熔炼炉炉温动态控制系统和方法与流程

本发明属于工业设备的控制系统，特别是利用计算机和可编程控制器对熔炼炉进行动态控制的系统和方法，本发明特别适用于燃气或燃油为燃料的蓄热式铝熔炼炉。

背景技术：

1、控制系统是以动态方式管理、指挥和调节其他变量以实现预期结果的工程设备或机制。它们被广泛用于广泛的应用，从简单的家用恒温器到复杂的工业自动化系统。对于工业设备的闭环控制系统，控制器的动作依赖于来自过程的反馈信号。

2、工业控制系统作为现代工业生产的“大脑”，正经历着前所未有的智能化变革。随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展，传统的工业控制系统正在向智能化、网络化、自动化的方向迈进。这一演进过程不仅提高了生产效率，降低了运营成本，还为工业制造带来了前所未有的创新机遇。智能化工业控制系统的出现，使得工厂生产流程更加透明化、可控化。通过实时数据采集和分析，管理人员可以准确掌握生产线的运行状态，及时发现并解决潜在问题。同时，智能化系统还能对生产流程进行优化，提高设备的利用率和维护效率，从而进一步提升企业的竞争力。

3、图1显示了一种传统的铝熔炬炉及其控制方式的示意图。如图1所示，铝合金生产工艺中包括对铝原料（如铝锭）的熔炼过程，该燃气蓄热式熔炼炉包括炉膛，炉膛内设有具有多个烧嘴，烧嘴一般都是成对设置，但也可能设置不成对的多个烧嘴（例如三个烧嘴）。当熔炼炉升温加热时，通常设置成其中一个烧嘴燃烧，其他烧嘴处于吸气状态，再生床则处于被预热状态。并且，采用plc和各温度和状态传感器，以及燃料、空气、废气等阀门形成的闭路控制进行炉内状态的监视和控制，并通过终端设备进行显示。

4、图2显示了传统的铝熔炼炉的控制系统的一个监控终端的参数设定界面，该界面用于监视熔炼炉的状态及设定熔炼炉的控制参数。该熔炼炉是燃气蓄热式熔炼炉，具有三个烧嘴（也称主枪），即1#烧嘴、2#烧嘴和3#烧嘴，各烧嘴在燃烧时向炉膛喷出空气和燃料，在不燃烧时及于排出废气。所述界面可以设置各烧嘴分别在“大火设定”和“小火设定”时的助燃风机阀门、燃料阀门和排烟风机阀门的大小，还可以设定烧嘴换燃时间。此外。为了对炉温进行控制，该界面还可以设置炉膛温度、各再生床温度、主枪小火温度（喷嘴由大火转为小火时的温度）、主枪控温浮动等。

5、在控温过程中，炉膛温度达到设定温度时，烧嘴停火保持恒温状态，当炉膛温度低于设定控制温度时，烧嘴再次自动开启火焰升温。为了避免烧嘴再次自动开启火焰升温的频繁启动，所以在参数界面有一项炉温浮动参数项（例如设为50度）。

6、然而，上述控制系统只能通过设定预定的两种燃烧模式，例如“大火设定”和“小火设定”（“大火设定”是指炉膛需要快速升温及熔化固体料为目的，此火焰可以调整成猛火高温火焰，达到快速升温提高熔化固体料的速度和快速透底的目的；“小火设定”主要用于炉膛内铝液保温和来料等待、合金调整过程中使用小火焰来慢速度升温和保温），因此，现有技术无法对熔炼炉的炉膛、炉床进行更加精确的控温，导致金属氧化烧损增多，或者因吸收过量气体等原因使得合金质量下降。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、本发明所要解决的是现有的燃气蓄热式熔炼炉无法实现炉温精确控制而导致熔金属氧化烧损增多，或者因吸收过量气体等原因使得合金质量下降的问题。

3、（二）技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明一方面提出一种熔炼炉炉温动态控制系统，所述熔炼炉使用燃料燃烧进行加热，包括炉膛、至少两个再生床和与再生床对应的烧嘴，所述控制系统包括：炉膛温度传感器，用于检测所述炉膛气体的温度；再生床温度传感器，用于检测再生床的温度；与各烧嘴对应的燃料管、助燃风管和排气管，以及用于控制燃料管流量的燃料阀门、用于提供助燃风的助燃风机和进行排气的排气风机；控制器，用于控制所述烧嘴进行燃烧切换，以便于在当前燃烧的烧嘴对应的再生床与温度最低的再生床的温度差大于预定值时，切换为温度最低的再生床对应的烧嘴进行燃烧，其他烧嘴不进行燃烧；以及，当所述烧嘴在燃烧时，控制所述烧嘴对应的燃料阀门的开度、助燃风机和排气风机的转速。

5、根据本发明的优选实施方式，所述控制器包括烧嘴切换模块，其用于控制所述烧嘴进行燃烧切换，以便于在当前燃烧的烧嘴对应的再生床与温度最低的再生床的温度差大于预定值时，切换为温度最低的再生床对应的烧嘴进行燃烧，其他烧嘴不进行燃烧。

6、根据本发明的优选实施方式，所述烧嘴切换模块在控制所述烧嘴进行燃烧切换时，如果当前燃烧的烧嘴对应的再生床与温度最低的再生床的温度差大于预定值时且距上一次切换的时间间隔大于预定值时，切换为温度最低的再生床对应的烧嘴进行燃烧，其他烧嘴不进行燃烧。

7、根据本发明的优选实施方式，所述控制器包括燃料阀开度计算模块、助燃风机转速计算模块和排气风机转速计算模块，分别用于根据所述炉膛温度传感器和再生床温度传感器获得的温度来计算当前燃烧的烧嘴对应的燃料阀门的开度、助燃风机和排气风机的转速。

8、根据本发明的优选实施方式，所述控制器包括存储模块，所述存储模块存储有标准表，所述标准表记载了与当前炉膛温度、目标炉膛温度对应的最佳燃料流量、助燃空气流量和排气流量；

9、所述燃料阀开度计算模块、助燃风机转速计算模块和排气风机转速计算模块分别读取所述标准表，并根据标准表计算当前燃烧的烧嘴对应的最佳燃料阀门的开度、助燃风机和排气风机的转速。

10、根据本发明的优选实施方式，所述标准表包括效率标准表和节能标准表，其分别根据以最佳熔炼效率和最佳节能为标准进行定标所得。

11、根据本发明的优选实施方式，所述控制系统包括用户控制模块，其用于接收用户输入，以便控制所述燃料阀开度计算模块、助燃风机转速计算模块和排气风机转速计算模块所依据的标准表，以决定以效率优先模式还是以节能优先模式进行炉温控制。

12、本发明另一方面提出一种熔炼炉炉温动态控制方法，所述熔炼炉使用燃料燃烧进行加热，包括炉膛、至少两个再生床和与再生床对应的烧嘴，所述控制方法包括：检测所述炉膛气体的温度和所述再生床的温度；根据所述炉膛气体的温度和所述再生床的温度进行计算，以控制所述烧嘴进行燃烧切换，以使得在当前燃烧的烧嘴对应的再生床与温度最低的再生床的温度差大于预定值时，切换为温度最低的再生床对应的烧嘴进行燃烧，其他烧嘴不进行燃烧；当所述烧嘴在燃烧时，控制烧嘴对应的燃料阀门的开度、助燃风机和排气风机的转速。

13、根据本发明的优选实施方式，所述方法还包括：建立并存储标准表，所述标准表记载了与当前炉膛温度、目标炉膛温度对应的最佳燃料流量、助燃空气流量和排气流量；读取所述标准表，并根据标准表计算当前燃烧的烧嘴对应的最佳燃料阀门的开度、助燃风机和排气风机的转速。

14、根据本发明的优选实施方式，所述标准表包括效率标准表和节能标准表，其分别根据以最佳熔炼效率和最佳节能为标准进行定标所得。

15、根据本发明的优选实施方式，所述方法还包括：接收用户输入，以确定所述标准表是效率标准表还是节能标准表，以决定以效率优先模式还是以节能优先模式进行炉温控制。

16、（三）有益效果

17、本发明能够精确地控制烧嘴的燃烧模式从而使炉温控制更加精确和均衡，从而达到减少烧损、提高合金质量的效果。