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摘 要：加热炉承载了轧材的第一道工序，对后序带钢的轧制起着决定性的作用，而温度控制又是加热炉的核心组成部分，板坯温度控制的精度决定了带钢轧制的精度。温度控制依赖于温度检测元件的精度，温度检测故障自诊断技术的开发可有效降低热轧板坯的烧损率和有效降低温度测量异常对退火钢卷的影响，从而间接提高热卷和冷卷的产品质量。
关键词：温度检测；故障自诊断；产品质量
前言
随着新材料应用的不断发展，带钢的产品质量对加热炉的生产性能要求也越来越高，这就要求对加热炉的温度检测设备的准确性和可靠、稳定性提出更高的要求。热轧加热炉和冷轧全氢罩式退火炉的温度检测均采用热电偶温度传感器，传感器的准确性、可靠性、稳定性都会对板坯和退火钢卷的产品质量产生极大的影响。为保证板坯和退火钢卷的产品质量，必须保证热电偶在使用过程中能够自我诊断温度测量是否准确、可靠，当热电偶被判断检测失效时，自动切除，保证加热炉工艺点温度控制的精准度。
1 热电偶检测的工作原理
如图一所示，由两种不同材质的导体或半导体A，B构成一个回路，其两端相互连接时，只要两点处的温度不同，回路中将在自由端和工作端产生一个电动势，该电动势的方向和大小与材料及两端的温度有关，这种物理现象称为热电效应。
其中：导体A，B为热电极，测温结点处在T温度场下为测量端或工作端、热端；在To温度场下为参考端或自由端、冷端。
2 热电偶检测的影响因素
2.1热轧加热炉热电偶检测的影响因素
根据工艺要求，若要保证加热炉炉内温度检测的准确性，热电偶必须满足一定的插入深度。由于热轧加热炉炉顶表面温度很高，直接烘烤到热电偶接线盒，长期处于高温环境下的热电偶其使用寿命和测量精度会有所降低，即使采取隔热措施热电偶的测量仍有误差。
2.2冷轧退火炉热电偶检测的影响因素
根据生产工艺，使用氢气对炉内钢卷进行氢气吹扫，而氢气具有还原性，热电偶长期使用在还原性的气氛中，高温环境下渗碳和铬的选择性氧化导致铬的浓度降低，镍铬极表面因游离碳析出而发生龟裂和表层脱落，内部氧化也随之迅速进行，铬的浓度明显降低，导致偶丝变脆，很快就会发生开路故障。
3 热电偶故障的表现形式
热电偶故障通常有以下表现形式：测量数据为固定值或最大值；测量数据不稳定；测量数据偏大或偏小。
从电气控制角度分析判断热电偶会出现短路值和断路值；从热电偶外观可判断热电偶接线是否良好，偶丝是否损坏或长度缺损，保护套管是否完好，补偿电缆绝缘性是否降低。
4 热电偶故障自诊断技术的开发
4.1热轧加热炉热电偶故障自诊断技术的开发
热轧加热炉的热电偶是依据工艺段设计安装的，每工艺段都安装有数支热电偶。热电偶故障自诊断技术首先考虑本热电偶测量是否正常，若出现最大值、最小值或测量数值不变或测量值变化过于激烈，则判断本支热电偶已发生故障；热电偶故障自诊断技术其次考虑每处工艺段不同热电偶之间测量数值，若某支热电偶测量数值明显不同于其它熱电偶的测量值则判断该支热电偶发生故障；热电偶故障自诊断技术再次考虑的是热电偶的测量值和工艺参考值的比较，若热电偶的测量值与工艺温度偏差过大或热电偶不跟随工艺温度而变化，则判断热电偶故障发生。
热电偶故障发生后，温度控制程序自动切除该故障热电偶，再取余下热电偶测量值的均值，方参与该工艺段的温度控制。
4.2热轧加热炉热电偶故障自诊断技术对智能燃烧控制的支持
加热炉的智能燃烧系统与传统燃烧系统相比，增加了含氧量的引入，同时参考煤气流量和空气流量。由于含氧量的引入可准确判断燃烧是否充分，智能燃烧会自动调节空燃比来。
温度测量精度引入智能燃烧系统，保证智能燃烧在系统自动调节空燃比的同时兼顾智能燃烧系统对温度控制的绝对要求，最大限度地降低烧损率。
4.3冷轧退火炉热电偶故障自诊断技术的应用
根据热电偶故障表现形式，结合退火炉生产工艺，对炉内温度检测控制程序进行改进和优化，开发热电偶故障自动诊断功能块，实现对热电偶测温传感器在退火生产过程中发生故障时的自动诊断功能，主要实现的功能如下：
罩式炉台炉内温度超限、热电偶断偶或断路时系统发出故障报警；罩式炉在加热升温阶段或在冷却降温阶段，炉内温度发生突变或不变，或者变化趋势与实际温度变化趋势相反时系统发出故障报警；罩式炉在加热升温阶段，温度控制出现超调情况时系统发出故障报警；罩式炉在带冷却罩冷却阶段，若风冷时间和水冷时间分别低于3小时和12小时系统发出故障报警；罩式炉在100℃以下的低温区冷却阶段时，如果热电偶检测温度冷却速率过快，系统则发出故障报警。
热电偶自动诊断功能块诊断出测量的温度异常后，退火过程将进入暂停状态，待故障处理和消除后方允许继续退火生产。
5 结论
热电偶故障自诊断功能的引入，能保证发生故障的热电偶不参与加热炉工艺段温度控制，由于系统会自动切除故障热电偶，系统获得的温度测量精度得以提高，同时也实现了温度控制的精准度，降低了热轧加热炉的烧损率；同时热电偶故障自动诊断功能实施以来，在罩式炉退火过程未出现温度传感器检测数据异常造成整炉钢卷粘结或退火温度不够的情况发生，有效降低退火钢卷的质量问题的发生。
参考文献
[1]周东华，孙优贤.控制系统的故障诊断和检测技术.北京：清华大学出版社，1994.
[2]刘应.热电偶测温系统中常见故障处理方法.湖南石油化工职业技术学院.
（作者单位：广西柳州钢铁集团有限公司）
关键词：温度检测；故障自诊断；产品质量
前言
随着新材料应用的不断发展，带钢的产品质量对加热炉的生产性能要求也越来越高，这就要求对加热炉的温度检测设备的准确性和可靠、稳定性提出更高的要求。热轧加热炉和冷轧全氢罩式退火炉的温度检测均采用热电偶温度传感器，传感器的准确性、可靠性、稳定性都会对板坯和退火钢卷的产品质量产生极大的影响。为保证板坯和退火钢卷的产品质量，必须保证热电偶在使用过程中能够自我诊断温度测量是否准确、可靠，当热电偶被判断检测失效时，自动切除，保证加热炉工艺点温度控制的精准度。
1 热电偶检测的工作原理
如图一所示，由两种不同材质的导体或半导体A，B构成一个回路，其两端相互连接时，只要两点处的温度不同，回路中将在自由端和工作端产生一个电动势，该电动势的方向和大小与材料及两端的温度有关，这种物理现象称为热电效应。
其中：导体A，B为热电极，测温结点处在T温度场下为测量端或工作端、热端；在To温度场下为参考端或自由端、冷端。
2 热电偶检测的影响因素
2.1热轧加热炉热电偶检测的影响因素
根据工艺要求，若要保证加热炉炉内温度检测的准确性，热电偶必须满足一定的插入深度。由于热轧加热炉炉顶表面温度很高，直接烘烤到热电偶接线盒，长期处于高温环境下的热电偶其使用寿命和测量精度会有所降低，即使采取隔热措施热电偶的测量仍有误差。
2.2冷轧退火炉热电偶检测的影响因素
根据生产工艺，使用氢气对炉内钢卷进行氢气吹扫，而氢气具有还原性，热电偶长期使用在还原性的气氛中，高温环境下渗碳和铬的选择性氧化导致铬的浓度降低，镍铬极表面因游离碳析出而发生龟裂和表层脱落，内部氧化也随之迅速进行，铬的浓度明显降低，导致偶丝变脆，很快就会发生开路故障。
3 热电偶故障的表现形式
热电偶故障通常有以下表现形式：测量数据为固定值或最大值；测量数据不稳定；测量数据偏大或偏小。
从电气控制角度分析判断热电偶会出现短路值和断路值；从热电偶外观可判断热电偶接线是否良好，偶丝是否损坏或长度缺损，保护套管是否完好，补偿电缆绝缘性是否降低。
4 热电偶故障自诊断技术的开发
4.1热轧加热炉热电偶故障自诊断技术的开发
热轧加热炉的热电偶是依据工艺段设计安装的，每工艺段都安装有数支热电偶。热电偶故障自诊断技术首先考虑本热电偶测量是否正常，若出现最大值、最小值或测量数值不变或测量值变化过于激烈，则判断本支热电偶已发生故障；热电偶故障自诊断技术其次考虑每处工艺段不同热电偶之间测量数值，若某支热电偶测量数值明显不同于其它熱电偶的测量值则判断该支热电偶发生故障；热电偶故障自诊断技术再次考虑的是热电偶的测量值和工艺参考值的比较，若热电偶的测量值与工艺温度偏差过大或热电偶不跟随工艺温度而变化，则判断热电偶故障发生。
热电偶故障发生后，温度控制程序自动切除该故障热电偶，再取余下热电偶测量值的均值，方参与该工艺段的温度控制。
4.2热轧加热炉热电偶故障自诊断技术对智能燃烧控制的支持
加热炉的智能燃烧系统与传统燃烧系统相比，增加了含氧量的引入，同时参考煤气流量和空气流量。由于含氧量的引入可准确判断燃烧是否充分，智能燃烧会自动调节空燃比来。
温度测量精度引入智能燃烧系统，保证智能燃烧在系统自动调节空燃比的同时兼顾智能燃烧系统对温度控制的绝对要求，最大限度地降低烧损率。
4.3冷轧退火炉热电偶故障自诊断技术的应用
根据热电偶故障表现形式，结合退火炉生产工艺，对炉内温度检测控制程序进行改进和优化，开发热电偶故障自动诊断功能块，实现对热电偶测温传感器在退火生产过程中发生故障时的自动诊断功能，主要实现的功能如下：
罩式炉台炉内温度超限、热电偶断偶或断路时系统发出故障报警；罩式炉在加热升温阶段或在冷却降温阶段，炉内温度发生突变或不变，或者变化趋势与实际温度变化趋势相反时系统发出故障报警；罩式炉在加热升温阶段，温度控制出现超调情况时系统发出故障报警；罩式炉在带冷却罩冷却阶段，若风冷时间和水冷时间分别低于3小时和12小时系统发出故障报警；罩式炉在100℃以下的低温区冷却阶段时，如果热电偶检测温度冷却速率过快，系统则发出故障报警。
热电偶自动诊断功能块诊断出测量的温度异常后，退火过程将进入暂停状态，待故障处理和消除后方允许继续退火生产。
5 结论
热电偶故障自诊断功能的引入，能保证发生故障的热电偶不参与加热炉工艺段温度控制，由于系统会自动切除故障热电偶，系统获得的温度测量精度得以提高，同时也实现了温度控制的精准度，降低了热轧加热炉的烧损率；同时热电偶故障自动诊断功能实施以来，在罩式炉退火过程未出现温度传感器检测数据异常造成整炉钢卷粘结或退火温度不够的情况发生，有效降低退火钢卷的质量问题的发生。
参考文献
[1]周东华，孙优贤.控制系统的故障诊断和检测技术.北京：清华大学出版社，1994.
[2]刘应.热电偶测温系统中常见故障处理方法.湖南石油化工职业技术学院.
（作者单位：广西柳州钢铁集团有限公司）