CN103506406B - 一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加热炉轧钢控制技术领域，公开了一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，包括如下步骤：（1）统计生产节奏、出钢温度和各加热段炉膛温度的关系；（2）根据各加热段炉膛给定温度的粗调节范围，利用（1）中生产节奏和出钢温度关系细分温度粗调节范围；（3）根据步骤（1）中关系，计算单位时间内，各加热段炉膛温度与出钢温度的关系；（4）根据步骤（3）中各加热段炉膛温度与出钢温度的关系，按照生产节奏对各加热段炉膛温度进行补偿；（5）根据出钢温度，对各加热段炉膛温度进行补偿；（6）将上述步骤（4）和（5）中各加热段炉膛温度补偿与各加热段炉膛基本控制温度之和作为温度控制器的输入，实现各加热段炉膛温度准确、稳定控制。

Description

一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法
技术领域
本发明涉及加热炉轧钢控制技术领域，更具体的说，本发明是一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法。
背景技术
加热炉是钢铁冶金的常见设备，是轧钢生产线关键设备之一，也是主要耗能设备。具有非线性、时变、分布参数特性。钢坯加热的质量直接影响钢材的质量、产量、能源消耗和轧机寿命，而加热炉炉温的设定直接影响着加热钢坯的质量。加热炉传统的控制方法是控制炉温，由执行器自动调节，再配以空燃比，烟道残氧量以及燃料流量与助燃空气流量的交叉限幅控制等辅助控制方法以提高热效率。其原理是基于经验的炉温设定，可保证出炉钢坯正常轧制而不使轧机过荷受损，但是一般人工设定炉温余量偏大，在生产工况波动的情况下，容易造成过烧，从而降低了加热质量，导致钢耗上升。
由于加热炉内的钢坯温度很难在线测量，尤其是钢坯内部的温度无法直接测量，通常都是用计算机对钢坯在炉内的升温过程进行计算，过去这方面通常采用多元回归的方法，例如武汉钢铁公司引进的热连轧加热炉钢坯升温控制数学模型，但多元回归模型的缺点是准确性不高，特别是生产条件与轧制节奏发生变化时。另外，有人应用分布参数理论建立了数学模型，并通过近似集中参数模型研究加热炉的静态、动态优化，但是这种方法的缺点是计算工作量很大，要实现计算机实时估计及控制，需要相当规模的控制计算机。较实用的方法是通过分析加热炉内的热交换机理建立实时控制模型，Timothy，A.Vesiocki等人采用动态热传导分析的方法，通过分析钢坯各结点的热交换机理的方法对钢坯温度进行控制，在被加热钢种不变的情况下，模型的稳定性较好，加之操作人员多年的经验积累，这种方法目前大多数钢厂的加热炉控制还在使用。Misaka.J和Takahashi.R采用总扩括热吸收率法在日本的Simitomo金属工业公司建立了数学模型，进行了钢坯温度的预测，取得了一定的节能效果。Pike等人运用分布式参数理论建立加热炉数学模型，并且应用近似集中参数模型来研究加热炉的静态和动态优化问题。WiCk，H.J应用卡尔曼滤波器技术实现对加热炉内板坯的温度分布估计，但该法的不足是必须取得板坯在加热炉内的表面温度，限制了其进一步应用。针对多段式结构的加热炉，A.Kusters提出一种运用多变量参数估计的方法，建立多区段步进梁加热炉的ARX模型。Dirk.S.，Arend.IC等描述了现代热轧厂的一种控制系统。但是目前生产现场采用的基本上都是简化的一维模型，多维模型因为计算量巨大，目前还不能在线应用，在一定程度上降低了模型的准确性。
综上所述，采用对钢坯温度进行预测及回归算法等方法所得结果准确性差，而且计算量大，在现实生产中很难推广应用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，可实现加热炉炉内温度准确、稳定控制。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，包括如下步骤：（1）通过数据关系计算器获得生产节奏、出钢温度、各加热段炉膛温度三者间的相互关系；（2）根据各加热段炉膛给定温度的粗调节范围，利用步骤（1）中生产节奏和出钢温度关系细分温度粗调节范围；（3）根据步骤（1）中关系，计算单位时间内，各加热段炉膛温度与出钢温度的关系；（4）根据步骤（3）中各加热段炉膛温度与出钢温度的关系，按照生产节奏对各加热段炉膛温度进行补偿；（5）根据出钢温度，对各加热段炉膛温度进行补偿；（6）上述步骤（4）中获得的各加热段炉膛温度补偿、步骤（5）中获得的各加热段炉膛温度补偿与各加热段炉膛基本控制温度三者之和为炉膛温度实际控制点，该炉膛温度实际控制点在上述步骤（2）中细分的温度粗调节范围内，该炉膛温度实际控制点作为温度调节控制器的设定值，实际炉膛温度作为温度调节控制器的测量值，实现各加热段炉膛温度控制。
所述步骤（1）中所述数据关系计算器采用统计的方法实现。
所述步骤（5）中补偿为闭环控制。
所述步骤（6）中温度调节控制器采用PID控制算法。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于可以快速响应生产节奏变化，则出炉温度影响较小。2、由于采用的统计方法，共有特性包含其中，所以补偿量比较合适，不会影响系统的稳定性。3、由于出钢温度对炉膛温度进行闭环微调，则炉膛温度的设定更加准确，控制精度更高，出钢温度更加稳定。
附图说明
图1是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
以130t/h步进式加热炉为例，正常生产时炉内钢坯数量为60根，平均2分钟出钢1根，加热炉子有效长度为18m，分为预热段，加热段和均热段，三段长度相等。本发明炉内温度控制方法如图1所示。
1.生产节奏计算器
生产节奏v是表征出钢间隔的量，单位为“秒/根或秒/件”，从某根钢坯进炉开始计时一直到钢坯出炉时截止的时间Ti（i=1，2，……，60），当i<60时，Ti不断的累加时间，当i>60时，
T(i)=T(i-1)，i为从入炉方向编号开始记1，2，……，60
v=Ti/60 ，60为加热炉正常生产时炉内钢坯的数量
Ti为炉膛内第i位置的钢坯在炉内的时间，单位为秒。
2.数据关系计算器
数据关系计算器中包含了炉温的分布，各钢坯所处位置的温度，时间加权平均值。假设各加热段炉膛温度在各个温度测点之间按照位置均匀分布，均热段温度Temp1，加热段温度Temp2，预热段温度Temp3，换热器前温度Temp4，钢坯出钢温度Temp5，钢坯入炉温度为Temp6(i)，将加热炉总长18m内平均分为60段，
各钢坯的位置为
S(i)=(18/60)*i
钢坯处于预热段的炉膛温度为
Temp(i)=Temp4+(18/60)*i*((Temp3-Temp4)/6)，i=1，2，……，20
钢坯处于加热段的炉膛温度为
Temp(i)=Temp3+(18/60)*（i-20）*((Temp2-Temp3)/6)，i=21，22，……，40
钢坯处于均热段的炉膛温度为
Temp(i)=Temp2+(18/60)*（i-40）*((Temp1-Temp2)/6)，i=41，42，……，60
求出每根钢坯单位时间单位炉膛温度对钢坯出口温度的影响
Temp_avg=∑[Temp(i)*(T(i)-T(i-1))/T(60)]，i=1，2，……，60
Temp_avg为钢坯在炉膛内时间加权炉膛温度均值
Det_wd= (Temp5-Temp6(60))/ Temp_avg
Det_sj=(Temp5-Temp6(60))/T(60)
其中，Det_wd和Det_sj分别为钢坯温度在炉膛内单位平均温度增量和单位时间增量。
3.生产节奏变化量
Det_v=(v-v_1)*60，其中，v_1为出钢时这一时刻的生产节奏赋给上一时刻。
4.生产节奏补偿炉膛温度变化量
Det_temp= Det_wd * Det_sj* Det_v。
5.出钢温度控制器
出钢温度控制器采用PID控制算法，PID控制器的P取值为300-400，I的取值范围是150-200，D的取值范围是50-100，控制器的输出为Det_cg。
6.炉膛温度调节控制器
炉膛温度调节器的设定值为
Temp_SP=Temp_jb+ Det_temp+Det_cg
其中，Temp_jb为加热段炉膛基本控制温度
炉膛温度调节控制器采用PID控制器，其中P取值为200-300，I取值为100-150，D取值为30-60。
7.粗调范围设定器
加热段温度的上限下限范围是1140-1180℃，均热段温度的上限下限范围是1150-1190℃。

Claims (4)

1.一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，包括如下步骤：（1）通过数据关系计算器获得生产节奏、出钢温度、各加热段炉膛温度三者间的相互关系；（2）根据各加热段炉膛给定温度的粗调节范围，利用步骤（1）中生产节奏和出钢温度关系细分温度粗调节范围；（3）根据步骤（1）中关系，计算单位时间内，各加热段炉膛温度与出钢温度的关系；（4）根据步骤（3）中各加热段炉膛温度与出钢温度的关系，按照生产节奏对各加热段炉膛温度进行补偿；（5）根据出钢温度，对各加热段炉膛温度进行补偿；（6）上述步骤（4）中获得的各加热段炉膛温度补偿、步骤（5）中获得的各加热段炉膛温度补偿与各加热段炉膛基本控制温度三者之和为炉膛温度实际控制点，该炉膛温度实际控制点在上述步骤（2）中细分的温度粗调节范围内，将该炉膛温度实际控制点作为温度调节控制器的设定值，实际炉膛温度作为温度调节控制器的测量值，实现各加热段炉膛温度控制。
2.根据权利要求1所述的一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述数据关系计算器采用统计的方法实现。
3.根据权利要求1所述的一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，其特征在于，所述步骤（5）中所述补偿为闭环控制。
4.根据权利要求1所述的一种快速自动适应轧机节奏的加热炉炉内温度控制方法，其特征在于，所述步骤（6）中所述温度调节控制器采用PID控制算法。
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