CN1054886C - 控制金属带在连续炉中处理条件的方法以及实施该方法的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种控制金属带材在连续炉中处理条件的方法及其实施的控制系统。在控制系统中，根据热空气温度相关值进行热平衡回归计算而初始计算热输出相关因子和两个热输入相关因子。用这些相关因子、炉中的实际热空气温度、以及实际线速度计算带材处理条件。热输出和热输入相关因子的计算由第一计算机完成，用定期时间间隔内检测的实际热空气温度和实际线速度由第二计算机完成后续计算。

Description

控制金属带在连续炉中处理条件的方法以及实施该方法的控制系统

本发明涉及控制在连接炉中加热的金属带的处理条件的方法，也涉及实现该方法的控制系统。

在用于热处理于炉中连续输送的带材的连续炉中，带材的处理条件，特别是加热条件必须保持在预定的所需条件。为此目的，需要检测炉内的温度并基于该检测温度而定期地校正带材的处理条件。

常规地，由温度传感器检测的实际热空气温度和表示带材在炉中输送速度的实际线速度被初始地读在计算器中，并基于这些数值，吹向带材的热空气的喷嘴压力随后可以计算出，因为这一喷嘴压力表示了需要加热带材的热量。

然而，确定所需喷嘴压力的计算过程是复杂的，并且所需的喷嘴压力不能直接从实际热空气温度、实际线速度等而计算出。所需喷嘴压力的确定过程需要复杂的回归计算。

更特别地是，根据常规的计算方法，作为一个生产步骤将表示与每个被处理带材相关的参数的数据初始地依次输入计算器中并贮存在其中(步骤1)。这些参数包括每个带材的厚度和宽度、装置的线速度、带材在炉子出口和入口处的温度等等。基于这些贮存的数据，然后可计算出所需喷嘴压力计算因子(步骤2)。基于实际的热空气温度校正这些因子(步骤3)，最后基于实际线速度和所需喷嘴压力计算因子计算出所需喷嘴压力(步骤4)。在步骤2至步骤4中的每次计算都包括回归计算。正如所公知的，重复进行该回归计算，直至热平衡中的热输入与热输出之间的差别落在所给定的误差范围内。

正由于此，对所需喷嘴压力的计算需要相对较长的时间(约20秒)，因此，认为延长了控制喷嘴压力的周期。因此，常规方法不能迅速地响应于实际热空气温度的变化或者伴随于带材变化的实际线速度的变化，则导致不能充分加热带材。特别是在多种类带材处理的情况下，具有不同厚度的两种带材间的接触则不能被合适地热处理，因此，则导致相当长的不合格带材。

本发明的目的是解决上述的缺点。

本发明的目的是提供一种控制带材在连续炉中处理的处理条件的方法，该方法可以明显地降低控制该处理条件所需的周期时间。

本发明的另一目的是提供用于实现上述方法的控制系统。

根据本发明，可以用实际热空气温度和实际线速度基于读取时间而计算出处理条件。

为了完成上述和其他目的，本发明的方法包括的步骤为：

输入包括相关于每个带材的参数的生产程序；

通过使用基于生产程序的热平衡回归计算而计算热输出相关因子和热输入相关因子，对每个带材的热空气温度相关值、以及对每个在炉中的带材的移动速度相关值。

定期地检测实际热空气温度和每个带材的实际移动速度。

通过使用热输出相关因子、热输入相关因子、检测的实际热空气温度、以及每个带材的检测的实际移动速度而校正处理条件。

该热输出相关因子用于计算每个带材所带走的热量，而热输入相关因子用于计算每个带材间所传送的热量。

另外，本发明的控制系统包括第一计算机和第二计算机。该第一计算机包括用于计算每个带材比热的装置，用于使用每个带材移动速度相关值而计算热输出量的装置，用于使用热空气相关值计算热输入量的装置，和用于使用热输出和热输入热平衡式而回归计算热输出相关因子和热输入相关因子的因子计算装置。该第二计算机计算带材的处理条件，该计算使用热输出相关因子、热输入相关因子、以及定期检测的热空气温度和带材的移动速度。

根据本发明的方法，使用热空气温度相关值和线速度相关值，根据相关于每个带材的参数而分别计算出热输出和热输入量。使用用于计算在热平衡时的热输出和热输入量的回归计算来计算热输出量相关因子和热输入量相关因子。因此，可以基于热输出相关因子、热输入相关因子、以及定期检测的实际热空气温度和实际线速度而确定带材的控制条件，例如所需的喷嘴压力。

在本发明的控制系统中，该第一计算机进行比热计算，基于线速度相关值的热输出量计算，以及基于热空气温度相关值的热输入量计算。该第一计算机也使用上述回归计算来计算热输出相关因子和热输入相关因子、通过热输出计算得出热输出量，通过热输入计算得出热输入量。该第二个计算机计算处理条件，这基于由第一计算机计算出的热输出相关因子和热输入相关因子，以及定期检测的实际热空气温度和实际线速度。

由下述的较佳实施例以及参考附图可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的及特征，在全部附图中，相同部分由相同的标码表示。

图1是连续炉与本发明控制系统操作联接的示意图。

图2是表示图1中所示控制系统中第一计算机中所进行的计算内容的程序方框图。

图3是表示图1中所示控制系统中第二计算机中所进行的计算内容的程序方框图。

参照附图，在图1示意图中，示出了表示本发明的连续炉1和控制系统。

炉1装配有燃烧器2，燃油调节阀3，用于调节供给燃烧器2的燃油量，以及阀调节马达4，用于调节燃油调节阀3的开口度。炉1还装配有循环鼓风机5，用于将燃烧器2加热的热空气吹向待处理的带材，用于驱动循环鼓风机5的循环鼓风机驱动马达6，用于将炉1中废气排出的排气鼓风机8，以及用于驱动排气鼓风机8的排气鼓风机驱动马达9。

上述结构的炉1操作性地联接于控制系统，这包括用于控制循环鼓风机5速度的第一转动控制器7，用于控制排气鼓风机8速度的第二转速控制器10，用检测由燃烧器2加热的热空气喷嘴压力传感器11，以及用于检测热空气温度的温度传感器12。该控制系统还包括第一计算机13、第二计算机14、用于控制热空气温度的温度控制器15，以及用于控制喷嘴压力的压力控制器16。

该第一和第二计算机13和14确定炉1中带材的处理条件。第二计算机14将温度控制数据输出至温度控制器15，也将压力控制数据输出至压力控制器16。由第一和第二计算机13和14所处理的内容在下面描述。

温度控制器15基于由第二计算机14输出的温度控制数据而控制阀调节马达4以调节燃油调节阀3的开口度，由此而调节供给燃烧器2的燃油量。另外，该温度控制器15输出给第二计算机14一个相关于由温度传感器12所检测的炉1中实际热空气温度T_FA的信号。

压力控制器16基于由第二计算机14输出的压力控制数据而输出给第一转速控制器7一个需要控制循环鼓风机驱动马达6速度的速度设置信号，由此而调节由循环鼓风机5所提供的空气量。另外，该压力控制器16输出给第二计算机14一个由压力传感器检测的喷嘴压力P_F相关的信号，即，由喷嘴喷射出的热空气的喷嘴压力。

该第一计算机13计算几个用于计算热空气吹向待处理带材的所需喷嘴压力的因子。这些因子包括热输出相关因子Q_出(C)，第一热输入(对流加热)相关因子Q_C(C)，和第二热输入(辐射加热)相关因子Q_R(C)，并且这些因子根据图2的程序方框图被计算出。该热输出相关因子Q_出(C)的计算分别基于带材的厚度TH、比重、比热，以及带材在炉子入口和出口处的入口温度T_入和出口温度T_出。这一因子用于计算带材所带走的热量。第一热输入相关因子Q_C(C)的计算基于几何因子(带材所具有的因子)、炉子长度和传热系数α和β，该因子用于计算当用循环鼓风机5将热空气吹向带材时传给带材的热量。第二热输入相关因子Q_R(C)的计算基于热空气温度、平均温度差的对数值LMT、有效辐射率和炉长，该因子用于计算以电磁波形式由炉壁和热空气传给带材的热量。

回到图2的程序方框图，在步骤S1，比热的计算基于带材厚度TH、宽度W、入口温度T_入和出口温度T’_出，以及其他几个常数，包括比重和比热。

在步骤S2，热输出量Q_出由下面等式(1)来计算：

其中LS_A表示实际线速度，即在炉中输送的带材的移动速度。

在步骤S3，用下面等式(2)计算第一热输入量(对流加热)Q_C： $Q_c=Q_c\left(C\right)\·\mathrm{LMT}\·\left(\frac{W}{1000}\right)\·P_F^{\mathrm{\α}}\·{\left(\frac{288}{T_{\mathrm{FS}}+273}\right)}^{\mathrm{\β}}---\left(2\right)$ 其中T_FS表示热空气温度相关值，P_F表示喷嘴压力，而平均温度差对数值LMT由下式算出：该热空气温度相关值T_FS是对每一厚度的带材所设置的热空气温度，并已先前贮存在第一计算机13中。

在步骤S4中，用下面等式(3)来计算第二热输入量(辐射加热)Q_R： $Q_R=Q_R\left(C\right)\·\frac{W}{1000}---\left(3\right)$

在步骤S5中，进行热输出量Q_出和总热输入量(Q_C+Q_R)之间的热平衡计算，并且基于该计算结果，计算热输出校正因子Q_出(C)′、第一热输入校正因子Q_C(C)′和第二热输入校正因子Q_R(C)′。

在步骤S6中，将在步骤S5中计算的三个校正因子Q_出(C)′、Q_C(C)′和Q_R(C)′分别与在步骤S2、S3和S4中所用的热输出相关因子Q_R(C)相比较。还有，确定是否所有的相应两因子之间的差值(|Q(C)′-Q(C)|)均落在其相应误差δ之内。如果所有的这种差值均落在相应误差δ之内，则将热输出相关因子Q_出(C)、第一热输入相关因子Q_C(C)和第二热输入相关因子Q_R(C)输出至第二计算机14(步骤7)。相反，如果校正因子与相关因子之间的差值不落在预定误差δ之内，则进一步进行步骤8，在步骤8中基于校正因子和相关因子而设置新的相关因子，基于新的相关因子再一次进行步骤S1至S6。

参照附图3的程序方框图，下面讨论第二计算机进行的计算内容。

第二计算机14计算热空气吹向带材的喷嘴压力，该计算基于由第一计算机13计算出的热输出相关因子Q_出(C)、由第一计算13机计算出的第一和第二热输入相关因子Q_C(C)和Q_R(C)、实际热空气温度T_FA和实际线速度LSA。

更详细地，在步骤S11中，由下面等式(4)得出实际热空气温度校正因子T_F(C)：

T_F(C)＝A·T_FA-B                       ……(4)式中每个特A和B表示常数。

在步骤S12中，由下面等式(5)计算喷嘴压力P_F：

将由此得出的喷嘴压力P_F以设置值而输出至压力控制器16，该压力控制器16控制将由燃烧器2加热的热空气吹向带材的循环鼓风机5的速度而循环控制喷嘴压力，由此而将带材加热条件控制到所需水平。另外，在定期时间间隔内将实际热空气温度T_FA和实际线速度LSA读在第二计算机14内，并用于校正喷嘴压力P_F。

由于为获得喷嘴压力P_F第二计算机14所需的计算相对较简单而且不需要复杂的回归计算，因此所需的时间周期非常短，因而，可以在早期阶段校正实际热空气温度和实际线速度的变化。

应指出的是在上述实施方案中，尽管所需喷嘴压力是通过基于对实际热空气温度T_FA和实际线速度LSA的检测用燃烧器加热单元而控制的，本发明也适于控制任何其他合适的热源，如电加热器，或控制从喷嘴喷出的空气速度。

从上面已经清楚看出，根据本发明，通过用热空气温度相关值和线速度相关值可计算热输出量和热输入量，通过先前热输出量和热输入量之间热平衡的回归计算可计算出热输出相关因子和热输入相关因子。因此，基于热输出相关因子、热输入相关因子，以及在定期时间间隔内检测的实际热空气温度和实际线速度可计算出处理条件。另外，通过第一计算机可进行热输出相关因子和热输入相关因子的计算，而可通过第二计算机基于在定期时间间隔内检测的实际热空气温度和实际线速度而进行处理条件的计算。

因为热输出相关因子和热输入相关因子的确定是基于回归计算，这需要较长的时间。然而，一旦热输出相关因子和热输入相关因子被计算出，则可在短时间内用这些相关因子、实际热空气温度和实际线速度相对简单地计算出连续炉中被处理带材的处理条件，因此减少了用于控制处理条件如喷嘴压力等的循环或时间期限。根据此，甚至当实际热空气温度和实际线速度变化时，也可高精度地控制温度。例如，尽管常规方法使不合格带材材料在其连接处降低到约1500米(线速度60米/分)，而本发明的方法和控制系统在相同的线速度下可将不合格长度降至约40米。

另外，由于第二计算机进行相对简单的计算，因此，降低了施加于需要计算复杂回归计算的第一计算机的运算量。换句话说，如果先前通过用于控制整个炉子的计算机来计算热输出相关因子和热输入相关因子，则可通过另外专用的控制器来控制此后所需的处理，因此降低了施加于主计算机的运算量。

尽管通过实施例并参考附图对本发明进行了全面说明，应指出的是，各种变化和改变对于本发领域技术人员来讲是明显的。因此，除非这种变化和改变违背了本发明的精神和范围，否则这些变化和改变均认为在本发明之内。

Claims (2)

1.一种控制金属带在连续炉中热处理的处理条件的方法，该方法包括步骤：

输入包括相关于每个带材的参数的生产程序；

通过使用生产程序计算热输出相关因子和热输入相关因子，对每个带材的热空气温度相关值、以及对每个在炉中的带材的移动速度相关值，所述的热输出相关因子用于计算每个带材带走的热量，所述的热量输入相关因子用于计算传给每个带材的热量；

使用热输出相关因子和热输入相关因子计算热输出和热输入；

对于热输出和热输入之间热平衡进行回归计算以获得热输出校正因子和热输入校正因子直至每一个热输出相关因子和热输出校正因子之间及热输入相关因子和有关热输入校正因子之间每个差落入预定允许范围内。

定期地检测实际热空气温度和每个带材的实际移动速度；

通过使用热输出相关因子、热输入相关因子、检测的实际热空气温度、以及每个带材的检测的实际移动速度而校正处理条件。

2.一种用于控制带材在连续炉中热处理的处理条件的控制系统，所述控制系统包括：

具有用于计算每个带材比热的装置的第一计算机，用于使用每个带材移动速度相关值而计算热输出量的装置，用于使用热空气温度相关值而计算热输入量的装置，和用于计算热输出相关因子和热输入相关因子的因子计算装置；使用热输出和热输入的热平衡式，校正热输出相关因子和热输入相关因子的因子校正装置；和

用于计算带材处理条件的第二计算机，该计算使用热输出相关因子、热输入相关因子、以及定期检测的热空气温度和带材的移动速度。

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