CN106119521A - 一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，属于自动控制技术领域，首先，通过周期采集换带的两种带钢的规格以及焊缝位置信息，来判断焊缝前后该两种带钢的钢种、厚度和目标温度区间是否一致，以确定换带类型；然后，根据换带类型，确定换带目标温度，并根据速度模型、传热模型共同作用，计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值；最后，根据焊缝位置判断换带中的不同阶段，并下达相对应阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，达到稳定控制目的。本发明可形成较为完善的控制方法，适用于立式退火炉的在线换带控制。

Description

一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，尤其涉及一种以退火炉内传热机理为研究对象，采用速度调节和辐射管温度调节相结合的带钢切换规格的在线自动控制方法。

背景技术

目前，国内拥有退火炉较多，但是我国退火炉控制水平与国外相比，存在一定的差距，整体系统和单体设备的控制水平都有待进一步地提高。其中带钢规格切换控制要求较高，操作不当时，不仅容易造成带钢加热不足或者超温，产生废带，更有严重的造成带钢断带，从停炉、开炉，到取带、重新焊接，一般需要停产2-3天，产量降低。

目前国内就退火炉的控制方法提出了一些专利申请，但是其中一部分是针对一级控制来说明，例如CN201020204449.7、CN201020528237.4等专利，它们主要是实现设备与炉温、带温直接的反馈控制。还有少数专利是整体的退火炉控制，包含数学模型，例如201110333416.1等。另外，还有一部分专利是辐射管温度的控制方法，通过带钢温度调整辐射管温度或者是根据热处理曲线来计算辐射管温度等，例如201510455927.9，201510846168.9等。以上专利缺少针对规格切换的详细控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，以形成较为完善的控制方法，并适用于立式退火炉的在线换带控制。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1)：通过周期采集换带的两种带钢的规格以及焊缝位置信息，来判断焊缝前后该两种带钢的钢种、厚度和目标温度区间是否一致，以确定换带类型；

步骤2)：根据换带类型，确定换带目标温度，并根据速度模型、传热模型共同作用，计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

步骤3)：根据焊缝位置，判断换带中的不同阶段，并下达相对应阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，达到稳定控制目的。

进一步，在步骤1)中，换带类型包括目标温度区间不同或者厚度不同，即两种带钢的目标温度区间可有部分重叠区域，亦可无重叠区域，厚度不同包括薄变厚或厚变薄。

进一步，在步骤2)中，换带目标温度的确定方式是，通过判断两种带钢的目标温度区间是否有重叠区域，若有重叠区域，则根据两种带钢的厚度由薄变厚时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，或者根据两种带钢的厚度由厚变薄时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down；若无重叠区域，则无论两种带钢的厚度如何变化，当热处理温度上升时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，其中T1_up会根据后一带钢温度是否满足目标温度区间进行变化，或者当热处理温度下降时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down。

进一步，在步骤2)中，通过速度模型计算带钢的最大速度的公式为：

其中，V₀为带钢最大速度，TV值为各工艺退火温度下的TV值，h为带钢厚度。

进一步，在步骤2)中，传热模型为带钢温度跟踪数学模型，用于跟踪节点在炉内的温度变化情况，通过建立目标温度区间内的带钢与辐射管之间的温度关系，并通过迭代法求出平衡下的计算值，其方程组公式为：

cm(t_out-t_in)＝qAt

$q=\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{left}^4-T_{mid}^4)+\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{right}^4-T_{mid}^4)+h(T_{left}-T_{mid})+h(T_{right}-T_{mid})$

t_mid＝(t_out+t_in)/2

其中，t_out为带钢行程出口温度，单位K；t_in为带钢行程进口温度，单位K；t_mid为带钢行程平均温度，单位K；t_lef为辐射管左侧温度，单位K；t_right为辐射管右侧温度，单位K；c为带钢比热，单位J/kg/K；m为带钢质量，单位kg；q为边界热流密度，单位J/(m²·s)；h为对流换热系数，单位W/(m²·K)；A为换热面积，单位m²；ε为综合辐射黑度；σ为玻耳兹曼常量，其值为5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；t为时间，单位s。

进一步，在步骤2)中，换带中的不同阶段包括三个阶段，第一阶段为前一带钢的稳态阶段，第二阶段为焊缝在加热段内的过渡阶段，第三阶段为后一带钢的稳态阶段；计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，包括如下方式，

i)计算第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的前一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

ii)计算第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

在两种带钢的目标温度区间有部分重叠区域时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则改变前一带钢目标温度区间的上限值T1_up的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变上限值T1up的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度上升时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则改变前一带钢目标温度区间的下限值T1_down的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变下限值T1_down的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度下降时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内或者高于其目标温度区间的上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若低于其下限值T2_down，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

Iii)计算第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算后一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的后一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值。

进一步，速度过渡值采用阶梯计算的方式，通过±5m/min的的阶梯变化，计算带钢的出口温度，使两种带钢的目标温度在合理范围内。

进一步，在步骤3)中，相邻两个阶段过渡时的带钢速度设定值按照每30秒±5m/min的速度下达，直至目标值为止，从而达到稳定控制目的。

进一步，还设置有系统断带预报功能，该功能是通过系统检测到焊缝前后的带钢信息，启动预先设定的比较程序进行比较，根据前后带钢厚度差、宽度差以及目标温度区间进行判断，当超过可焊接的范围时，系统发出断带预报警告。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明基于传热机理分析，通过针对带钢不同类型，由速度模型、传热模型共同作用，完成不同阶段的辐射管温度设定和带钢速度设定，形成较为完善的控制方法，其模型构造方便，运行快，适用于退火炉的在线生产计算和控制。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明带钢规格切换下的控制总图；

图2为本发明带钢换带(薄变厚)过程中，两种带钢的目标温度区间的分布实例图(a1-5为目标温度区间有部分重叠区域，b1-2为目标温度区间无重叠区域)；

图3为本发明带钢换带(厚变薄)过程中，两种带钢的目标温度区间的分布实例图(c1-5为目标温度区间有部分重叠区域，d1-2为目标温度区间无重叠区域)；

图4为本发明带钢换带(薄变厚)过程中带钢速度、辐射管温度、加热段出口带温随着时间的变化策略(e1为目标温度区间有重叠区域，且目标温度区间相同，不限制其他类型；e2为目标温度区间无重叠区域，且热处理温度上升；e3为目标温度区间无重叠区域，且热处理温度下降)；

其中，附图2、3中的符号：T1_down为前一带钢目标温度区间的下限值，T1_up为前一带钢目标温度区间的上限值，T2_down为后一带钢目标温度区间的下限值，T2_up为后一带钢目标温度区间的上限值。

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

连续退火炉一般由预热段、加热段、均热段、冷却段、(过时效)、均衡段组成。预热段和快冷段都是通过循环风机对带钢进行加热和冷却处理，加热段和均热段则是通过辐射管的功率进行加热控制，其中换带控制中，以加热段的出口温度为研究对象，其他段因反馈及时，调节容易，本发明不做叙述。

如图1-3所示为本实施例中一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1)：通过周期采集换带的两种带钢的规格以及焊缝位置信息，来判断焊缝前后该两种带钢的钢种、厚度和目标温度区间是否一致，以确定换带类型，其中，换带类型包括目标温度区间不同或者厚度不同，即两种带钢的目标温度区间可有部分重叠区域，亦可无重叠区域，厚度不同包括薄变厚或厚变薄；

步骤2)：根据换带类型，确定换带目标温度，并根据速度模型、传热模型共同作用，计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值；其中，换带目标温度的确定方式是，通过判断两种带钢的目标温度区间是否有重叠区域，若有重叠区域，则根据两种带钢的厚度由薄变厚时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，或者根据两种带钢的厚度由厚变薄时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down；若无重叠区域，则无论两种带钢的厚度如何变化，当热处理温度上升时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，其中T1_up会根据后一带钢温度是否满足目标温度区间进行变化，或者当热处理温度下降时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down；

通过速度模型计算带钢的最大速度的公式为：

其中，V₀为带钢最大速度，TV值为各工艺退火温度下的TV值，h为带钢厚度；

传热模型为带钢温度跟踪数学模型，用于跟踪节点在炉内的温度变化情况，通过建立目标温度区间内的带钢与辐射管之间的温度关系，并通过迭代法求出平衡下的计算值，其方程组公式为：

cm(t_out-t_in)＝qAt

$q=\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{left}^4-T_{mid}^4)+\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{right}^4-T_{mid}^4)+h(T_{left}-T_{mid})+h(T_{right}-T_{mid})$

t_mid＝(t_out+t_in)/2

其中，t_out为带钢行程出口温度，单位K；t_in为带钢行程进口温度，单位K；t_mid为带钢行程平均温度，单位K；t_lef为辐射管左侧温度，单位K；t_right为辐射管右侧温度，单位K；c为带钢比热，单位J/kg/K；m为带钢质量，单位kg；q为边界热流密度，单位J/(m²·s)；h为对流换热系数，单位W/(m²·K)；A为换热面积，单位m²；ε为综合辐射黑度；σ为玻耳兹曼常量，其值为5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；t为时间，单位s；

换带中的不同阶段包括三个阶段，第一阶段为前一带钢的稳态阶段，第二阶段为焊缝在加热段内的过渡阶段，第三阶段为后一带钢的稳态阶段；计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，包括如下方式，

i)计算第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的前一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

ii)计算第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

在两种带钢的目标温度区间有部分重叠区域时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则改变前一带钢目标温度区间的上限值T1_up的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变上限值T1up的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度上升时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则改变前一带钢目标温度区间的下限值T1_down的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变下限值T1_down的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度下降时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内或者高于其目标温度区间的上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若低于其下限值T2_down，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

Iii)计算第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算后一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的后一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

速度过渡值采用迭代法计算的方式，通过±5m/min的迭代，计算带钢的出口温度，使两种带钢的目标温度在合理范围内；

步骤3)：根据焊缝位置，判断换带中的不同阶段，并下达相对应阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，达到稳定控制目的。具体的，在前一带钢的稳态阶段下达第一个阶段的带钢速度和辐射管温度设定值，在焊缝焊接时开始启动并至稳态阶段下达第二阶段的带钢速度和辐射管温度设定值，在后一带钢的稳态阶段，即在焊缝出加热段后下达第三阶段的带钢速度和辐射管温度设定值，其中，相邻两个阶段过渡时的带钢速度设定值按照每30秒±5m/min的速度下达，直至目标值为止，从而达到稳定控制目的。

本发明基于传热机理分析，通过针对带钢不同类型，由速度模型、传热模型共同作用，完成不同阶段的辐射管温度设定和带钢速度设定，形成较为完善的控制方法，其模型构造方便，运行快，适用于退火炉的在线生产计算和控制。

如图4所示，现以薄变厚的换带类型实施例来介绍一下带钢换带过程中带钢速度、辐射管温度、加热段出口带温随着时间的变化策略，具体计算流程：

S1)、根据最大速度模型，计算前后两个规格的最大速度值，并根据传热模型计算两种规格在换带目标温度下的辐射管温度值作为第一、三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值。

S2)、判断前后带钢目标温度是否有重叠区域，有重叠区域，且目标温度区间相同，不限制其他类型(如图4中e1)；则根据薄变厚的换带类型，选择前一带钢温度目标温度区间的上限值T1_up作为换带目标温度，并计算前一带钢在该换带目标温度(即T1_up)下的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

S3)、计算在该辐射管温度值，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则减小速度5m/min，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续减小当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则降低前一带钢目标温度区间的上限值T1_up的数值2℃，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T1_up，则继续减小上限值T1_up和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T1_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

S4)、在步骤S2)中，若目标温度无重叠区域，则无论厚度如何变化，当热处理目标温度上升(如图4中e2)，选择前一带钢温度目标温度区间的上限值T1_up作为换带目标温度，其中T1_up会根据后一带钢温度是否满足标温度区间进行变化，并计算前一带钢在该换带目标温度(T1_up)下的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

S5)、在步骤S4)中计算在该辐射管温度值，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则提高前一带钢目标温度区间的上限值T1_up的数值2℃，重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续提高上限值T1_up的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则减小速度5m/min，重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续减小速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

S6)、在步骤S2)中，若目标温度无重叠，则无论厚度如何变化，当热处理目标温度下降(如图4中e3)，选择前一带钢温度目标温度区间的下限值T1_down作为换带目标温度，并计算前一带钢在该换带目标温度(T1_down)下的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

S7)、在步骤S6)中计算在该辐射管温度值，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内或者高于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若低于其下限值T2_down，则通过反复增减速度的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：减小速度5m/min，重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续减小速度和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢的速度设定值和辐射管温度设定值。

此外，厚变薄或者目标温度区间不同的其他换带类型可参考上述薄变厚的换带类型和图2-4结合分析，这里就不在赘述了。

本实施例中，还设置有系统断带预报功能，该功能是通过系统检测到焊缝前后的带钢信息，启动预先设定的比较程序进行比较，根据前后带钢厚度差、宽度差以及目标温度区间进行判断，当超过可焊接的范围时，系统发出断带预报警告。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)：通过周期采集换带的两种带钢的规格以及焊缝位置信息，来判断焊缝前后该两种带钢的钢种、厚度和目标温度区间是否一致，以确定换带类型；

步骤2)：根据换带类型，确定换带目标温度，并根据速度模型、传热模型共同作用，计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

步骤3)：根据焊缝位置，判断换带中的不同阶段，并下达相对应阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，达到稳定控制目的。

2.根据权利要求1所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤1)中，换带类型包括目标温度区间不同或者厚度不同，即两种带钢的目标温度区间可有部分重叠区域，亦可无重叠区域，厚度不同包括薄变厚或厚变薄。

3.根据权利要求2所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤2)中，换带目标温度的确定方式是，通过判断两种带钢的目标温度区间是否有重叠区域，若有重叠区域，则根据两种带钢的厚度由薄变厚时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，或者根据两种带钢的厚度由厚变薄时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down；若无重叠区域，则无论两种带钢的厚度如何变化，当热处理温度上升时，选择前一带钢目标温度区间的上限值T1_up，其中T1_up会根据后一带钢温度是否满足目标温度区间进行变化，或者当热处理温度下降时，选择前一带钢目标温度区间的下限值T1_down。

4.根据权利要求3所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤2)中，通过速度模型计算带钢的最大速度的公式为：

其中，V₀为带钢最大速度，TV值为各工艺退火温度下的TV值，h为带钢厚度。

5.根据权利要求4所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤2)中，传热模型为带钢温度跟踪数学模型，用于跟踪节点在炉内的温度变化情况，通过建立目标温度区间内的带钢与辐射管之间的温度关系，并通过迭代法求出平衡下的计算值，其方程组公式为：

cm(t_out-t_in)＝qAt

$q=\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{left}^4-T_{mid}^4)+\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T_{right}^4-T_{mid}^4)+h(T_{left}-T_{mid})+h(T_{right}-T_{mid})$

t_mid＝(t_out+t_in)/2

其中，t_out为带钢行程出口温度，单位K；t_in为带钢行程进口温度，单位K；t_mid为带钢行程平均温度，单位K；t_lef为辐射管左侧温度，单位K；t_right为辐射管右侧温度，单位K；c为带钢比热，单位J/kg/K；m为带钢质量，单位kg；q为边界热流密度，单位J/(m²·s)；h为对流换热系数，单位W/(m²·K)；A为换热面积，单位m²；ε为综合辐射黑度；σ为玻耳兹曼常量，其值为5.67×10-⁸W/(m²·K⁴)；t为时间，单位s。

6.根据权利要求5所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤2)中，换带中的不同阶段包括三个阶段，第一阶段为前一带钢的稳态阶段，第二阶段为焊缝在加热段内的过渡阶段，第三阶段为后一带钢的稳态阶段；计算换带中的不同阶段带钢速度设定值和辐射管温度设定值，包括如下方式，

i)计算第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的前一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第一阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

ii)计算第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算前一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的辐射管温度值作为辐射管温度初始值；

在两种带钢的目标温度区间有部分重叠区域时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则改变前一带钢目标温度区间的上限值T1_up的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变上限值T1_up的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度上升时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若不在允许范围内，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：⑴若后一带钢加热段出口温度低于其目标温度区间的下限值T2_down，则改变前一带钢目标温度区间的下限值T1_down的数值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变下限值T1_down的数值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；⑵若后一带钢加热段出口温度高于其目标温度区间的上限值T2_up，则通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍高于其上限值T2_up，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢低于其上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

或在两种带钢的目标温度区间无重叠区域，且当热处理温度下降时，当前速度在前一带钢的最大速度之下，后一带钢加热段出口温度，若在允许范围内或者高于其目标温度区间的上限值T2_up，则当前的速度值和辐射管温度初始值作为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值，若低于其下限值T2_down，则通过反复增减速度和调整辐射管温度值的办法使其在允许范围内，具体调整办法为：通过速度过渡值改变当前的速度值，并重新计算辐射管温度值，再进一步计算后一带钢加热段出口温度，若仍低于其下限值T2_down，则继续改变当前的速度值和重新计算辐射管温度值，直到后一带钢高于其下限值T2_down，则当前的速度值和辐射管温度值即为第二阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值；

Iii)计算第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值：根据速度模型和传热模型，分别计算后一带钢的最大速度值和其在换带目标温度下的辐射管温度值，并将所得的后一带钢的最大速度值和辐射管温度值作为第三阶段的带钢速度设定值和辐射管温度设定值。

7.根据权利要求6所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：速度过渡值采用阶梯计算的方式，通过±5m/min的的阶梯变化，计算带钢的出口温度，使两种带钢的目标温度在合理范围内。

8.根据权利要求7所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：在步骤3)中，相邻两个阶段过渡时的带钢速度设定值按照每30秒±5m/min的速度下达，直至目标值为止，从而达到稳定控制目的。

9.根据权利要求1所述的一种立式退火炉带钢切换规格下的控制方法，其特征在于：还设置有系统断带预报功能，该功能是通过系统检测到焊缝前后的带钢信息，启动预先设定的比较程序进行比较，根据前后带钢厚度差、宽度差以及目标温度区间进行判断，当超过可焊接的范围时，系统发出断带预报警告。