CN106906352A - 一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,该方法包括以下步骤:S1:根据钢坯信息计算单块钢坯加热时所需的炉温设定值范围;S2:判断两块要混装钢坯的炉温设定值范围是否有重叠,从而确定是否可以连续入炉;S3:若两块钢坯的炉温设定值范围有重叠,可以连续混装入炉,并确定加热炉各控制段炉温设定值;S4:若两块钢坯的炉温设定值范围无重叠,则需空位处理,并确定空位距离。本发明可以减少加热炉混装时钢坯的氧化烧损,提高钢坯加热质量,降低加热炉能耗。
Description
技术领域
本发明属于加热炉优化控制领域,具体涉及一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法。
背景技术
加热炉是轧钢生产的重要设备,其加热钢坯的质量直接制约着成品质量;同时,加热炉也是轧钢生产的主要耗能设备,其能耗约占整个轧钢工序的70%。加热炉生产的钢坯包括多个钢种、多种规格,钢坯的入炉温度也不尽相同,因此,加热炉生产时钢坯混装比较严重。混装时,加热炉生产要满足所有钢坯的加热要求,同时要尽量减少氧化烧损。因此,在混装较多时,往往依靠人工手动调节炉温。但人工调节存在差异性大、烧损严重、产品质量欠佳、能耗高等问题。
目前,国内就钢坯混装时的炉温设定方法提出了一些专利申请:专利CN201010144781.3提出了一种优化控制大型步进梁式加热炉板坯加热制度的模型,它优化了不同钢种钢坯的入炉顺序,并模拟了10块不同钢坯混装入炉情况下的加热过程。该方法重点研究不同钢种加热制度,提出优化的入炉顺序,但未涉及不同规格钢坯和冷热坯混装的问题。专利CN201510264736.4提出了一种冷热钢坯混装的加热炉炉温设定方法,该方法通过检测的入炉钢坯温度和钢坯在炉内位置,计算某一段内所有钢坯的入炉温度均值和出炉温度均值,共同补偿炉温设定值。该方法仅是对炉温设定值进行补偿,而且仅考虑了冷热钢坯的混装,未涉及其他混装情况。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于针对不同钢种、不同规格、不同入炉温度的钢坯混装情况提供一种加热方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,包括以下步骤:
S1:根据钢坯信息计算单块钢坯加热时所需的炉温设定值范围;
S2:判断两块要混装的钢坯的炉温设定值范围是否有重叠,从而确定是否可以连续入炉;
S3:若钢坯的炉温设定值范围有重叠,选取重叠区域上限为炉温初设值,计算在该炉温下两块钢坯的升温情况,若两块钢坯在该炉温下都能满足其加热要求,则该炉温即为两块钢坯混装时的炉温设定值;如果不能同时满足两块钢坯的加热要求,则降低炉温,再计算新炉温下两块钢坯的升温情况;通过反复修正炉温,直到都满足两块钢坯的加热要求时,即为混装时的炉温设定值;当炉温降低到两块钢坯炉温设定值重叠区域的下限,仍无法满足两块钢坯的加热要求时,进入步骤S4;
S4:若钢坯的炉温设定值范围无重叠,则需空位处理,并确定空位距离。
步骤S1中,所述钢坯信息包括钢坯规格、加热时间、钢种、入炉温度、出炉目标温度。
步骤S1中包括以下子步骤:
S11:用一元三次函数描述钢坯升温曲线,根据工艺要求确定定解条件,求解方程组获得一组钢坯表面的升温曲线,
钢坯升温曲线描述为:T(τ)=aτ3+bτ2+cτ+d
式中,T为钢坯温度,τ为钢坯入炉时间,a、b、c、d为待求系数;
根据钢坯入炉温度、出炉温度等可以获得以下方程组和约束条件:
式中,T0为钢坯入炉温度,Taim为钢坯目标温度,τs为钢坯加热时间,
求解上述方程组,可以获得一组钢坯升温曲线,为钢坯表面点升温曲线;
S12:划分网格,求解钢坯一维厚度方向的差分方程,根据钢坯表面升温曲线获得钢坯内部温度分布,钢坯一维隐式差分方程为:
式中,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,Fo为傅立叶数,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长;
S13:根据钢坯表面的升温曲线,通过边界点差分方程,反算出每一条升温曲线对应的炉温曲线,钢坯边界节点差分方程为:
式中,σ为玻尔兹曼常数,ε为综合传热系数,Tf为炉温,Ts为钢坯温度,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热;
S14:选取最高和最低两条炉温曲线作为该钢坯的炉温设定值范围;
步骤S3中,计算初选炉温下钢坯的升温过程,采用以下方法:
求解钢坯一维非稳态导热方程,获得厚度方向温度分布,钢坯加热过程导热方程为:
初始条件:τ=0,t(0,y)=t0(y)
边界条件:
式中,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热,λ为钢坯导热系数,t0(y)为钢坯初始温度,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,H为钢坯厚度,
计算获得钢坯加热过程温度场后,根据以下两点判断钢坯是否满足加热要求:一是达到目标温度,二是断面温差在要求范围内。
步骤S4中,空位距离按下式来确定:
X=max[L(i)]
式中,X为空位距离,L(i)为加热炉各段长度。
本发明的有益效果在于:本发明提出了一种钢坯混装时的加热方法,有利于提高钢坯的加热质量,减少氧化烧损。在确定炉温设定值时,选取满足钢坯加热要求的上限炉温,有利于提高加热炉产能,降低燃耗。
该方法抛开了不同钢种、不同规格、不同入炉温度混装的复杂分类,从钢坯的升温特性出发,适用于加热炉所有混装情况,应用面广。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明的总流程图;
图2为单块钢坯炉温设定值范围计算流程图;
图3为混装加热方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本实例中选取的加热炉有效长度为57.4m,炉膛内宽10m,共设置热回收段、预热段、一加热段、二加热段、均热段五个段,各段长度L(i)见下表。
表1加热炉各段尺寸
段名 | 热回收段 | 预热段 | 一加热段 | 二加热段 | 均热段 |
长度/m | 14.8 | 9.3 | 10.5 | 11.8 | 11.0 |
本实施例一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,包括以下步骤:
S1:根据钢坯信息计算单块钢坯加热时所需的炉温设定值范围;所述钢坯信息包括钢坯规格、加热时间、钢种、入炉温度、出炉目标温度。
表2钢坯信息表
名称 | 钢种 | 钢坯厚度/mm | 入炉温度/℃ | 出炉温度/℃ | 加热时间/min |
钢坯1 | Q345 | 220 | 20 | 1180 | 190 |
钢坯2 | Q345 | 230 | 400 | 1180 | 190 |
计算过程分为以下几步:
S11:用一元三次函数描述钢坯升温曲线,根据工艺要求确定定解条件,求解方程组获得一组钢坯表面的升温曲线,
钢坯升温曲线描述为:T(τ)=aτ3+bτ2+cτ+d
式中,T为钢坯温度,τ为钢坯入炉时间,a、b、c、d为待求系数;
根据钢坯入炉温度、出炉温度等可以获得以下方程组和约束条件:
式中,T0为钢坯入炉温度,Taim为钢坯目标温度,τs为钢坯加热时间,
求解上述方程组,可以获得一组钢坯升温曲线,为钢坯表面点升温曲线;
S12:划分网格,求解钢坯一维厚度方向的差分方程,根据钢坯表面升温曲线获得钢坯内部温度分布,钢坯一维隐式差分方程为:
式中,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,Fo为傅立叶数,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长;k表示时间节点,Tk和Tk+1分别表示k时刻和k+1时刻钢坯的温度;
S13:根据钢坯表面的升温曲线,通过边界点差分方程,反算出每一条升温曲线对应的炉温曲线,钢坯边界节点差分方程为:
式中,σ为玻尔兹曼常数,ε为综合传热系数,Tf为炉温,Ts为钢坯温度,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热;
S14:选取最高和最低两条炉温曲线作为该钢坯的炉温设定值范围;
S2:判断两块要混装的钢坯的炉温设定值范围是否有重叠,从而确定是否可以连续入炉;
S3:若钢坯的炉温设定值范围有重叠,选取重叠区域上限为炉温初设值,计算在该炉温下两块钢坯的升温情况,若两块钢坯在该炉温下都能满足其加热要求,则该炉温即为两块钢坯混装时的炉温设定值;如果不能同时满足两块钢坯的加热要求,则降低炉温,再计算新炉温下两块钢坯的升温情况;通过反复修正炉温,直到都满足两块钢坯的加热要求时,即为混装时的炉温设定值;当炉温降低到两块钢坯炉温设定值重叠区域的下限,仍无法满足两块钢坯的加热要求时,进入步骤S4;计算初选炉温下钢坯的升温过程,采用以下方法:
求解钢坯一维非稳态导热方程,获得厚度方向温度分布,钢坯加热过程导热方程为:
初始条件:τ=0,t(0,y)=t0(y)
边界条件:
式中,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热,λ为钢坯导热系数,t0(y)为钢坯初始温度,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,H为钢坯厚度,
计算获得钢坯加热过程温度场后,根据以下两点判断钢坯是否满足加热要求:一是达到目标温度,二是断面温差在要求范围内。
S4:若钢坯的炉温设定值范围无重叠,则需空位处理,并确定空位距离。
空位距离按下式来确定:
X=max[L(i)]
式中,X为空位距离,L(i)为加热炉各段长度。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:根据钢坯信息计算单块钢坯加热时所需的炉温设定值范围;
S2:判断两块要混装的钢坯的炉温设定值范围是否有重叠,从而确定是否可以连续入炉;
S3:若钢坯的炉温设定值范围有重叠,选取重叠区域上限为炉温初设值,计算在该炉温下两块钢坯的升温情况,若两块钢坯在该炉温下都能满足其加热要求,则该炉温即为两块钢坯混装时的炉温设定值;如果不能同时满足两块钢坯的加热要求,则降低炉温,再计算新炉温下两块钢坯的升温情况;通过反复修正炉温,直到都满足两块钢坯的加热要求时,即为混装时的炉温设定值;当炉温降低到两块钢坯炉温设定值重叠区域的下限,仍无法满足两块钢坯的加热要求时,进入步骤S4;
S4:若钢坯的炉温设定值范围无重叠,则需空位处理,并确定空位距离。
2.根据权利要求1所述的一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,其特征在于:步骤S1中,所述钢坯信息包括钢坯规格、加热时间、钢种、入炉温度、出炉目标温度。
3.根据权利要求2所述的种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,其特征在于:步骤S1中包括以下子步骤:
S11:用一元三次函数描述钢坯升温曲线,根据工艺要求确定定解条件,求解方程组获得一组钢坯表面的升温曲线,
钢坯升温曲线描述为:T(τ)=aτ3+bτ2+cτ+d
式中,T为钢坯温度,τ为钢坯入炉时间,a、b、c、d为待求系数;
根据钢坯入炉温度、出炉温度等可以获得以下方程组和约束条件:
式中,T0为钢坯入炉温度,Taim为钢坯目标温度,τs为钢坯加热时间,
求解上述方程组,可以获得一组钢坯升温曲线,为钢坯表面点升温曲线;
S12:划分网格,求解钢坯一维厚度方向的差分方程,根据钢坯表面升温曲线获得钢坯内部温度分布,钢坯一维隐式差分方程为:
式中,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,Fo为傅立叶数,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长;k表示时间节点,Tk和Tk+1分别表示k时刻和k+1时刻钢坯的温度;
S13:根据钢坯表面的升温曲线,通过边界点差分方程,反算出每一条升温曲线对应的炉温曲线,钢坯边界节点差分方程为:
式中,σ为玻尔兹曼常数,ε为综合传热系数,Tf为炉温,Ts为钢坯温度,λ为钢坯导热系数,△τ为时间步长,△y为空间步长,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热;
S14:选取最高和最低两条炉温曲线作为该钢坯的炉温设定值范围;
步骤S3中,计算初选炉温下钢坯的升温过程,采用以下方法:
求解钢坯一维非稳态导热方程,获得厚度方向温度分布,钢坯加热过程导热方程为:
初始条件:τ=0,t(0,y)=t0(y)
边界条件:y=0,
y=H,
式中,ρ为钢坯密度,CP为钢坯比热,λ为钢坯导热系数,t0(y)为钢坯初始温度,qu为钢坯上表面热流密度,qb为钢坯下表面热流密度,H为钢坯厚度,
计算获得钢坯加热过程温度场后,根据以下两点判断钢坯是否满足加热要求:一是达到目标温度,二是断面温差在要求范围内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法,其特征在于:空位距离按下式来确定:
X=max[L(i)]
式中,X为空位距离,L(i)为加热炉各段长度。
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