CN106987704A - 一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法 - Google Patents

一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法 Download PDF

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Abstract

一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，通过对虚拟段的预热段、加热段、均热段分别控制实现，所述预热段、加热段、均热段均包括上部与下部，在炉长方向等距设置脉冲烧嘴数目，根据脉冲烧嘴数目将预热段、加热段、均热段各自的上部与下部划分若干控制区，并两两建立逻辑控制关系，通过对每个控制区的周期性控制形成对整个虚拟段的控制。本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，将原有的板坯过程温度设定细化，使板坯在炉内每一个物理控制区内均有明确的目标控制要求，并根据板坯当前温度调整炉气温度，进而周期扫描控制脉冲烧嘴的开启时间，精确控制每一块板坯的加热过程，降低板坯冷热混装的负面影响。

Description

一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法
技术领域
本发明属于轧钢热工自动控制领域，具体涉及一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法。
背景技术
热轧带钢的加热温度与产品质量密切相关，是影响热轧带钢组织性能的关键因素之一。在生产中，为使钢材便于轧制，就必须根据钢种本身特性的不同而采取不同的加热规范，其中最重要的参数就是板坯在不同位置的加热目标温度确定。带钢在轧制过程中，出于表面质量、温度精度、尺寸精度等不同质量要求特性，需要设定不同的加热过程。但在目前的大生产过程中，由于板坯品种繁多，且板坯入炉的初始温度波动较大，对实际的过程控制影响较大，具体表现为：板坯的入炉温度波动的均值在289℃左右，极端情况下相邻板坯的入炉温差甚至超过800℃。而目前段末温度的控制公差，预热段末一般为±40℃，加热段末为±40℃。而传统的加热炉炉型烧嘴配置条件能力差，只能以物理段为单位进行调整，而通常一个物理段内有8-12块左右不同入炉温度、不同段末温度要求的板坯。如此大的入炉温度波动造成操作人员的人工干预非常频繁，调整效果也差强人意，容易出现低温板坯未达下限而高温板坯超上限的情况出现。
1580产线出于加强冷热混装板坯过程温度的控制能力，在2013年对1#加热炉进行了重新设计和改造，但关于板坯的过程温度控制方法仍然参照原有传统加热炉炉型进行控制。没有对控制功能优化，从根本上提高板坯过程温度控制精度。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，根据脉冲式加热炉脉冲烧嘴设置的物理位置，以及板坯加热工艺的要求，将原有的板坯过程温度设定细化，使板坯在炉内每一个物理控制区内均有明确的目标控制要求，并根据板坯当前温度调整炉气温度，进而周期扫描控制脉冲烧嘴的开启时间，从而达到可以根据轧线的需要，精确控制每一块板坯的的加热过程控制，将板坯冷热混装的负面影响大幅降低，其技术方案具体如下：
一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，通过对虚拟段的预热段、加热段、均热段分别控制实现，
所述的预热段包括预热段上部与预热段下部，
所述的加热段包括加热段上部与加热段下部，
所述的均热段包括均热段上部与均热段下部，
其特征在于：
根据炉长方向等距设置脉冲烧嘴数目，
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部分别划分成1—一4个控制区，
并将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部两两建立逻辑控制关系，通过对每个控制区的周期性控制形成对整个虚拟段的控制。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：所述的对每个控制区的控制包括如下步骤：
S1：过程控制计算机在接受板坯入炉信号后，读取当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1；
S2：过程控制计算机根据虚拟段段末目标温度计算得出当前控制区目标温度T2；
S3：过程控制计算机根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，
计算出当前控制区的炉气温度设定值T3；
S4：将热电偶信号检测值T1与当前控制区的炉气温度设定值T3进行比较，
当T1≥T3时，进入步骤S5，
当T1＜T3时，进入步骤S6；
S5：关闭当前控制区的脉冲烧嘴；
S6：开启当前控制区的脉冲烧嘴。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部各自划分成3个逻辑控制区；
将加热段上部、加热段下部各自划分成4个逻辑控制区；
将均热段上部划分1个逻辑区，将均热段下部划分左右对称的2个逻辑控制区，
所述虚拟段由此形成17个可控制区。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S1中，所述的当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1，通过炉气温度分布计算模型，对炉长和炉宽放行进行炉气温度周期性差分计算得出。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S2中，所述的虚拟段段末目标温度根据板坯出钢记号、特殊质量号、入炉温度等级及加热炉炉号四个综合因素索引得出。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，计算出当前控制区的炉气温度设定值T3，依据以下函数关系完成：
步骤S3中，所述的根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，计算出当前控制区的炉气温度设定值T3，依据以下函数关系确定：
其中：
ΔTF：炉温变更量(常数)(默认ΔTF＝50℃)，
η：影响系数，
TEK：根据标准炉温(或上一次的必要炉温)、轧制节奏和当前板坯温度计算的段预测出口温度；
其中：
ΔTFC：最适合的必要炉温变更量，
Text：变化ΔTF后的段目标出口计算温度，
T3＝T1+ΔTFC。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
所述的入炉温度等级为4个等级，所述4个等级依次为0℃-300℃；300℃-500℃；500℃-700℃；700℃以上。
根据本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
所述的当前控制区目标温度T2根据相邻虚拟段的段末目标温度及烧嘴的物理位置进行差分计算确定，具体为：
其中，
Ti：当前控制区所在虚拟段段末目标温度，
Ti-1：当前控制区所在虚拟段前一虚拟段段末目标温度，
Pi：当前控制区所在虚拟段长度方向段末物理坐标，
Pi-1：当前控制区所在虚拟段长度方向段初物理坐标，
PT：当前控制区长度方向物理坐标。
本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，根据脉冲式加热炉脉冲烧嘴设置的物理位置，以及板坯加热工艺的要求，将原有的板坯过程温度设定细化，使板坯在炉内每一个物理控制区内均有明确的目标控制要求，并根据板坯当前温度调整炉气温度，进而周期扫描控制脉冲烧嘴的开启时间，从而达到可以根据轧线的需要，精确控制每一块板坯的的加热过程控制，将板坯冷热混装的负面影响大幅降低；能够大幅降低传统加热炉物理段设置较少，段内板坯入炉温差、目标温度差异大相互干扰的影响。
附图说明
图1为本发明中一个控制区的板坯加热过程温度控制流程图。
图2为本发明中的板坯当前控制区目标温度T2的确定流程图。
具体实施方式
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法作进一步具体说明。
如图1、2所示的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，通过对虚拟段的预热段、加热段、均热段分别控制实现，
所述的预热段包括预热段上部与预热段下部，
所述的加热段包括加热段上部与加热段下部，
所述的均热段包括均热段上部与均热段下部，
其中，根据炉长方向等距设置脉冲烧嘴数目，
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部分别划分成1——4个控制区，
并将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部两两建立逻辑控制关系，通过对每个控制区的周期性控制形成对整个虚拟段的控制。
其中，所述的对每个控制区的控制包括如下步骤：
S1：过程控制计算机在接受板坯入炉信号后，读取当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1；
S2：过程控制计算机根据虚拟段段末目标温度计算得出当前控制区目标温度T2；
S3：过程控制计算机根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，
计算出当前控制区的炉气温度设定值T3；
S4：将热电偶信号检测值T1与当前控制区的炉气温度设定值T3进行比较，
当T1≥T3时，进入步骤S5，
当T1＜T3时，进入步骤S6；
S5：关闭当前控制区的脉冲烧嘴；
S6：开启当前控制区的脉冲烧嘴。
其中，
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部各自划分成3个逻辑控制区；
将加热段上部、加热段下部各自划分成4个逻辑控制区；
将均热段上部划分1个逻辑区，将均热段下部划分左右对称的2个逻辑控制区，
所述虚拟段由此形成17个可控制区。
步骤S1中，所述的当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1，通过炉气温度分布计算模型，对炉长和炉宽放行进行炉气温度周期性差分计算得出。
步骤S2中，所述的虚拟段段末目标温度根据板坯出钢记号、特殊质量号、入炉温度等级及加热炉炉号四个综合因素索引得出；
所述的入炉温度等级为4个等级，所述4个等级依次为0℃-300℃；300℃-500℃；500℃-700℃；700℃以上。
步骤S3中，所述的根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，计算出当前控制区的炉气温度设定值T3，依据以下函数关系完成：
首先，利用板坯温度预报模型计算出段末温度；然后，给定固定的炉温变更量再一次求出利用板坯温度预报模型计算出段末温度；最后，利用两次的计算结果求出影响系数，即：
其中：
ΔTF：炉温变更量(常数)(默认ΔTF＝50℃)
η：影响系数
TEK：根据标准炉温(或上一次的必要炉温)、轧制节奏和当前板坯温度计算的段预测出口温度；
为了减小板坯段出口预报温度和出口段目标温度的偏差，需要改变的炉温量为：
其中：
ΔTFC：最适合的必要炉温变更量
Text：变化ΔTF后的段目标出口计算温度
然后计算当前控制区的炉气温度设定值T3
T3＝T1+ΔTFC。
所述的当前控制区目标温度T2根据相邻虚拟段的段末目标温度及烧嘴的物理位置进行差分计算确定，具体为：
其中，
Ti：当前控制区所在虚拟段段末目标温度，
Ti-1：当前控制区所在虚拟段前一虚拟段段末目标温度，
Pi：当前控制区所在虚拟段长度方向段末物理坐标，
Pi-1：当前控制区所在虚拟段长度方向段初物理坐标，
PT：当前控制区长度方向物理坐标。
实施例
本实施例按照根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部各自划分成3个逻辑控制区；将加热段上部、加热段下部各自划分成4个逻辑控制区；将均热段上部划分1个逻辑区，将均热段下部划分左右对称的2个逻辑控制区，所述虚拟段由此形成17个可控制区的分区模式进行控制，具体细分方法如下表：
按照上述方法对1#加热炉冲式烧嘴进行优化设计后，将可控制供热段原来的6个段扩展为17个可控制区。温度的调节能力得到大幅增加。
可单独控制段数 传统加热炉 脉冲式加热炉
预热段 2 6
加热段 2 8
均热段 2 3
1.钢种分类索引规则建立
为精确索引各品种板坯的段末温度控制要求，需要建立相关的索引规则，综合各方面因素考虑，板坯加热过程目标温度分出钢记号、特殊质量号、开炉数、入炉温度等级四项，分别介绍如下：
1)出钢记号
1580产线目前共轧制192个出钢记号，为确加热过程控制工艺的可扩展性，因此品种钢按照出钢记号进行分类，可以从理论确保每种钢都可以赋予其独特的加热升温过程。出钢记号索引目前共有192项，产线后续如有新钢种开发生产，则可以继续添加赋值。
2)特殊质量号
同一出钢记号的钢，由于合同需求、表面指数和分选度、下工序去向等因素的不同，可能会有不同的加热过程要求，出于这一因素考虑，为辨别同一钢种的不同加热需求，通过上述合同需求、表面指数和分选度、下工序去向三类参数确定了特殊质量号这一索引，共25项。具体赋值过程如下：
3)使用炉
考虑不同加热炉间的炉体结构不同，同一类钢种进入了不同的加热炉后其段末温度控制要求不一致。为确区分保炉型结构的差异，建立了使用炉这一索引项，共有1、2、3三个值，进入了1#脉冲式加热炉进行加热的板坯该项参数赋值为1。
4)入炉温度等级
1580产线热送热装水平较高，板坯入炉从常温到将近1000℃的范围内波动。而不同的入炉温度对于板坯各段的温度控制有直接影响，因此必须根据入炉的不同而区别设定段末目标温度，出于这一因素考虑，建立了入炉温度等级这一索引项，共有1、2、3、4三个值，分别代表0-300℃、300℃-500℃、500℃-700℃，700℃以上入炉的板坯。
根据上述方法，对各类钢种精确索引规则如下表所示：
按照上述方法，每一出钢记号理论上可以赋予25*3*4＝300项不同的加热过程要求，完全可以满足当前的质量控制需求，且保留了充分的可扩展性。
2.虚拟段末温度自动控制
品种钢分类索引规则建立后，必须参照原有工艺制度对各类钢种的虚拟段末温度控制要求进行初始赋值，赋值对象包括最小在炉时间、预热段末温度、加热段末温度三项。初始赋值根据当前产线的控制要求，按照镀锡板、普炭钢、铁素体等大类进行了分类。后续可以根据产线需求作灵活调整。
完成上述分类索引和初始赋值工作后，为在加热控制模型中实现各出钢记号的自动控制，在控制模型中建立了特殊炉温控制表格。每一钢种进入加热炉后，加热模型便会根据其出钢记号、特殊质量号、当前开炉数、入炉温度等级四个参数自动确定当前板坯的预热段末和加热段末温度控制要求。同时热负荷计算模型会根据工况的变化，以一分钟/次的计算频率，修正加热炉内的温度控制，实现段末温度控制的精确化和自动化。典型钢种入炉后的段末温度自动控制初始赋值如下表所示：
3.实际控制区段末温度自动控制
为精确控制每对脉冲烧嘴的开启时序和燃烧时间，需要对控制区内的对应板坯明确目标温度的要求。在上述虚拟段末温度自动控制完成的前提下，实际控制区内的目标温度根据烧嘴的物理位置进行差分计算后明确，具体计算方法如下：
其中，
Ti：当前控制区所在虚拟段段末目标温度，
Ti-1：当前控制区所在虚拟段前一虚拟段段末目标温度，
Pi：当前控制区所在虚拟段长度方向段末物理坐标，
Pi-1：当前控制区所在虚拟段长度方向段初物理坐标，
PT：当前控制区长度方向物理坐标。
经过上述虚拟段段末目标温度的确定以及实际控制段目标温度的计算，1#脉冲式加热炉加热过程可以分19段进行过程温度的控制，同时可以利用三个虚拟段目标温度实现与其他炉型的加热过程温度对比，提高控制精度的同时，也为分析和降低炉间差异提供了手段。17个实际温度控制区由28只“高效低NOx双通道拓展温度场烧嘴”以及均热段平焰烧嘴构成，除均热段上部段外(虚拟段7段，实际段16A/B/C区)，其余均采用脉冲燃烧控制方式。17个控制区根据当前区内的板坯实际温度，结合板坯目标温度和轧制节奏，自动计算出各区的加热负荷，脉冲烧嘴以每个扫描周期(1分钟)内的燃烧时间长短来满足热负荷需求。位于炉子两侧对称布置的一对烧嘴做为一个独立温控区，且可根据需要将两侧对称的烧嘴实现“对称式”供热与“非对称”式供热，可灵活调整炉宽方向温度场及坯料头尾温度分布以适应轧机对不同钢种，实现不同入炉温度板坯的特殊需求。
本发明的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，根据脉冲式加热炉脉冲烧嘴设置的物理位置，以及板坯加热工艺的要求，将原有的板坯过程温度设定细化，使板坯在炉内每一个物理控制区内均有明确的目标控制要求，并根据板坯当前温度调整炉气温度，进而周期扫描控制脉冲烧嘴的开启时间，从而达到可以根据轧线的需要，精确控制每一块板坯的的加热过程控制，将板坯冷热混装的负面影响大幅降低；能够大幅降低传统加热炉物理段设置较少，段内板坯入炉温差、目标温度差异大相互干扰的影响。

Claims (8)

1.一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，通过对虚拟段的预热段、加热段、均热段分别控制实现，
所述的预热段包括预热段上部与预热段下部，
所述的加热段包括加热段上部与加热段下部，
所述的均热段包括均热段上部与均热段下部，
其特征在于：
根据炉长方向等距设置脉冲烧嘴数目，
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部分别划分成1——4个控制区，
并将预热段上部、预热段下部、加热段上部、加热段下部、均热段上部、均热段下部两两建立逻辑控制关系，通过对每个控制区的周期性控制形成对整个虚拟段的控制。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：所述的对每个控制区的控制包括如下步骤：
S1：过程控制计算机在接受板坯入炉信号后，读取当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1；
S2：过程控制计算机根据虚拟段段末目标温度计算得出当前控制区目标温度T2；
S3：过程控制计算机根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，
计算出当前控制区的炉气温度设定值T3；
S4：将热电偶信号检测值T1与当前控制区的炉气温度设定值T3进行比较，
当T1≥T3时，进入步骤S5，
当T1＜T3时，进入步骤S6；
S5：关闭当前控制区的脉冲烧嘴；
S6：开启当前控制区的脉冲烧嘴。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
根据脉冲烧嘴数目将预热段上部、预热段下部各自划分成3个逻辑控制区；
将加热段上部、加热段下部各自划分成4个逻辑控制区；
将均热段上部划分1个逻辑区，将均热段下部划分左右对称的2个逻辑控制区，
所述虚拟段由此形成17个可控制区。
4.根据权利要求2所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S1中，所述的当前板坯所在控制区的热电偶信号检测值T1，通过炉气温度分布计算模型，对炉长和炉宽放行进行炉气温度周期性差分计算得出。
5.根据权利要求2所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S2中，所述的虚拟段段末目标温度根据板坯出钢记号、特殊质量号、入炉温度等级及加热炉炉号四个综合因素索引得出。
6.根据权利要求2所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的根据当前控制区目标温度T2、当前板坯温度、轧制节奏周期，计算出当前控制区的炉气温度设定值T3，依据以下函数关系确定：
η = T 2 - T E K ΔT F
其中：
ΔTF：炉温变更量(常数)(默认ΔTF＝50℃)，
η：影响系数，
TEK：根据标准炉温(或上一次的必要炉温)、轧制节奏和当前板坯温度计算的段预测出口温度；
ΔT F C = - ( T E K - T e x t ) η
其中：
ΔTFC：最适合的必要炉温变更量，
Text：变化ΔTF后的段目标出口计算温度，
T3＝T1+ΔTFC。
7.根据权利要求5所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
所述的入炉温度等级为4个等级，所述4个等级依次为0℃-300℃；300℃-500℃；500℃-700℃；700℃以上。
8.根据权利要求2或5所述的一种脉冲式加热炉冷热混装板坯的过程温度控制方法，其特征在于：
所述的当前控制区目标温度T2根据相邻虚拟段的段末目标温度及烧嘴的物理位置进行差分计算确定，具体为：
T 2 = T i - T i - 1 P i - P i - 1 ( P T - P i - 1 )
其中，
Ti：当前控制区所在虚拟段段末目标温度，
Ti-1：当前控制区所在虚拟段前一虚拟段段末目标温度，
Pi：当前控制区所在虚拟段长度方向段末物理坐标，
Pi-1：当前控制区所在虚拟段长度方向段初物理坐标，
PT：当前控制区长度方向物理坐标。
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