CN101519735B - 一种控制带钢头尾温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制带钢头尾温度的方法，包括如下步骤，A.利用检测仪，检测带钢焊缝位置；B.利用数学模型计算前后带钢在加热炉出口的板温预测值，并得出两者之间的板温变化量；C.考虑板温变化量，按照上一卷带钢尾部和下一卷带钢头部的板温预测值不低于带钢要求的最低退火温度的原则，确定焊缝处上下带钢的目标板温；D.根据得到的目标板温，利用加热炉升温过程的经验公式，确定焊接处的目标板温轨迹；E.根据目标板温轨迹和板温预测值之间的差值，计算煤气流量补偿值；F.将煤气流量补偿值与模型计算的煤气流量设定值相加，一起传给加热炉仪表；G.加热炉仪表通过回路控制煤气阀门的开度。

Description

一种控制带钢头尾温度的方法

技术领域

本发明涉及一种控制带钢头尾温度的方法，尤其涉及一种用于冷轧连续退火生产线的控制带钢头尾温度的方法。

背景技术

连续退火机组加热炉概况如图1所示，采用煤气加热，不同厚度，宽度的钢卷通过焊接实现在加热炉内连续通板，按工艺要求的目标温度(可以在上下限范围内波动)进行退火处理，以满足产品的机械特性。

连续退火机组加热炉的控制分为炉温控制和带温控制。炉温控制模型以控制加热炉出口实际炉温为目标，考虑加热炉入口带温和带钢秒流量对炉温的影响，建立了多变量预测控制算法，减少与设定炉温的偏差从而达到加热带钢的目的。

采用带温模型控制时，模型将带钢温度作为目标，计算得出控制数据(如煤气流量等)后设定下传给仪表控制实际带温。在下一钢卷到达加热炉入口前，即模型预测控制范围内，现有技术把相应控制目标(下卷带温)不作过渡部位的温度轨迹处理，直接填入模型的控制数据区域，如图2。如前后钢卷板厚发生变化时，焊缝过渡部位温度肯定波动，甚至超过工艺要求的退火温度范围，导致过渡部位性能波动大或不合格。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制带钢头尾温度的方法，当带钢的厚度、宽度和/或目标温度其中变化时，优化带钢焊缝处的退火温度及其控制精度，确保整个带钢退火温度的波动处在允许范围内。

本发明的目的是这样实现的：一种控制带钢头尾温度的方法，其包括如下步骤：

A.利用检测仪，检测带钢焊缝位置；

B.利用数学模型计算前后带钢在加热炉出口的板温预测值，并得出两者之间的板温变化量；

C.考虑板温变化量，按照上一卷带钢尾部和下一卷带钢头部的板温预测值不低于带钢要求的最低退火温度的原则，确定焊缝处上下带钢的目标板温；

D.根据得到的目标板温，利用加热炉升温过程的经验公式，确定焊接处的目标板温轨迹；

E.根据目标板温轨迹和板温预测值之间的差值，计算焊缝前后煤气流量补偿值；

F.将煤气流量补偿值与模型计算的煤气流量设定值相加，一起传给加热炉仪表；

G.加热炉仪表通过回路控制煤气阀门的开度。

优选地，所述步骤B中用于计算前后带钢在加热炉出口板温预测值的数学模型为：

Tout＝{TF-TSi}·SVF+TSi

$\mathrm{SVF}\≡\frac{\mathrm{Tout}-\mathrm{TSi}}{\mathrm{TF}-\mathrm{TSi}}=1-\exp \left[\frac{-1}{s_1(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_2\·\mathrm{TV}(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_3\·\mathrm{TV}(\mathrm{TF}-\mathrm{TFave})+s_4}\right]$

其中：

SVF：炉温系数；

Tout：板温预测値；

TH：板厚；

VS：炉内带钢运行速度(加热炉出口时的带钢运行速度)；

TF：炉温；

TSi：加热炉入口带钢温度；

s1～s4：模型学习参数；

TV：TH×VS；

TVave：TV的平均値；

TFave：TF的平均値；

优选地，所述步骤E中煤气流量补偿值的计算方法为：

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{opt}}\left(t\right)=\frac{\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}(t+j)\·\mathrm{Gj}\·[r(t+j)-\{\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δh}(t+i)+y\left(t\right)\left\}\right]}{\mathrm{\ω}+\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}{(t+j)}^2\·{\mathrm{Gj}}^2}$

其中：

ΔU_opt：t时刻的煤气流量补偿值；

ω：控制量的权重；

r：目标板温；

y：实际板温；

DVF：炉温微分系数；

N1：控制响应延迟时间；

N2：最大预测范围时间；

ρ(j)：板温偏差的权重；

G_j：控制增益系数；

i，j：时间序列；

r(t+j)：经过焊缝处的目标板温；

y(t)+Δh(t+i)：预测的出口板温。ω取值范围为0.3～0.8，N1为2～4，N2为6～10。

优选地，在所述步骤A之前，提前6-10分钟对带钢规格进行判断，如前后带钢规格一致，则不进行上述带钢焊缝前后板温的控制计算，程序结束；否则，执行步骤A。

优选地，在所述步骤E中，煤气补偿值每分钟计算一次。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：能根据具体情况，合理确定焊缝处的目标板温，确保前后带钢焊缝处的温度不低于下限温度，保证产品质量合格。

附图说明

图1为加热炉内的带钢分布示意图；

图2为现有技术的控制流程图；

图3为本实用新型的控制流程图；

图4为本实用新型的控制逻辑图；

图5为一种比较例的控制曲线图；

图6为另一种比较例的控制曲线图；

图7为一种实施例的控制曲线图；

图8为另一种实施例的控制曲线图。

具体实施方式

如图3，4所示：

A.利用焊缝检测仪，在下一卷带钢进加热炉之前的一定距离内，检测带钢焊缝。

B.利用数学模型，计算前后带钢在加热炉出口的板温预测值Tout以及板温变化量。该数学计算公式：

Tout＝{TF-TSi}·SVF+TSi

$\mathrm{SVF}\≡\frac{\mathrm{Tout}-\mathrm{TSi}}{\mathrm{TF}-\mathrm{TSi}}=1-\exp \left[\frac{-1}{s_1(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_2\·\mathrm{TV}(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_3\·\mathrm{TV}(\mathrm{TF}-\mathrm{TFave})+s_4}\right]$

其中：

SVF：炉温系数；

Tout：板温预测値；

TH：板厚；

VS：炉内带钢运行速度(加热炉出口时的带钢运行速度)；

TF：炉温；

TSi：加热炉入口带钢温度；

s1～s4：模型学习参数；

TV：TH×VS；

TVave：TV的平均値；

TFave：TF的平均値。

C.结合带钢的材质特点(如工艺要求的退火温度目标值和上下限范围)，利用计算出的板温预测值Tout比较前后带钢的温度偏差，确保相连接的上一卷带钢尾部和下一卷带钢头部的板温预测值不低于带钢要求的最低退火温度(根据工艺要求，板温低会造成性能不合格)，制定前后带钢焊缝处的目标温度。

D.根据得到的焊缝处前后带钢的目标板温，根据加热炉升温过程的经验公式，计算得出焊缝处的目标板温轨迹，在本实施例中，连续退火加热炉通常板温变动在焊缝进入加热炉前8分钟开始，以不高于5℃/分的速度设定目标板温轨迹。

E.根据确定的焊接处目标温度轨迹和出口板温预测值之间差值，每分钟计算一次煤气流量补偿值，确保焊缝处的带钢温度控制符合工艺要求。该计算煤气流量补偿值的数学公式为：

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{opt}}\left(t\right)=\frac{\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}(t+j)\·\mathrm{Gj}\·[r(t+j)-\{\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δh}(t+i)+y\left(t\right)\left\}\right]}{\mathrm{\ω}+\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}{(t+j)}^2\·{\mathrm{Gj}}^2}$

其中：

ΔU_opt：t时刻的煤气流量补偿值；

ω：控制量的权重；

r：目标板温；

y：实际板温；

DVF：炉温微分系数；

N1：控制响应延迟时间；

N2：最大预测范围时间；

ρ(j)：板温偏差的权重；

G_j：控制增益系数；

i，j：时间序列；

r(t+j)：经过焊缝处的目标板温；

y(t)+Δh(t+i)：预测的出口板温。

F.煤气流量补偿值与模型计算的煤气流量设定值相加，一起传给加热炉仪表。

G.加热炉仪表通过PID回路控制煤气阀门的开度，实现加热炉的精确加热。

本实用新型的实施例如表1所示：

表1为前后带钢焊缝处板温不控制和控制的比较

项目	焊缝处板温不控制		焊缝处板温控制
					图5	图6	图7	图8
	板厚切换，mm	0.8→0.9	0.7→0.8	0.8→1.0					0.8→1.0→0.8
目标板温切换，℃					840→820	840→820	825→790	850→840→850
	实际板温波动，℃	842→813	835→807	835→789					868→833→861
焊缝处板温波动，℃					2→-7	-5→-13	10→-1	18→-7→11
	说明	下一卷带钢板温偏低	下一卷带钢板温偏低，大于10℃	板厚波动大，下一卷带钢板温控制较好					板厚波动大，下一卷带钢板温控制较好

如图5、6、7、8所示，其中1为修正后的目标板温(℃)，2为实际板温(℃)，3为原始目标板温(℃)，4为实际煤气流量(Nm3/hr)，5为设定煤气流量(Nm3/hr)，6为机组速度(mpm)，7为带厚(mm)。

如图5所示，其中B部分的原始目标带温3温度未作升温轨迹处理，造成降温过头。A部分的机组速度6进行人工了减速干预，但仍无法阻止降温过头趋势。

Claims (4)

1.一种控制带钢头尾温度的方法，其包括如下步骤：

A.利用检测仪，检测带钢焊缝位置；

B.利用数学模型计算前后带钢在加热炉出口的板温预测值，并得出两

者之间的板温变化量，该步骤中用于计算前后带钢在加热炉出口板温预测值的数学模型为：

Tout＝{TF-TSi}·SVF+TSi

$\mathrm{SVF}\≡\frac{\mathrm{Tout}-\mathrm{TSi}}{\mathrm{TF}-\mathrm{TSi}}=1-\exp \left[\frac{-1}{s_1(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_2\·\mathrm{TV}(\mathrm{TV}-\mathrm{TVave})+s_3\·\mathrm{TV}(\mathrm{TF}-\mathrm{TFave})+s_4}\right]$

其中：

SVF：炉温系数；

Tout：板温预测値；

TH：板厚；

VS：炉内带钢运行速度(加热炉出口时的带钢运行速度)；

TF：炉温；

TSi：加热炉入口带钢温度；

s1～s4：模型学习参数；

TV：TH×VS；

TVave：TV的平均値；

TFave：TF的平均値；

C.考虑板温变化量，按照上一卷带钢尾部和下一卷带钢头部的板温预测值不低于带钢要求的最低退火温度的原则，确定焊缝处上下带钢的目标板温；

D.根据得到的目标板温，利用加热炉升温过程的经验公式，确定焊接处的目标板温轨迹；

E.根据目标板温轨迹和板温预测值之间的差值，计算焊缝前后煤气流量补偿值；

F.将煤气流量补偿值与模型计算的煤气流量设定值相加，一起传给加热炉仪表；

G.加热炉仪表通过回路控制煤气阀门的开度。

2.如权利要求1所述的控制带钢头尾温度的方法，其特征在于：所述步骤E中煤气流量补偿值的计算方法为：

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{opt}}\left(t\right)=\frac{\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}(t+j)\·\mathrm{Gj}\·[r(t+j)-\{\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δh}(t+i)+y\left(t\right)\left\}\right]}{\mathrm{\ω}+\underset{j=N1}{\overset{N2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ρ}\left(j\right)\mathrm{DVF}{(t+j)}^2\·{\mathrm{Gj}}^2}$

其中：

ΔU_opt：t时刻的煤气流量补偿值；

ω：控制量的权重；

r：目标板温；

y：实际板温；

DVF：炉温微分系数；

N1：控制响应延迟时间；

N2：最大预测范围时间；

ρ(j)：板温偏差的权重；

G_j：控制增益系数；

i，j：时间序列；

r(t+j)：经过焊缝处的目标板温；

y(t)+Δh(t+i)：预测的出口板温。

3.如权利要求2所述的控制带钢头尾温度的方法，其特征在于：在所述步骤A之前，提前6-10分钟对带钢规格进行判断，如前后带钢规格一致，则不进行上述带钢焊缝前后板温的控制计算，程序结束；否则，执行步骤A。

4.如权利要求3所述的控制带钢头尾温度的方法，其特征在于：在所述步骤E中，煤气补偿值每分钟计算一次。

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