CN102888506A - 一种加热炉抽出端板坯位置控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，通过在现有设备基础上，设置板坯的虚拟停留位置POS_set，比较板坯在步进梁上的实时位置POS_act，并结合板坯抽出所需时长ΔT与板坯抽出所需最小时长ΔT_set进行比较，控制抽出端板坯在虚拟停留位置的停留时间。按照这种方法控制加热炉抽出端板坯的位置，使得最接近加热炉炉门抽出侧的板坯，在不影响生产节奏的情况下，尽可能远离加热炉抽出端炉门位置，尽可能缩短在加热炉抽出端炉门附近(即激光检测器接通处)的停留时间，进而达到防止板坯表面、边部及棱角的温度损失，提高加热质量，减少质量缺陷的目的。

Description

一种加热炉抽出端板坯位置控制方法

技术领域

本发明属于冶金生产技术领域，涉及热轧钢的成型加工，具体地，涉及一种加热炉抽出端板坯位置控制方法。

背景技术

加热炉是将物料或工件加热的设备。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。连续加热炉包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉，连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。主要特点是：料坯在炉内依轧制的节奏连续运动，炉气在炉内也连续流动；一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。

热轧加热炉控制的主要目的有三个：一是按照工艺要求对板坯进行加热，满足加热质量的要求，主要是出炉目标温度、均热度；二是要满足轧线节奏的要求，三是尽可能节能。这三个目标中最重要的是加热质量，目前，尽管板坯的出炉目标温度和均热度一般都可以满足，但是，由于加热炉引起的加热质量缺陷却频频发生。

按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，通常采用微正压控制，以防止冷空气吸入，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。然而，由于抽出端炉门的开启、炉门散热、炉门密封不严以及烧嘴布置等因素的影响，使得加热炉均热段靠近抽出端的炉气分布，没有靠近加热炉中部的炉气分布均匀，当板坯在抽出端炉门附近停留时间过长时，板坯的表面、边部及棱角的温度必然降低，尤其是在休止的情况下或者轧制节奏比较慢的情况下，这种情况就更加严重。结果导致产品出现质量缺陷，例如边裂、毛刺等质量缺陷，而且这种缺陷具有随机性，不是每块都有，从过程数据上很难发现问题所在。

为了解决上述存在的问题，目前常用的办法是提高板坯的出炉温度，改善轧线冷却水，然而，这些方法又会带来其它问题，例如提高板坯的加热温度，会浪费能源，而且也不会真正解决板坯在加热炉内温度分布不合理的问题。

常规加热炉抽出端板坯位置的控制方法为：当抽出端头块板坯没有达到激光检测位置时，加热炉内的步进梁自动运行，直到激光检测器接通，步进梁停止运行，等待抽钢时刻到，炉门打开，出钢机把板坯抽出，放到辊道上，送往轧线，图1是加热炉抽出端板坯等待出钢位置检测示意图。这种加热炉抽出端板坯等待出钢位置的控制方法，主要问题是：不管抽出端板坯什么时候抽出，该板坯停止的位置都要让激光接通。尽管加热炉采用微正压控制，但是抽出端靠近炉门的位置仍有冷风进入，而且由于烧嘴布置的原因和炉气总体是流向炉尾的，使得在这个位置上，加热炉的热强度比较弱。这样，即使板坯在前面的加热已经满足了工艺要求，但是，由于在靠近抽出端炉门附近停留的时间过长，从而使板坯的表面、边部及棱角温度降低，而板坯出炉后，板坯的表面、边部及棱角温度下降的又比较快，这就使得某些对温度敏感的钢种，例如IF钢，发生局部的组织转变，从而在轧线上产生边裂、毛刺等质量缺陷。

针对某些特殊钢种在轧线出现的质量缺陷，在实际生产过程中和理论研究中，采取了许多方法和改进措施，具体为：①优化加热炉工艺，提高抽出端炉气温度②优化轧线宽度和厚度负荷分配③优化立辊或者大侧压宽度控制设备⑤优化轧线冷却水的控制。这些方法在实际使用过程中，起到了一定的效果，但是没有完全解决这个生产技术难题。

为了解决板坯在加热炉内停留时间过长，导致出炉后产生边裂、毛刺等质量缺陷的问题，目前国内主要存在如下专利：

申请(专利)号：200610027091.3发明名称：热轧加热炉板坯剩余在炉时间确定方法。该发明公开了一种热轧加热炉板坯剩余在炉时间的确定方法，该方法首先根据加热炉内板坯的产度、成品宽度和成品厚度以及板坯的长度、成品宽度、厚度和硬度等级，利用板坯抽出间隔组合预报模型计算加热炉内板坯的抽出间隔，并且和当前的定时抽出间隔进行融合；再根据加热炉各段长度和板坯的当前位置，按照板坯距离锻模的长度从抽出段开始索引，对索引范围内的板坯抽出间隔进行累加计算，确定板坯的剩余在炉或在段时间。并自动适应修正。更好地对板坯的温度进行精确的预报，准确地控制设定加热炉的炉气温度以使板坯达到规定的工艺目标温度，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平、提高板坯的加热质量和降低能源消耗。然而该专利并未考虑板坯在靠近炉门的停留位置因素对板坯加热质量的影响，由于轧制计划前后规格、钢种的变化以及轧线换辊或突发故障等因素，都会引起出钢节奏的变化，出钢节奏的变化又会引起抽出端板坯在炉内不同位置停留时间的差异，而加热炉抽出端靠近炉门的位置，加热条件不理想，长时间停留在这个位置，必然会影响加热质量，从而容易引起产品的质量缺陷。

同时，为了提高生产效率，钢铁厂的一般做法是并排联用几台加热炉同时工作，即第一台加热炉抽出第一块板坯后，转至第二台加热炉抽出在该炉炉口等待抽出的板坯，以此类推，直至抽出第N台加热炉中等待的板坯后，才能再转至第一台加热炉继续抽取第二块板坯，如此一来，一台加热炉中抽出一块板坯后，再抽出下一块板坯的间隔时间就会比较漫长，因此，需要尽量缩短板坯在加热炉炉口(即激光检测器接通处)的等待时间，以保证板坯质量，减少板坯缺陷。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，按照这种方法控制加热炉抽出端板坯的位置，使得最接近加热炉炉门抽出侧的板坯，在不影响生产节奏的情况下，尽可能远离加热炉抽出端炉门位置，尽可能缩短在加热炉抽出端炉门附近(即激光检测器接通处)的停留时间，进而达到防止板坯表面、边部及棱角的温度损失，提高加热质量，减少质量缺陷的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)、设定板坯虚拟停留位置POS_set；

(2)、根据加热炉板坯位置跟踪模块获取板坯在步进梁上的实时位置POS_act；

(3)、比较POS_set与POS_act，若POS_act＞POS_set，则步进梁带动板坯继续运行；

(4)、当POS_act≤POS_set时，根据加热炉模型剩余在炉时间模块，获取加热炉抽出端板坯的预计抽出时刻T_discharge，根据T_discharge值，结合板坯停留在加热炉内的时刻T_act，确定板坯抽出所需时长ΔT，公式如下：

ΔT＝T_discharge-T_act

(5)、比较步骤(4)中得到的ΔT值与板坯抽出所需最小时长ΔT_set，若ΔT＞ΔT_set，则板坯停止运行；若ΔT≤ΔT_set，则板坯继续运行，待接通激光传感器后，板坯停止运行，等待抽出。

其中，步骤(1)中所述板坯虚拟停留位置POS_set确定方法如下：

POS_set＝α·L_step+POS_laser

上式中，α∈[0，4]，L_step为步进梁移动一步的距离，POS_laser为激光检测器的位置。

步骤(5)中所述板坯抽出所需最小时长ΔT_set确定公式如下：

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{set}}=\mathrm{\β}\·\frac{{\mathrm{POS}}_{\mathrm{set}}}{L_{\mathrm{step}}}\·T_{\mathrm{beam}}$

式中，β∈[1，3]，ΔT_set≤300sec，POS_set为步骤1确定的虚拟停留位置，L_step为步进梁移动一步的距离，T_beam为步进梁完成一步动作需要的时间。

通过如上技术方案，便可实现对加热炉抽出端板坯位置的控制，在现有设备的基础上，通过控制加热炉抽出端板坯的位置，提高加热质量，减少产品质量缺陷。

附图说明

图1为现有加热炉抽出端板坯位置检测示意图。

图2为本发明提供的加热炉抽出端板坯位置检测示意图。

图3为本发明提供的一种加热炉抽出端板坯位置控制方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步解释说明。

本发明提供的一种加热炉抽出端板坯位置控制方法的技术方案如下：

①从加热炉板坯位置跟踪模块，获得加热炉抽出端板坯的当前位置POS_act，与板坯虚拟停留位置POS_set进行比较，如图2所示，如果抽出端板坯的当前位置POS_act(即板坯靠近加热炉炉门一端所处的位置)大于板坯的虚拟停留位置POS_set(即板坯靠近加热炉炉门一端未超过虚拟停留位置所在点时)，则步进梁继续运行；当该板坯的当前位置POS_act，小于或者等于板坯的虚拟停留位置POS_set时(即板坯靠近加热炉炉门一端超过或处于虚拟停留位置所在点时)，进行下一步判断，决定板坯是否停止运行。该步骤涉及的虚拟停留位置POS_set确定方法如下：

POS_set＝α·L_step+POS_laser

其中α∈[0，4]，L_step为步进梁移动一步的距离，POS_laser为激光检测器的位置，一般设为0。

其中，所述POS_act的测定和POS_set的确定，均以激光检测器所在的位置为基点，POS_act的数值即为板坯靠近加热炉炉门一端到激光检测器的直线距离，当然，随着板坯沿着步进梁向炉门方向移动，该POS_act值是不断减小的；POS_set的设定值即为本发明设定的以激光检测器为基点设定的一个点，因此，POS_laser的值一般为0。

②从加热炉模型剩余在炉时间模块，获得加热炉抽出端板坯的预计抽出时刻T_discharge，与当前时刻T_act进行比较，计算板坯抽出所需时长ΔT(即当前板坯所处位置POS_act到板坯被抽出加热炉所需时长)，如果当前时间间隔大于最小时间间隔ΔT_set，此时表明如果板坯继续运行，则板坯将会被运送至加热炉炉口，等待抽出，如此一来，板坯在加热炉炉口等待时间过长，势必会影响板坯加热质量，因此，需停止步进梁的运行，使板坯停留在当前位置，等待条件满足，板坯继续移动。

③板坯抽出所需时长ΔT的具体确定方法如下：

ΔT＝T_discharge-T_act

其中T_discharge为加热炉模型剩余在炉时间模块计算的加热炉抽出端板坯的预计抽出时刻，T_act为板坯停留在加热炉内的时刻。

最小时间间隔ΔT_set的具体确定方法如下：

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{set}}=\mathrm{\β}\·\frac{{\mathrm{POS}}_{\mathrm{set}}}{L_{\mathrm{step}}}\·T_{\mathrm{beam}}$

其中β∈[1，3]，ΔT_set≤300sec，POS_set为板坯的虚拟停留位置，L_step为步进梁移动一步的距离，T_beam为步进梁完成一步动作需要的时间。

随着时间的推移，T_act值会逐渐增大，相应的ΔT值会逐渐减小，如果当前板坯抽出所需时长ΔT小于或者等于最小时间间隔ΔT_set，则步进梁运行，直到板坯使得激光检测器接通，使得板坯停留在该位置等待抽出。

下面给出实施例对本发明提供的一种加热炉抽出端板坯位置控制方法作具体说明：

实施例1

四座280t/h的加热炉加热板坯生产，满足轧线轧制要求，炉内板坯为低碳钢，宽度为1500mm，厚度为250mm，长度为10m，板坯的出炉温度为1215度，抽钢节奏为120秒，抽钢顺序按1号炉、2号炉、3号炉、4号炉依次进行，步进梁运行一步的距离L_step为500mm，步进梁运行一步需要的时间为50秒，取β＝1.2，α＝2，虚拟停留位置POS_set＝2*500mm＝1m，最小时间间隔

表1是按常规控制方法的结果，表2是按本专利方法控制的结果。

表1.常规控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	5min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1210
板坯抽出时边部温度(℃)	1218

表2.按本发明提供的控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	2min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1215
板坯抽出时边部温度(℃)	1225

实施例2

四座280t/h的加热炉加热板坯生产，生产线停轧30分钟，停轧后要求满足轧线轧制要求。炉内板坯为低碳钢，宽度为1500mm，厚度为250mm，长度为10m，板坯的出炉温度为1215度，抽钢节奏为120秒，抽钢顺序按1号炉、2号炉、3号炉、4号炉依次进行，步进梁运行一步的距离L_step为500mm，步进梁运行一步需要的时间为50秒，取β＝1.2，α＝3，虚拟停留位置POS_set＝3*500mm＝1.5m，最小时间间隔

对于恢复轧制后，第一块板坯的控制情况为：表3是按常规控制方法的结果，其中，所示的板坯在激光接通处停留时间为30min所表示的含义为：当加热炉抽出端出现故障或需要进行换辊操作时，板坯在激光接通出的停留时间，而使用本发明提供的控制方法，则可避免板坯在加热炉设备出现故障或换辊时长时间停留在加热炉抽出端的现象发生，表4是按本专利方法控制的结果。

表3.常规控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	30min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1205
板坯抽出时边部温度(℃)	1210

表4.按本发明提供的控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	2min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1212
板坯抽出时边部温度(℃)	1220

实施例3

四座280t/h的加热炉加热板坯生产，生产线停轧30分钟，停轧后要求满足轧线轧制要求。炉内板坯为低碳钢，宽度为1500mm，厚度为250mm，长度为10m，板坯的出炉温度为1225度，抽钢节奏为120秒，抽钢顺序按1号炉、2号炉、3号炉、4号炉依次进行，步进梁运行一步的距离L_step为500mm，步进梁运行一步需要的时间为50秒，取β＝2.5α＝4，虚拟停留位置POS_set＝4*500mm＝2m，最小时间间隔对于恢复轧制后，第一块板坯的控制情况为：表5是按常规控制方法的结果，其中，所示的板坯在激光接通处停留时间为30min所表示的含义同实施例2，表6是按本专利方法控制的结果。

表5.常规控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	30min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1203
板坯抽出时边部温度(℃)	1208

表6.按本发明提供的控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	4.17min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1210
板坯抽出时边部温度(℃)	1218

实施例4

四座280t/h的加热炉加热板坯生产，生产线停轧30分钟，停轧后要求满足轧线轧制要求。炉内板坯为低碳钢，宽度为1500mm，厚度为250mm，长度为10m，板坯的出炉温度为1225度，抽钢节奏为120秒，抽钢顺序按1号炉、2号炉、3号炉、4号炉依次进行，步进梁运行一步的距离L_step为500mm，步进梁运行一步需要的时间为50秒，取β＝3α＝4，虚拟停留位置POS_set＝4*500mm＝2m，最小时间间隔

对于恢复轧制后，第一块板坯的控制情况为：表7是按常规控制方法的结果，其中，所示的板坯在激光接通处停留时间为30min所表示的含义同实施例2，表8是按本专利方法控制的结果。

表7.常规控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	30min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1203

板坯抽出时边部温度(℃)

1207

表6.按本发明提供的控制方法给出的结果

板坯在激光接通处停留时间	5min
		板坯抽出时平均温度(℃)	1209
板坯抽出时边部温度(℃)	1216

很明显，按照本发明给出的方法，在不影响轧制节奏和不增加硬件的情况下，提高了加热质量，有利于改善产品质量，可以减少由于加热温度不理想而引起的质量缺陷。

Claims (3)

1.一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)、设定板坯虚拟停留位置POS_set；

(2)、根据加热炉板坯位置跟踪模块获取板坯在步进梁上的实时位置POS_act；

(3)、比较POS_set与POS_act，若POS_act＞POS_set，则步进梁带动板坯继续运行；

(4)、当POS_act≤POS_set时，根据加热炉模型剩余在炉时间模块，获取加热炉抽出端板坯的预计抽出时刻T_discharge，根据T_discharge值，结合板坯停留在加热炉内的时刻T_act，确定板坯抽出所需时长ΔT，公式如下：

ΔT＝T_discharge-T_act

(5)、比较步骤(4)中得到的ΔT值与板坯抽出所需最小时长ΔT_set，若ΔT＞ΔT_set，则板坯停止运行；若ΔT≤ΔT_set，则板坯继续运行，待接通激光传感器后，板坯停止运行，等待抽出。

2.根据权利要求1所述的一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述板坯虚拟停留位置POS_set确定方法如下：

POS_set＝α·L_step+POS_laser

上式中，α∈[0，4]，L_step为步进梁移动一步的距离，POS_laser为激光检测器的位置。

3.根据权利要求1所述的一种加热炉抽出端板坯位置控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述板坯抽出所需最小时长ΔT_set确定公式如下：

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{set}}=\mathrm{\β}\·\frac{{\mathrm{POS}}_{\mathrm{set}}}{L_{\mathrm{step}}}\·T_{\mathrm{beam}}$

式中，β∈[1，3]，ΔT_set≤300sec，POS_set为步骤1确定的虚拟停留位置，L_step为步进梁移动一步的距离，T_beam为步进梁完成一步动作需要的时间。

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