CN101806541B - 一种优化控制大型步进梁式加热炉板坯加热制度的模型 - Google Patents
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Abstract
一种优化控制大型步进梁式加热炉板坯加热制度的模型，属于工业加热技术领域。采用钢坯加热制度优化模型，优化不同钢种钢坯入炉顺序；优化钢坯加热时间、加热炉各段温度；预知钢坯加热过程温度变化。该模型由单一钢种钢坯温度控制模块和多钢种钢坯加热优化控制模块两部分组成：一个模块是针对单独一块钢坯的加热过程模拟，另一个模块是针对10块不同钢坯情况钢坯入炉即混装入炉情况下的加热过程模拟。利用该模型优化钢坯加热制度，可以避免钢坯加热温度过高，减少钢坯氧化烧损；采用合理的加热时间以减少不必要的燃料浪费，降低燃料消耗；有利于科学、合理地调节加热炉操作参数，满足钢坯加热质量要求。
Description
技术领域
本发明属于工业炉钢坯加热技术领域，特别是提供了一种优化控制大型步进梁式板坯加热炉板坯加热制度的模型，应用于热轧薄板板坯加热炉加热制度优化控制，确定不同钢种板坯入炉顺序、加热时间、温度控制，并预测钢坯加热温度变化规律。大量节约能源，同时提高钢坯加热质量，减少钢坯氧化烧损。
背景技术
伴随着热轧板卷品种钢生产的迅速发展，产品和工艺装备的升级也比较快，生产高附加值钢板对加热炉的加热工艺要求也越来越高。对加热炉内钢坯加热制度控制水平的要求也不断提高。目前加热炉钢坯加热制度主要是根据经验来确定，根据各钢种的特性来确定出钢坯的目标出炉温度、加热时间及相应加热温度。在加热炉生产实际操作中，通过经验来确定加热制度，尚未建立科学的计算手段确定不同钢坯、不同初始温度混装情况下加热制度。由于钢坯初始温度不同、钢种不同的钢坯在一起混装的情况下进入加热炉内加热与仅单一钢种、相同入炉温度情况下在加热炉内的加热时间和加热温度是不同的，因此，需要使加热钢坯在满足轧制工艺需求的前期下，即达到钢坯目标出炉温度、均热时间的条件下确定钢坯入炉顺序、最佳加热时间，需要全面建立科学的方法定量确定各加热钢坯之间的相互关系，通过优化控制加热炉内各段加热温度，加热时间，减少能源消耗，同时又有利于减少钢坯氧化烧损，降低钢耗，降低生产成本。钢坯加热前，即可预知钢坯加热温度在炉内变化、加热炉各段控制温度、并为正确判定不同钢种钢坯装入加热炉的顺序提供科学依据，更好地提高加热炉的实际控制水平。
首钢迁钢公司2160热轧加热炉是大型步进梁式板坯加热炉，从2007年8月投产，基本满足了各钢种的加热工艺要求。为了进一步提高首钢迁钢金属材料有限公司轧钢加热技术水平，发明一种优化控制大型步进梁式板坯加热炉钢坯加热的方法，提高加热炉热效率和加热制度控制水平。
发明内容
本发明提供一种优化控制大型步进梁式加热炉钢坯加热的模型，在保证板坯目标出炉温度、均热时间的前提下，准确控制不同钢种、不同初始温度板坯的入炉顺序，不仅有利于提高炉温，减少烟气带走的热损失，同时有利于降低板坯烧损率，满足不同品种钢坯对加热要求日益提高的需求，节能降耗，降低污染气体的排放，具有较大的社会价值。
本发明将优化控制模型用于大型步进梁式板坯加热炉加热制度，模型建立方法如下：
本发明的模型由单一钢种钢坯温度控制模块和多钢种钢坯加热优化控制模块两部分组成。单一钢种钢坯温度控制模块是针对单独一块钢坯的加热过程模拟，确定单一钢种的加热温度随时间的变化规律。先输入钢种及其初始温度，再利用模型选择对应钢坯的材料参数(包括：材料密度ρ、导热系数λ、热扩散率α、)和边界条件，利用模块计算得出单一钢坯在加热炉内温度随时间变化数值，并与目标温度T目标数值对比(即判断是否满足约束条件：目标出炉温度T目标以及目标均热时间t均热)，当满足约束条件时输出计算结果并退出单一钢种钢坯温度控制模块；
多钢种钢坯加热优化控制模块是针对10块不同情况(如：不同钢种、不同的入炉初始温度、不同的钢坯厚度以及不同的目标出炉温度)钢坯入炉即混装入炉情况下的过程模拟。确定不同钢种、不同初始温度钢坯加热时间和加热温度，以及加热炉各段温度设定值，通过优化(即：通过模块的传热模拟计算使加热炉各段温度在满足钢坯加热温度的前提下与钢坯加热温度差值不超过100℃；同时在保证钢坯目标出炉温度和规定均热时间的条件下，使钢坯在加热炉内的加热时间缩短，避免不必要的燃料消耗。)得出板坯加热制度，并作为加热炉生产安排计划的依据，判断不同钢种、不同初始温度下加热板坯的入炉顺序、板坯加热过程中的温度变化规律、加热时间和加热炉内各段温度控制值；首先根据该10种钢坯各自的初始条件，利用加热炉各段初始的炉气温度以及经过单一钢种钢坯温度控制模块得出各种钢坯达到目标温度要求的实际在炉时间t实际，再经多钢种钢坯加热控制模块进行钢坯入炉排序，得到不同钢种钢坯的入炉的顺序；然后通过多钢种钢坯加热优化控制模块对各段炉气温度进行优化(预热段温度t预热、一加热段温度t1加、二加热段温度t2加、均热段温度t均热)，即：根据各种钢坯达到其目标温度的要求来调整加热炉各段炉气温度，其中调整的次序是优先调整二加热段，如果二加热段达到达该段温度极限值后仍满足不了要求，则开始调一加热段。直到在每块钢坯加热的计算时间t计内能达到各钢坯的目标要求后输出各段炉气温度优化数值，同时可输出各钢坯在加热炉内加热温度随时间变化曲线，退出多钢种钢坯加热优化控制模块。
本发明的优点在于，可以及时定量地为加热炉生产计划安排提供科学合理的依据，预知加热炉板坯加热温度变化情况，这样既可保证板坯加热温度满足轧制工艺要求，避免出现由于板坯在加热炉内停留时间较长而致使燃耗增加、板坯氧化烧损量增加等问题。不仅有利于降低能源消耗，而且还有利于降低钢耗和减少燃烧产物中NOx等污染气体的排放，改善环境。
附图说明
附图1为大型步进梁式板坯加热炉板坯加热制度优化控制程序框图。
具体实施方式
利用钢种加热制度设计和混装加热设计模型，优化不同钢种不同入炉温度下钢坯在加热炉内的加热时间及加热炉各段相应的温度控制策略。利用模型可以预测单一钢种或不同钢种或不同钢种板坯入炉温度及板坯混装情况下加热炉各段炉膛温度控制、加热时间以及加热过程中板坯加热温度变化规律。例如：优化SPHC、Q345、超低碳钢等不同钢种、不同入炉温度下板坯在炉加热时间及各段加热温度，为改进完善当前钢坯热装热送制度提供依据。
优化控制大型步进梁式加热炉板坯加热制度的关键技术在于应用模型直接根据钢种、初始温度、目标温度、均热时间确定钢坯入炉顺序、加热炉内各段温度控制值、加热时间、钢坯加热过程温度变化情况。保证加热炉板坯加热温度，同时降低燃耗和钢坯氧化烧损量。以首钢迁钢金属材料有限公司2160mm热轧生产线1#加热炉为例，先输入所需加热单一钢坯(如Q345)的基本参数(例如：钢种、坯子厚度等)，通过单一钢坯加热温度控制模块(见附图1)计算满足本块(例如Q345)钢坯特性的加热温度随时间变化数值，输出钢坯(例如Q345)温度随时间变化曲线；然后执行多钢种钢坯加热制度优化控制模块(见附图1)，计算10种不同板坯，包括：Q345、X80、SPHC、硅钢、超低碳钢等，在不同初始温度下的入炉顺序、加热时间和加热炉内各段温度设定值、各钢坯在加热过程中的温度变化对关系曲线。
结合目前迁钢2160热轧厂热装钢种及加热炉生产中的实际热工特性情况，利用混装加热制度设计模型进行计算，得出混装钢坯顺序依次为：X80(450℃)、X80(30℃)、SPHC(450℃)、SPHC(30℃)、Q345(450℃)、Q345(30℃)、超低碳钢(450℃)、超低碳钢(30℃)、硅钢(580℃)、硅钢(450℃)；钢坯在炉内加热时间为182min；加热炉预热段温度为810℃，1加热段温度为1225℃，2加热段温度为1360℃，均热段温度为1291℃。
实现优化控制板坯加热制度模型框图见说明书附图1。
其中包括的主要环节有：单一钢种钢坯加热温度控制模块，实现单块钢坯的加热温度模拟，输出单一钢种钢坯加热温度随时间变化曲线；多钢种钢坯加热优化控制模拟，实现对10种以下(包括10种)钢坯混装入炉时加热模拟，通过模块程序最终获得混装钢坯加热制度优化(即：在满足钢坯加热目标出炉温度、均热时间的条件下，降低加热炉内的温度和减少钢坯的加热时间)的功能，输出钢坯加热制度优化控制结果(包括：钢坯入炉顺序、钢坯加热在炉时间、钢坯加热温度变化曲线及加热炉各段控制温度)。
Claims (1)
1.一种优化控制大型步进梁式加热炉板坯加热制度的模型，其特征在于，模型由单一钢种钢坯温度控制模块和多钢种钢坯加热优化控制模块两部分组成；
单一钢种钢坯温度控制模块是针对单独一块钢坯的加热过程模拟，确定单一钢种的加热温度随时间的变化规律；先输入钢种及其初始温度，再利用模型选择对应钢坯的材料参数和边界条件，利用模块计算得出单一钢坯在加热炉内温度随时间变化数值，并与目标出炉温度T目标数值对比，判断是否满足约束条件：目标出炉温度T目标以及目标均热时间t均热，当满足约束条件时输出计算结果并退出单一钢种钢坯温度控制模块；所述的材料参数包括：材料密度ρ、导热系数λ、热扩散率α；
多钢种钢坯加热优化控制模块是针对10块不同情况钢坯入炉即混装入炉情况下的过程模拟；确定不同钢种、不同初始温度钢坯加热时间和加热温度，以及加热炉各段温度设定值，通过优化得出板坯加热制度，并作为加热炉生产安排计划的依据，判断不同钢种、不同初始温度下加热板坯的入炉顺序、板坯加热过程中的温度变化规律、加热时间和加热炉内各段温度控制值；首先根据该10种钢坯各自的初始条件，利用加热炉各段初始的炉气温度以及经过单一钢种钢坯温度控制模块得出各种钢坯达到目标出炉温度要求的实际在炉时间t实际，再经多钢种钢坯加热控制模块进行钢坯入炉排序，得到不同钢种钢坯的入炉的顺序；然后通过多钢种钢坯加热优化控制模块对各段炉气温度进行优化，各段炉气温度是指预热段温度t预热、一加热段温度t1加、二加热段温度t2加、均热段温度t均热；根据各种钢坯达到其目标出炉温度的要求来调整加热炉各段炉气温度，调整的次序是先调整二加热段，当二加热段达到该段温度极限值后仍满足不了要求，则开始调一加热段；直到在每块钢坯加热的计算时间t计内能达到各钢坯的目标出炉温度要求后输出各段炉气温度优化数值，同时输出各钢坯在加热炉内加热温度随时间变化曲线，退出多钢种钢坯加热优化控制模块；
所述的通过优化是指通过模块的传热模拟计算使加热炉各段温度在满足钢坯加热温度的前提下与钢坯加热温度差值不超过100℃；同时在保证钢坯目标出炉温度和目标均热时间的条件下，使钢坯在加热炉内的加热时间缩短，避免不必要的燃料消耗。
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