CN104073621B - 一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域。一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，步骤一，获取数据源；步骤二，计算单周期燃气消耗；步骤三，计算加热过程燃气消耗。以该技术方案计算获得的板坯平均单耗，反映了钢种、重量、加热工艺、加热时间。

Description

一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及板坯燃耗计算方法。

背景技术

全球性的资源短缺、气候变暖问题已成为全球共同面临的热点话题，清洁生产、绿色产品等成为企业发展和生存之道，对某种产品其具体能耗是多少也是企业需关注的问题。钢铁生产流程中热轧加热炉对钢坯进行二次加热，是钢铁产品能源消耗的主要组成部分之一，因此对连续式加热炉中一块板坯在加热过程中的燃料消耗进行分析计算，从而明确该类钢种、该类规格产品的燃耗数量，是进一步采取节能降耗措施的前提。因此，各钢厂都把测算不同类别板坯在加热炉内燃气消耗作为能源管理的重要工作。但目前尚未发现对热轧单块板坯或某一钢种燃耗的计算方法和技术的报道。

热轧工序首先要将原料板坯在加热炉中加热到合适的温度、降低变形抗力，再进入后道轧机进行轧制，其燃料消耗是热轧工序能耗最主要的组成。

大多数钢铁企业的加热炉为步进梁式连续式加热炉。板坯在步进梁式连续式加热炉内依靠步进梁的上升、平移、下降来完成行进的，在此同时获得燃料热量进行加热升温，一般按炉长即板坯行进方向，将有燃料供应的供应段分为预热段、加热段（或进一步分为第一加热段、第二加热段）、均热段，每一段对燃料供应进行计量。在生产过程中，板坯按轧制计划连续装入炉内、步进升温，然后出炉；按加热工艺，不同钢种其各段目标温度不同，甚至段内加热时间也会不同。由于板坯在连续式加热炉内这种“队列行进”式加热，目前所统计的燃耗是以某一时间周期内平均吨钢燃耗。

由于热轧连续式加热炉生产时，炉内同时有不同品种规格的多块板坯且板坯在不断被装入、抽出、前行，因此在某一时刻每一段会有多块板坯，使得要较准确地计算一块板坯的燃料消耗非常困难，也就不能实现不同钢种、不同规格、不同加热工艺的板坯燃料消耗量的计算，难以进行成本分析和价值分析，也就难以进行钢铁产品的全生命周期能耗评价和节能降耗。

目前普遍采取的燃耗统计方法为：

1.连续生产统计法

观察一段时间内连续加热同品种的燃气流量检测值，除以该短时期内板坯重量，获得板坯单重。该种方法的缺点：

（1）耗时费力；

（2）所统计的板坯与前后衔接板坯的界限不能严格区分；

（3）只能统计连续多块生产的板坯；

（4）类别定义稍微改变时，需重新统计；

（5）不能反映加热生产的实际工况，例如板坯炉内等待等情况。

2.数值回归方法

取一定时期（例如1个月）的燃气消耗检测值，将所有可能影响该时期内板坯的因素汇总，利用统计软件进行回归分析模拟，获得回归方程后，再代入所要分析的目标钢种，获得其燃耗结果。影响因素包括在炉时间、装炉温度、出炉温度等。该方法缺点：

（1）多品种使用单一方程描述，很不准确；

（2）不能反映加热生产的实际工况，例如板坯炉内等待等情况；

（3）不能反映加热工艺改变时的消耗。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，步骤一，获取数据源：板坯装炉信号、每计算周期各加热段燃气流量监测值F_i、加热模型中每计算周期的板坯位置跟踪，即确定当前时刻在各加热段内的板坯号、加热模型中每计算周期的板坯升温量ΔT，及当前时刻相较前一计算时刻板坯的升温量、当前时刻各板坯不同钢种的比热容Cp、当前板坯重量Weight、板坯出炉信号；步骤二，计算单周期燃气消耗：板坯自装入加热炉内每分钟均使用公式进行计算，其中F_i为某计算周期内的当前段内燃气消耗检测量、P_i为单块板坯的理论吸热量计算值、j为段内某块板坯，j=1，2，……n、n为段内板坯数量；步骤三，计算加热过程燃气消耗：以该块板坯抽出加热炉信号为激励，对步骤二得出的每计算周期所对应的Q_i进行累加，获得该板坯加热过程中总燃气消耗量Q_total。

所述计算周期优选为1分钟。

步骤二中，可以通过吸热量法计算单块板坯的理论吸热量计算值，其公式为P_i=Cp×ΔT×Weight，其中，Cp为比热容、ΔT为单块板坯的升温量、Weight为当前板坯重量。

步骤二中，也可以通过炉底覆盖率法计算单块板坯的理论吸热量计算值，其公式为P_i=Width/Weight，其中，Width为当前板坯宽度或板坯宽度与板坯间隙之和、Weight为当前板坯重量。

一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，还可以包括步骤四，分类别统计燃气消耗平均值，统计过程如下：首先，将每块板坯的Q_total写入数据库；然后，按板坯种类统计一定时期的燃耗平均值，即为该类别钢的燃耗。所述一定时期为三个月到八个月。更优选的是，所述一定时期优选为半年。在统计燃气消耗平均值前，利用公式使用燃气总表实测值对每块板坯的Q_total做修正，其中，Q_act为板坯燃气消耗修正值、为第n块板坯总燃气计算消耗量、n为一定时期内板坯的块数、Q为一定时期内燃气总表检测的燃气消耗量。

有益效果：以该技术方案计算获得的板坯平均单耗，反映了钢种、重量、加热工艺、加热时间，以及停止抽钢时加热炉内每块板坯的燃耗消耗；且由于在计算过程中以加热段为单位进行分权计算，即使有一定误差，但在后期由于统计同类别多块带钢、实际生产中同一钢种板坯与不同类别板坯连续加热，因此对该类板坯而言，相当于同一板坯放于不同子组多次试验，获得全局最优化结果，因此最终多块统计值可将该误差最大限度减小，实现了任意分类别的板坯单耗的精准计算。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，步骤一，获取数据源：板坯装炉信号、每计算周期各加热段燃气流量监测值F_i、加热模型中每计算周期的板坯位置跟踪，即确定当前时刻在各加热段内的板坯号、加热模型中每计算周期的板坯升温量ΔT，及当前时刻相较前一计算时刻板坯的升温量、当前时刻各板坯不同钢种的比热容Cp、当前板坯重量Weight、板坯出炉信号；步骤二，计算单周期燃气消耗：板坯自装入加热炉内每分钟均使用公式进行计算；步骤三，计算加热过程燃气消耗：以该块板坯抽出加热炉信号为激励，对步骤二得出的每计算周期所对应的Q_i进行累加，获得该板坯加热过程中总燃气消耗量Q_total。

单块板坯燃气消耗量计算方法

某块板坯加热炉内全程消耗的计算燃气量为：

$Q_{\mathrm{total}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i...\left(1\right)$

其中：Q_total：板坯总燃气计算消耗量；

i：计算周期数，i=1，2，……，m；每1分钟或2分钟为一个周期；

m：板坯出炉时的计算次数；Q_i：某计算周期内的板坯燃气消耗量。

$Q_i=F_i\×P_i/\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ij}}\right)...\left(2\right)$

其中：F_i：某计算周期内的当前段内燃气消耗检测量；

P_i：单块板坯的理论吸热量计算值；

j：段内某块板坯，j=1，2，……，n。

n：段内板坯数量。

P_i的计算方法有两种：

A．吸热量计算法：

P_i=Cp×ΔT×Weight………………………………………（3）

其中：Cp：比热容；与钢种、温度有关；

ΔT：单块板坯的升温量；其计算由加热核心模型算出；

在其为负值时，所有段内板坯温度加上最小温度值的绝对值；

Weight：当前板坯重量；

B．炉底覆盖率法：

P_i=Width/Weight……………………………………（4）

其中：Width：当前板坯宽度，或板坯宽度与板坯间隙之和；

Weight：当前板坯重量；

步骤四，分类别统计燃气消耗平均值，统计方法如下：（1）燃气单耗（单位重量的燃气消耗）计算：

Q_unit=Q_total/Weight

其中：

Q_unit：该块板坯燃气单耗；（2）同类别钢种燃气单耗统计

$Q_{\mathrm{final}}=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{\mathrm{unit}}/n$

其中：

Q_final：多块板坯燃气单耗平均值；

n：板坯的块数。

由以上可知，以该技术方案计算获得的板坯平均单耗，反映了钢种、重量、加热工艺、加热时间，以及停止抽钢时加热炉内每块板坯的燃耗消耗；且由于在计算过程中以加热段为单位进行分权计算，即使有一定误差，但在后期由于统计同类别多块带钢、实际生产中同一钢种板坯与不同类别板坯连续加热，因此对该类板坯而言，相当于同一板坯放于不同子组多次试验，获得全局最优化结果，因此最终多块统计值可将该误差最大限度减小，实现了任意分类别的板坯单耗的精准计算。

下表为表1，表1以宝钢集团某月加热的多块板坯为例，经本技术方案计算获得的燃气消耗结果：

注：全月实际生产在万块板坯以上，该表格仅选取使用31块带钢示意计算过程与计算值。以上实施例中燃气总表本月测得值为115263m³，本月为113123m³，因此如上表所示，修正后第1块板坯的燃耗：

Q_act=2572×115263/113123=2621m³

该块板坯燃气单耗=2621m³/18.63吨=140.7m³/吨

以此方法计算后续板坯的燃气单耗，并将一定时期（一般为半年）数据进行汇总平均，获得不同品种的板坯平均单耗，下表为表2，表2是根据表1计算获得的不同品种的燃气单耗值所示：

表2据表1计算获得的不同品种的燃气单耗值

钢种	板坯平均燃气单耗（m3/吨）
		AQ06	124.4
AR31	144.7
		AT45	208.8
AT54	149.0
		DT01	162.0
JT54	145.9
		JU68	180.9

由以上实施例所示的计算过程，可以理解，板坯生产次数越多，全局最优化子组越多，计算结果越准确。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于：步骤一，获取数据源：板坯装炉信号、每计算周期各加热段燃气流量监测值F_i、加热模型中每计算周期的板坯位置跟踪，即确定当前时刻在各加热段内的板坯号、加热模型中每计算周期的板坯升温量△T，及当前时刻相较前一计算时刻板坯的升温量、当前时刻各板坯不同钢种的比热容Cp、当前板坯重量Weight、板坯出炉信号；步骤二，计算单周期燃气消耗：板坯自装入加热炉内每分钟均使用公式进行计算，其中F_i为每计算周期各加热段燃气流量监测值、P_i为单块板坯的理论吸热量计算值、j为段内某块板坯，j＝1，2，……n、n为段内板坯数量；步骤三，计算加热过程燃气消耗：以该块板坯抽出加热炉信号为激励，对步骤二得出的每计算周期所对应的Q_i进行累加，获得该板坯加热过程中总燃气消耗量Q_total。

2.根据权利要求1所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，步骤四，分类别统计燃气消耗平均值，统计过程如下：首先，将每块板坯的Q_total写入数据库；然后，按板坯种类统计一定时期的燃耗平均值，即为该类别钢的燃耗。

3.根据权利要求2所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，所述一定时期为三个月到八个月。

4.根据权利要求3所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，所述一定时期为半年。

5.根据权利要求2所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，在统计燃气消耗平均值前，利用公式使用燃气总表实测值对每块板坯的Q_total做修正，其中，Q_act为板坯燃气消耗修正值、为第n块板坯总燃气计算消耗量、n为一定时期内板坯的块数、Q为一定时期内燃气总表检测的燃气消耗量。

6.根据权利要求1所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，步骤二中，通过吸热量法计算单块板坯的理论吸热量计算值，其公式为P_i＝Cp×△T×Weight，其中，Cp为比热容、△T为加热模型中每计算周期的板坯升温量、Weight为当前板坯重量。

7.根据权利要求1所述的一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，其特征在于，步骤二中，通过炉底覆盖率法计算单块板坯的理论吸热量计算值，其公式为P_i＝Width/Weight，其中，Width为当前板坯宽度或板坯宽度与板坯间隙之和、Weight为当前板坯重量。