设的温度获得电信号，根据所述电信号控制所述煤气调节煤阀调节混合煤气管道中煤气的流量。

助燃风流量调节模块13、温度调节模块14都是在PLC控制系统中完成的。

作为优选，煤气流量计1为环形孔板煤气流量计。

作为优选，红外测温仪6为特定波长红外测温仪。

作为优选，环形孔板煤气流量计为环形孔板配差压变送器，孔板型号为LGH，差压变送器为EJA110A。

煤气热值仪2为德国SMART2006系列热值仪；标准孔板助燃风流量计3为标准节流装置配差压变送器，孔板型号为LGB，差压变送器为EJA110A；助燃风调节蝶阀4为ZKJW-0.6S型电动调节蝶阀(DN200)；煤气调节蝶阀5为ZKJW-0.6S型电动调节蝶阀(DN150)；特定波长红外测温仪6为美国威廉姆逊Pro SWF-16-30-C-FE型；PLC控制系统为西门子S7-300PLC系统。

本实用新型简单方便，实现温度准确测量并精确控制，节约能源，保证产品质量，延长烤包器的使用寿命，节约成本；改变热电偶温度测量方式，改为选用特定波长红外测温仪6方式测量烤包器温度，通过设定特定的波长，能克服火焰和热气体干扰，直接准确测量钢包内壁耐火材料温度；而且，该测温仪安装简单，采用了探头与测温仪分体的设计，不易损坏，更换使用方便，检测温度准确，钢包温度控制良好；改变标准孔板测量混合煤气流量，改为环形孔板测量混合煤气流量，环形孔板煤气流量计不易堵塞，使用更方便，测量更准确；改变直通单座或双座调节阀，改为气动或电动蝶阀的方式对混合煤气和助燃风流量进行调节，提高了检测仪表的使用寿命和获取测量参数的准确性。该系统简单实用易于实现，使烤包器温度控制处于全自动控制状态，真正实现炼钢烤包器温度控制。实际应用表明：本实用新型，节约混合煤气40-50％；提高钢包烘烤温度100-200℃；提高了钢包的使用寿命，保证烤包器节能、高效、安全、稳定运行。

作为优选，助燃风流量调节模块13包括：

空燃比获取单元7、乘法器8、助燃风流量设定值获取单元9、助燃风流量自动调节单元10；

所述空燃比获取单元7输入端通过煤气热值仪2连接混合煤气管道，用于获取煤气热值，并根据获取的煤气热值计算空燃比，所述空燃比获取单元7的输出端连接乘法器8的输入端，用于将计算的空燃比输出给乘法器8；

所述乘法器8的一个输入端通过煤气流量计1连接混合煤气管道，用于获取煤气管道的煤气流量，并且根据获取的煤气流量和空燃比计算获取助燃风流量设定值，所述乘法器8的输出端连接助燃风流量设定值获取单元9的输入端，用于将获得的助燃风流量设定值输出给助燃风流量设定值获取单元9；

所述助燃风流量设定值获取单元9的输出端连接助燃风流量自动调节单元10，用于将助燃风流量设定值输出给助燃风流量自动调节单元10；

所述助燃风流量自动调节单元10的一个输入端连接助燃风流量计3，用于获取助燃风流量，所述助燃风流量自动调节单元10的输出端连接助燃风调节蝶阀4，用于根据获取的助燃风流量和助燃风流量设定值计算获得电信号，根据所述电信号控制助燃风调节蝶阀4调节助燃风流量。

作为优选，温度调节模块14包括：

温度设定曲线生成单元11，温度自动控制单元12；

所述温度设定曲线生成单元11输出端连接温度自动控制单元12的一个输入端，用于将产生的烤包器烘烤温度设定值输出给给温度自动控制单元12，作为温度自动控制单元12的预设的目标值进行温度调节；

所述温度自动控制单元12的一个输入端连接红外测温仪6，用于获取包盖的温度，作为温度自动控制单元12的测量值；所述温度自动控制单元12的输出端连接煤气调节蝶阀5，根据获取的温度自动控制单元12获得的目标值和测量值输出的电信号控制煤气调节蝶阀5调节煤气流量。

使用方法：

通过助燃风流量调节模块13获取的煤气流量、煤气的热值、助燃风的流量，并根据获取的煤气流量、煤气的热值、助燃风的流量获得电信号，根据所述电信号控制助燃风调节碟阀调节助燃风管道的助燃风流量；

通过温度调节模块14获取包盖的温度以及预设的目标值温度，通过获取的包盖的温度以及预设的目标值获得电信号，根据所述电信号控制所述煤气调节蝶阀5调节混合煤气管道中煤气的流量。

作为优选，通过助燃风流量调节模块13获取的煤气流量、煤气的热值、助燃风的流量，并根据获取的煤气流量、煤气的热值、助燃风的流量获得电信号，根据所述电信号控制助燃风调节碟阀调节助燃风管道的助燃风流量包括：

通过空燃比获取单元7获取煤气热值仪2显示的混合煤气热值，并根据所述混合煤气热值计算实际空燃比；

通过乘法器8获取空燃比获取单元7计算的实际空燃比和煤气流量计1获得的煤气流量值，并对所述实际空燃比和煤气流量值乘积获得助燃风流量设定值；

通过助燃风流量设定值获取单元9获取乘法器8计算获得的助燃风流量设定值作为助燃风流量自动调节单元10的目标值；

通过助燃风流量自动调节单元10获取助燃风流量自动调节的目标值以及助燃风流量计3获得的助燃风流量，并根据获取的助燃风流量自动调节单元10的目标值以及助燃风流量计3算获得电信号，根据所述电信号控制助燃风调节蝶阀4调节助燃风流量。

作为优选，通过温度调节模块14获取包盖的温度以及预设的目标值温度，通过获取的包盖的温度以及预设的目标值获得电信号，根据所述电信号控制所述煤气调节蝶阀5调节混合煤气管道中煤气的流量包括：

通过温度设定曲线生成单元11产生预设的烤包器烘烤温度曲线，作为温度自动控制单元12的目标值；

通过温度自动控制单元12获取的温度自动控制单元12的目标值和包盖的温度，并根据获取温度自动控制单元12的目标值和包盖的温度生成电信号，根据所述电信号控制煤气调节蝶阀5调节煤气流量，控制温度。

作为优选，通过空燃比获取单元7获取煤气热值仪2显示的混合煤气热值，并根据所述混合煤气热值计算实际空燃比具体为：

根据煤气热值仪2显示的混合煤气热值Q，计算实际空燃比；高炉煤气热值3333kJ/m³、800kcal/m³,焦炉煤气热值16720kJ/m³、4000kcal/m³，混合后，热值变化418kJ/m³、100kcal/m³时，理论空燃比变化0.10814，实验得出烤包器混合煤气的理论空燃比β₀的近似公式为：

β₀＝0.0010814*(Q-800)+0.6

烤包器的空气过剩系数为1.03，所以实际空燃比β_n的近似公式为：

β_n＝[0.0010814*(Q-800)+0.6]*1.03

式中：β₀---理论空燃比；β_n---实际空燃比；Q---混合煤气热值，kcal/m3。

将公式存储在PLC控制系统内，根据煤气热值仪2测量的实时混合煤气热值，系统自动计算出烤包器的实际空燃比β_n。

作为优选，通过乘法器8获取空燃比获取单元7计算的实际空燃比和煤气流量计1获得的煤气流量值，并对所述实际空燃比和煤气流量值乘积获得助燃风流量设定值具体为：

温度调节最终是通过煤气流量的改变实现的，这就要求与之对应的空气流量按照实际空燃比β_n进行控制。

由煤气流量计1测得的煤气流量，通过乘法器8，与计算的实际空燃比相乘，获得助燃风流量设定值。

计算公式为：F_ad＝F_g*β_n

式中：F_ad---助燃风流量设定值，m3/h；F_g---煤气流量测量值，m3/h；β_n---实际空燃比。

作为优选，通过温度自动控制单元12获取的温度自动控制单元12的目标值和包盖的温度，并根据获取温度自动控制单元12的目标值和包盖的温度生成电信号，根据所述电信号控制煤气调节蝶阀5调节煤气流量，控制温度为：

温度自动控制单元12采用PID控制算法，温度自动控制单元12对烤包器烘烤温度按设定值温度曲线进行控制，烤包器烘烤预先设定温度曲线作为温度自动控制单元12的目标值；红外测温仪6测得的包盖温度，作为温度自动控制单元12的测量值；目标值与测量值的差值经PID控制算法运算，并生成电信号，温度自动控制单元12输出电信号控制煤气调节蝶阀5，使实际的烤包器温度控制在温度设定曲线生成单元11所生成的烤包器温度设定值上。

助燃风流量计3输出与助燃风流量自动调节单元10的测量值端连接，助燃风流量自动调节单元10的设定值与助燃风流量自动调节单元10的测量值之差经助燃风流量自动调节单元10的PID运算后输出与助燃风调节阀连接，用于调节助燃风流量的大小，使助燃风流量跟随煤气流量按实际空燃比进行控制，助燃风调节蝶阀4的阀位反馈信号也进入助燃风流量自动调节单元10进行显示。

温度设定曲线生成单元11产生温度与时间的烤包曲线，其输出与温度自动调节单元的目标值端连接。红外测温仪6与烤包器的包盖连接，用于检测钢包内温度，该测温仪通过设定特定的波长，能克服火焰和热气体干扰，直接准确测量钢包内壁耐火材料温度；而且，该测温仪安装简单，采用了探头与测温仪分体的设计，不易损坏。红外测温仪6的输出端与温度自动控制单元12的测量值端连接，温度自动控制单元12的设定值与温度自动控制单元12的测量值之差经温度自动控制单元12的PID运算后输出与煤气调节蝶阀5连接，用于调节煤气流量的大小进而控制钢包温度，使钢包温度按温度设定曲线进行控制，煤气调节蝶阀5的阀位反馈信号也进入温度自动控制单元12进行显示。

通过温度设定曲线生成单元11产生预设的烤包器烘烤温度曲线，作为温度自动控制单元12的目标值具体为：

按照表1要求，生成烘烤温度与时间的关系曲线，如图2所示。温度设定曲线生成单元11与温度自动控制单元12连接，产生的温度设定值曲线，作为温度自动控制单元12的输入，也就是烤包温度控制的目标值。

(1)、在温度设定曲线生成单元11内输入若干个时间折点t1、t2---tn；

(2)、在温度设定曲线生成单元11内输入与每个折点相对应的温度设定值T1、T2---Tn；

(3)、在温度设定曲线生成单元11内生成温度与时间的烤包器烘烤温度曲线；

(4)、生成的烤包器烘烤温度曲线作为温度自动控制单元12的输入，成为烤包温度控制的目标值。

表1：烤包器烘烤温度与烘烤时间关系表

例如：输入折点个数1-10可以设定，时间数值(单位：h)：第1折点t₁(0-288h可以设定)、第2折点t₂(0-288h可以设定)、第3折点t₃(0-288h可以设定)、第4折点t₄(0-288h可以设定)、······、第10折点t₁₀(0-288h可以设定)；对应的烤包温度设定值(单位：℃)：第1折点T₁(0-T_MAX可以设定)、第2折点T₂(0-T_MAX可以设定)、第3折点T₃(0-T_MAX可以设定)、第4折点T₄(0-T_MAX可以设定)、······、第10折点T₁₀(0-T_MAX可以设定)；这样可以产生0A-AB-BC-CD-DE-EF-FG-GH-HI-IJ的10段温度设定值曲线，其中：T_MAX为温度的最大值。

助燃风流量自动调节单元10控制助燃风流量的方法为：

助燃风流量自动调节单元10也采用PID控制算法，助燃风流量设定值获取单元9生成的助燃风流量设定值为助燃风流量自动调节单元10的目标值；助燃风流量计3测得的助燃风流量，作为助燃风流量自动调节单元10的测量值；目标值与测量值的差值经PID控制算法运算，助燃风流量自动调节单元10的输出电信号控制助燃风调节蝶阀4，使实际的助燃风流量控制在助燃风流量设定值获取单元9所生成的助燃风流量设定值上。

助燃风流量设定值与煤气流量存在按煤气热值变化的实际空燃比的关系，这样，助燃风流量就跟随煤气流量的变化，按根据混合煤气热值变化的实际空燃比进行控制，所以保证了烤包器燃烧控制的最优化，做到了混合煤气的完全燃烧，实现了炼钢烤包器的最优化控制，达到了节能、提高烘烤质量的目的。

实施例1：

某炼钢烤包器烤大修包，煤气流量0-1300Nm3/h，助燃风流量0-3000Nm3/h，热值仪显示的热值Q＝2290kcal/m3，烘烤大修包温度与烘烤时间关系如表2所示。

表2：烤包器烘烤大修包温度与烘烤时间关系表

炼钢烤包器温度控制方法如下：

1.温度设定曲线生成单元11产生烤包器烘烤温度曲线

在PLC控制系统13内完成温度设定曲线。按表2，输入折点个数为6，输入时间值(单位：h)：第1折点t1＝24、第2折点t2＝72、第3折点t3＝96、第4折点t4＝120、第5折点t5＝132、第6折点t6＝168；对应的温度设定值(单位：℃)：第1折点T1＝200、第2折点T2＝400、第3折点T3＝400、第4折点T4＝800、第5折点T5＝800、第6折点T6＝1000；这样可以产生0A-AB-BC-CD-DE-EF的6段温度设定值曲线。最后形成的温度设定值曲线如图3所示。

2.温度自动控制单元12对烤包器烘烤温度按温度曲线进行控制

温度自动控制单元12利用西门子S7-300PLC内的PID控制算法，将图3所示的温度设定曲线作为PID算法的设定值，特定波长红外测温仪6测得的烤包器温度，作为PID算法的测量值，设定值与测量值的差值经PID控制算法运算，温度自动控制单元12的输出电信号控制煤气调节蝶阀5，使实际的烤包器温度分别控制在温度设定曲线生成单元11所生成的烤包器温度设定值上。

PID参数为比例度P＝0.65，积分时间Ti＝3min。

实际运行表明：该种控制方法可以使烤包温度控制在±10℃内。

3.空燃比获取单元7计算实际空燃比βn

将Q＝2290kcal/m3带入公式,得实际空燃比βn＝[0.0010814*(Q-800)+0.6]*1.03＝2.278。

4.助燃风流量设定值获取单元9产生助燃风流量设定值

步骤2的温度调节最终是通过煤气流量的改变实现的，这就要求与之对应的空气流量按照步骤3的实际空燃比βn进行控制。

由环形孔板煤气流量计11测得的煤气流量Fg(0-1300Nm3/h)，通过乘法器88，与实际空燃比βn＝2.278相乘，获得助燃风流量设定值Fad(0-3000Nm3/h)。

5.助燃风流量自动调节单元10控制助燃风流量

助燃风流量自动调节单元10也采用S7-300PLC内的PID控制算法实现，助燃风流量设定值Fad为PID的设定值，标准孔板助燃风流量计3测得的助燃风流量作为PID的测量值,PID控制输出用于调节助燃风调节蝶阀4的开度。PID参数为比例度P＝0.75，积分时间Ti＝5.6min。

实际运行表明：该种控制方法可以使助燃风流量控制在±(10-15)Nm3/h范围内，对应精度可以达到0.2-0.5％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。