CN105385843B - 一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法 - Google Patents
一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其包括步骤：确定板坯在各加热段的目标段末温度采用各加热段的标准炉温和板坯温度预报模型，预测板坯在各加热段的段末温度；确定板坯在各加热段的段末温度对于加热炉内各加热段的炉气温度的感度；根据感度以及预测得到的板坯在各加热段的段末温度与目标段末温度的偏差，确定各加热段的炉气温度调节量；根据各加热段的炉气温度调节量以及各加热段的标准炉温，确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值；对加热炉内的炉气温度进行均匀化控制。该方法可以确保板坯达到段末目标温度，同时还能够保证板坯上下表面的温差控制在规定的范围内，从而有效地避免产品缺陷和提高温度控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金过程中的温度控制方法，尤其涉及一种加热炉内的温度控制方法。
背景技术
在现有技术中，加热炉的温度控制都是依据上位机要求的抽出目标温度来进行控制的，其对于炉内各个段的升温并没有特殊的要求。板坯在进入加热炉可控段时，模型会首先预测其未来在各个可控段内的剩余加热时间，并根据板坯的当前温度、剩余加热时间和标准升温曲线进行升温预测，然后根据预测温度和目标抽出温度的偏差计算当前加热板坯的必要炉温，最后通过综合加权可控段内所有加热板坯的必要炉温，获得最终的各个可控段的设定炉温，从而完成整个炉温设定过程。
由此可见，在现有技术中，在整个温度设定过程中，抽出目标温度、剩余加热时间和当前加热物料的实际温度决定了各个可控加热段的温度设定结果。而这种炉温设定方法，是以确保板坯的抽出目标温度为最终目的的，各个可控加热段的段末出段温度并不是固定不变的，它会随着加热物料的实际升温情况发生不确定的变化，因而实际燃烧控制的随意性很大。
随着大型步进式热轧连续加热炉(以下简称加热炉)温度控制水平的日益提高，生产工艺也渐渐由重点关注加热炉的抽出目标温度转为兼顾各个段的段末出口温度。实践证明，良好的段末温度控制可以有效地避免产品缺陷和提高品种钢的产品质量。因此，在实际生产中需要对加热炉各个段的段末温度进行精准的控制。
在公开号为CN1940905，公开日为2007年4月4日，名称为“一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法”的中国专利文献中，公开了一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法。该方法首先根据可控制段热电耦温度、热电耦与板坯的位置以及中间坯实测温度的分段统计值，建立炉长方向和炉宽方向的炉气温度模型；再根据板坯当前位置确定的炉气温度和板坯的表面温度，确定传递给板坯的热流量；利用差分方程计算出板坯长度方向和厚度方向的温度分布；根据轧线中间板坯全长温度实测数据的统计值，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正。然而该方法实际上是一种板坯温度的确定方法，其首先根据炉气温度模型计算的当前位置的炉气温度和板坯的表面温度，确定传递给板坯的热流量，再利用差分方程计算出板坯长度方向和厚度方向的温度分布，并利用中间坯全长温度实际值对炉气温度分布模型进行自适应修正，从而提高加热炉内板坯的温度控制水平，因此其并没有解决本技术方案想要解决的技术问题。
在公开号为CN1840715，公开日为2005年3月31日，名称为“热轧加热炉炉温动态设定控制方法”的中国专利文献中，涉及加热炉炉温的动态控制，其是按下列四个步骤进行：(1)采用板坯温度预报模型计算板坯所在段的段末温度，该计算方法是前向递推的；(2)按板坯移动距离，动态计算板坯各段段末的目标温度；(3)计算板坯当前段所需要的炉气温度，即必要炉温；(4)考虑当前段所有板坯的差异进行专家经验加权设定。然而该技术方案涉及的是热轧加热炉炉温的动态控制方法，其并没有解决本技术方案想要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，该方法可以对加热炉内各可控段中的加热物料的升温过程进行控制，确保加热物料达到段末目标温度，同时还能够保证加热物料上下表面的温差控制在规定的范围内，从而有效地避免产品缺陷和提高温度控制精度。
为了清楚地表达本技术方案，在此对下文将要提及的部分技术术语解释如下：
可控段(可控加热段或加热段)：指段内含有烧嘴，使得炉气温度可控的加热炉段；
剩余加热时间：加热物料在各个可控段内将要驻留的时间；
必要炉温：加热物料在剩余加热时间内达到目标温度所需要的炉气温度；
标准炉温：经验值，根据炉子使用情况、综合偏差值确定的在标准加热时间内达到目标温度所需要的炉气温度；
标准升温曲线：在可控段炉气温度指定的情况下，加热物料的温度上升曲线。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其包括步骤：
(1)确定板坯在各加热段的目标段末温度
(2)采用各加热段的标准炉温和板坯温度预报模型，预测板坯在各加热段的段末温度；
(3)确定板坯在各加热段的段末温度对于加热炉内各加热段的炉气温度的感度；
(4)根据所述感度以及预测得到的板坯在各加热段的段末温度与目标段末温度的偏差，确定各加热段的炉气温度调节量；
(5)根据各加热段的炉气温度调节量以及各加热段的标准炉温，确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值；
(6)根据下述模型对加热炉内的炉气温度进行控制：
Tempset_i＝∑(Wik·TFP(ki))/∑Wik
式中，Tempset_i表示第i个加热段的炉气温度；Wik表示在第i个加热段内的第k块板坯的权重系数；TFP(ki)表示在第i个加热段内的第k块板坯的最佳炉气温度设定值。
在本技术方案中，i作为对各个加热段的标识，k作为对各个板坯的标识。
在本技术方案中，由于每一块板坯的目标出炉温度各不相同，因而它们在同一可控加热段内的目标段末温度也是不同的，再加上其在可控加热段中的不同位置分布，因此每一块板坯所需要的最佳炉气温度是各不相同的。但是，加热炉内的炉气温度设定是按各个可控加热段设定的，无法精确到段内每一块板坯的炉气温度设定需求，因而只能通过综合平衡的方法兼顾段内全部板坯的炉温设定。反之，我们也可以采用权重系数来衡量每一块板坯的炉气温度设定对该可控加热段炉气温度设定的影响，从而通过这些权重系数使可控段的炉气温度设定均匀化。
对于在第i个加热段内的第k块板坯的权重系数的选取，本领域内技术人员可以根据实际需要选取，一般来说，各个板坯的权重系数可以是相同的，但是如果可控段内有段末温度特殊需求的板坯，可以根据实际要求适当加大此加热物料的权重，以满足特殊的加热需求；并且同一个钢种在不同的可控段内可以有不同的特殊钢加热权重配置；对于已经达到目标段末温度的板坯，也可以适当降低加热的权重。
本发明的技术方案根据板坯在各个加热段的目标段末温度以及实际炉气温度，采用综合加权平均的方法，对加热炉内各个可控加热段中加热物料的升温过程进行严格控制，这不仅可以保证加热物料达到段末目标温度，同时还可以根据不同的实际需求保证加热物料的上下表温差及炉气温度的限制，因而可以大大提高加热过程中的温度控制精度及实现生产工艺的特殊要求。
进一步地，本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法的步骤(1)具体包括步骤：
(a)获取板坯在加热过程中所需满足的各加热段的段末基础目标温度T′i aim；
(b)获取板坯的入炉温度Tcharge；
(c)通过二次幂函数模型确定入炉温度Tcharge对各加热段的目标段末温度的影响值T″aim i；
(d)基于各加热段的段末基础目标温度T′i aim和入炉温度对各加热段的段末目标温度的影响值T″aim i，采用加权平均的方法预计算得到所述各加热段的目标段末温度
在上述步骤(a)中，板坯在加热过程中所需满足的各加热段的段末基础目标温度T′i aim是在根据钢种及生产工艺要求生成的表格索引中查出的，本领域内的技术人员，可以根据其所在生产厂的工艺要求和使用的钢种获得该参数。在上述步骤(b)中，板坯的入炉温度Tcharge也是可以直接测得的。
更进一步地，在所述步骤(c)中，所述二次幂函数模型为：
式中，ai0、ai1、ai2表示影响系数，其通过加热炉的埋耦试验获得。
加热炉的埋耦试验是在被试验板坯内部安装1～2个黑匣子(温度数据记录仪DATALOGGER)，然后在试验板坯的各个相关采样点(分布于各个可控段)嵌入温度传感器，然后在正常的生产条件下装入加热炉并加热至板坯出炉,然后读取各采样点从入炉到出炉的升温过程的实际数据，接着通过二次回归分析的方法找出入炉温度与各个段的实际段末温度的关系，进而确定入炉温度与各个加热段的目标段末温度关系的二次幂函数的系数。
更进一步地，在所述步骤(d)中，各加热段的目标段末温度通过下述模型公式获得：
式中，α表示权重系数，其取值为0.65～0.85，在此范围内，本领域内技术人员根据实际生产状态选择该权重系数；λ为修正系数，其为经验值，其与加热炉的设备属性有关，其取值范围为0.8-1.3，λ的取值是本领域内技术人员根据其采用的加热炉的设备属性、基于其生产经验而可以获知的。
进一步地，在本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法的步骤(3)中，根据下述模型公式确定所述感度：
式中，ηgi表示感度，TMi表示采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；TEKi表示加上炉气温度的调节量后预测的板坯在第i加热段的段末温度；ΔTFi表示炉气温度的调节量。
上述感度反映了加热炉内各加热段的炉气温度对板坯段末温度的影响效率，即当加热炉内的炉气温度发生单位变化量时，板坯段末温度的变化量，其表示的是一个斜率，因此炉气温度的调节量是可以随意选取的，其目的就在于获得该斜率。不过一般来说，在各个生产厂家的生产过程中，炉气温度的调节量是存在常规值的，表1就示例性地给出了对应不同的段末温度预测值和目标值的偏差，所常用的炉气温度的调节量。
表1.
| 段末温度预测值和目标值的偏差 | 炉气温度的调节量 |
| 15～30℃ | -50℃ |
| 0～15℃ | -25℃ |
| 0～－15℃ | 25℃ |
| －15～－30℃ | 50℃ |
由于板坯是靠加热炉内的炉气加热的，因此在获得了预计算得到的板坯在各加热段的目标段末温度以后，根据板坯当前所处的炉内位置，利用标准炉温和板坯温度预报模型，就可以预测板坯在该段的段末温度，然后根据该段末温度预测值和预计算得到的的偏差，根据炉气温度的调节量就可以获得温度感度。
标准炉温对于各生产厂家来说均是已知值，例如表2就示例性地给出了一组各个不同加热炉内的不同可控加热段的标准炉温。
表2.
| 1号炉 | 2号炉 | 3号炉 | 4号炉 | |
| 预热段 | 1140 | 1140 | 1130 | 1130 |
| 第一加热段 | 1255 | 1255 | 1225 | 1220 |
| 第二加热段 | 1255 | 1255 | 1255 | 1250 |
板坯温度预报模型对于本领域内技术人员来说也是已知的，其基于热传导模型获得。
进一步地，本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法的步骤(4)中，根据下述模型公式确定各加热段的炉气温度调节量：
式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TMi表示采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；表示第i加热段的目标段末温度；ηgi表示感度。
从上文描述的温度感度的确定过程可知，温度感度实际上表示的是板坯温度随炉气温度的变化率，因而本技术方案结合预测的板坯段末出口温度与目标段末出口温度之间的偏差，采用温度感度的控制方法，来减小这一偏差对段末温度的影响。
进一步地，本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，根据下述模型公式确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值TFPi：
TFPi＝TFSi+ΔTFCi
式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TFSi表示板坯在第i加热段的标准炉温。
在本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法中，所述各加热段包括预热段、第一加热段和第二加热段。
本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法可以对加热炉内各可控段中的加热物料的升温过程进行控制，确保加热物料达到段末目标温度，同时还能够保证加热物料上下表面的温差控制在规定的范围内，从而有效地避免产品缺陷和提高温度控制精度。
附图说明
图1为本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法在一种实施方式下的流程图。
具体实施方式
下面将根据具体实施例对本发明所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法做出进一步说明，但是具体实施例和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。
如图1所示，对于进入加热炉中的各个板坯按照下述步骤进行加热控制，该加热炉具有预热段、第一加热段和第二加热段三个可控段：
(1)查表获得板坯在各加热段的段末基础目标温度T′i aim，同时获取板坯的入炉温度Tcharge；
(2)根据经验确定加热炉对于目标段末温度的修正系数λ为0.9；
(3)预计算得到所述各加热段的目标段末温度
通过下述二次幂函数模型确定入炉温度Tcharge对各加热段的目标段末温度的影响值T″aim i：
影响系数ai0、ai1、ai2通过加热炉的埋耦试验获得；
通过下述模型公式获得各加热段的目标段末温度
式中，权重系数α的取值为0.72；
(4)根据下述模型公式确定板坯在各加热段的段末温度对于加热炉内各加热段的炉气温度的感度：
式中，TMi为采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；TEKi为加上炉气温度的调节量后预测的板坯在第i加热段的段末温度；ΔTFi表示炉气温度的调节量；
(5)根据下述模型公式确定各加热段的炉气温度调节量：
式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TMi表示采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；表示第i加热段的目标段末温度；ηgi表示感度；
(6)根据下述模型公式确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值TFPi：
TFPi＝TFSi+ΔTFCi
式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TFSi表示板坯在第i加热段的标准炉温；
按照上述步骤(1)-(6)获得每一块板坯k在第i加热段的最佳炉气温度设定值TFP(ki)；
(7)根据下述模型对加热炉内的炉气温度进行均匀化控制：
Tempset_i＝∑(Wik·TFP(ki))/∑Wik
式中，Tempset_i表示第i个加热段的炉气温度；Wik表示在第i个加热段内的第k块板坯的权重系数；TFP(ki)表示在第i个加热段内的第k块板坯的最佳炉气温度设定值。
(8)将获得的Tempset_i发送给控制系统。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其特征在于，包括步骤：
(1)确定板坯在各加热段的目标段末温度该步骤(1)包括步骤：
(a)获取板坯在加热过程中所需满足的各加热段的段末基础目标温度T′i aim；
(b)获取板坯的入炉温度Tcharge；
(c)通过二次幂函数模型确定入炉温度Tcharge对各加热段的目标段末温度的影响值其中所述二次幂函数模型为：
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其中，ai0、ai1、ai2表示影响系数，其通过加热炉的埋耦试验获得；
(d)基于各加热段的段末基础目标温度T′i aim和入炉温度对各加热段的段末目标温度的影响值采用加权平均的方法预计算得到所述各加热段的目标段末温度其中各加热段的目标段末温度通过下述模型公式获得：
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式中，α表示权重系数，其取值为0.65～0.85；λ为修正系数，其与加热炉的设备属性有关，其取值范围为0.8-1.3；
(2)采用各加热段的标准炉温和板坯温度预报模型，预测板坯在各加热段的段末温度；
(3)确定板坯在各加热段的段末温度对于加热炉内各加热段的炉气温度的感度；其中，根据下述模型公式确定所述感度：
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式中，ηgi表示感度，TMi表示采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；TEKi表示加上炉气温度的调节量后预测的板坯在第i加热段的段末温度；ΔTFi表示炉气温度的调节量；
(4)根据所述感度以及预测得到的板坯在各加热段的段末温度与目标段末温度的偏差，确定各加热段的炉气温度调节量；其中，根据下述模型公式确定各加热段的炉气温度调节量：
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式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TMi表示采用标准炉温和板坯温度预报模型预测的板坯在第i加热段的段末温度；表示第i加热段的目标段末温度；ηgi表示感度；
(5)根据各加热段的炉气温度调节量以及各加热段的标准炉温，确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值；其中，根据下述模型公式确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值TFPi：
TFPi＝TFSi+ΔTFCi
式中，ΔTFCi表示第i加热段的炉气温度调节量；TFSi表示板坯在第i加热段的标准炉温；
(6)根据下述模型对加热炉内的炉气温度进行控制：
Tempset_i＝∑(Wik·TFP(ki))/∑Wik
式中，Tempset_i表示第i个加热段的炉气温度；Wik表示在第i个加热段内的第k块板坯的权重系数；TFP(ki)表示在第i个加热段内的第k块板坯的最佳炉气温度设定值。
2.如权利要求1所述的基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其特征在于，所述各加热段包括预热段、第一加热段和第二加热段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |