CN107151727A - 一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法，包括一套标准加热制度数据库，一套生产节奏采集器模块，一套钢坯温度跟踪器模块。其中标准加热制度数据库中存储有不同厚度不同钢种钢坯标准在炉时间Time0、炉内各加热段的炉温设定值Tf0（i）、炉内各加热段平均钢温Ts0(i)等数据。生产节奏采集器模块用于获取加热炉当前出钢时间间隔，可采用三种工作模式,分别为手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式；可以根据标准节奏的炉温制度计算出不同节奏下的炉温自动，大大降低了程序计算量，提高在线计算速度，也降低工艺工程师维护工作量。

Description

一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法
技术领域
本发明用于热轧加热炉炉温控制技术领域，尤其是加热炉炉温实时动态调整的方法和系统。
背景技术
加热炉作为轧钢厂中的重要热能设备，其功能主要把钢坯加热成温度均匀的热坯，且能满足高质量轧制要求。随着信息技术、计算机技术、网络技术的不断发展，轧钢工业自动化控制水平也相应地不断提高。
目前，由于市场竞争越来激烈，产品订单越来越呈小批量、变规格趋势，轧钢加热炉的加热钢坯规格钢种变化越来越频繁，轧制节奏也随之改变，并愈呈常态化趋势，传统的炉温控制技术已经逐渐难以适应轧制节奏变化和温度控制精度发展的要求。在实际生产中，主要依靠人工在工艺范围内进行手动调节，需要频繁查找工艺文件，工作劳动强度大，难以适应不同钢种和规格的加热工艺频繁切换需求，精度及灵活性差，加热质量受限于工人经验水平，无法实现计算机的自动设定。
目前，一些较为先进的计算机控制系统解决这种问题一般通过数值模拟和预测的方法来实现的，例如《热轧加热炉炉温动态设定控制方法》（专利申请号200510024805.0），利用钢坯加热数学模型对钢温进行预测，并目标钢温进行对比，并对偏差进行加权平均，作为炉温调整的依据。《一种确定钢坯加热炉炉温设定值的方法》（专利申请201310364670.7）通过数学模型预测各加热段钢坯在该段的出口温度，并与理论目标温度对比，将其偏差作为前馈PID回路的输入，以得到炉温修正值，并结合出炉钢温的反馈值修正各段炉温。上述两种方法一般适用于生产节奏较为稳定的工况，生产节奏一旦波动，钢温的调整速度无法跟上出钢速度，单独使用该技术无法满足工程需要。
发明内容
针对现有技术缺陷，本发明提供一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法和系统，实现计算机自动动态调整各段炉温设定值，最大程度满足单个钢坯的出炉温度和加热质量要求，降低加热炉能耗，提高技术管理和自动化控制水平。该方法能识别出钢节奏变化，并通过建立一种数学模型，在标准加热工艺基础上计算出当前节奏下的加热制度。该方法计算简单、维护方便，适合工程在线应用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法，包括一套标准加热制度数据库，一套生产节奏采集器模块，一套钢坯温度跟踪器模块。其中标准加热制度数据库中存储有不同厚度不同钢种钢坯标准在炉时间Time0、炉内各加热段的炉温设定值Tf0（i）、炉内各加热段平均钢温Ts0(i)等数据。生产节奏采集器模块用于获取加热炉当前出钢时间间隔，可采用三种工作模式,分别为手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式；
手动设定模式，由人工设定当前出钢时间间隔；
轧线远传模式，通过通讯网络远程获取轧线的轧钢时间间隔；
历史跟踪模式，通过跟踪最近一段时间内（一般取0.5~1小时）的加热炉出炉时间记录，对每相邻两块钢坯出钢时间间隔进行加权平均处理，预测下一块钢坯的出钢时间间隔，并将该数据作为当前出钢时间间隔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式可由人工根据生产实际情况自由选择和切换，钢坯温度跟踪器模块是一套钢坯加热过程数学模型，主要是通过数值模拟计算的方法，利用炉温热点偶测量数据和炉内钢坯位置分布数据，跟踪计算当前炉内各钢坯的实时温度，其中炉内钢坯位置分布可从加热炉基础自动化系统中获取，也可通过采集加热炉入炉、前进、出炉等动作信号和数据跟踪计算获取。
本发明的有益效果：
本发明可以根据标准节奏的炉温制度计算出不同节奏下的炉温自动，大大降低了程序计算量，提高在线计算速度，也降低工艺工程师维护工作量。本发明能够自动适应热轧生产线的生产节奏变化，实时动态调整加热炉炉温，并将加热炉与轧机的生产节奏进行联动和自动匹配，有效降低能耗，实现系统节能目的。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法，包括一套标准加热制度数据库，一套生产节奏采集器模块，一套钢坯温度跟踪器模块。其中标准加热制度数据库中存储有不同厚度不同钢种钢坯标准在炉时间Time0、炉内各加热段的炉温设定值Tf0（i）、炉内各加热段平均钢温Ts0(i)等数据。生产节奏采集器模块用于获取加热炉当前出钢时间间隔，可采用三种工作模式,分别为手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式；
手动设定模式，由人工设定当前出钢时间间隔；
轧线远传模式，通过通讯网络远程获取轧线的轧钢时间间隔；
历史跟踪模式，通过跟踪最近一段时间内（一般取0.5~1小时）的加热炉出炉时间记录，对每相邻两块钢坯出钢时间间隔进行加权平均处理，预测下一块钢坯的出钢时间间隔，并将该数据作为当前出钢时间间隔。
其中，所述的手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式可由人工根据生产实际情况自由选择和切换，钢坯温度跟踪器模块是一套钢坯加热过程数学模型，主要是通过数值模拟计算的方法，利用炉温热点偶测量数据和炉内钢坯位置分布数据，跟踪计算当前炉内各钢坯的实时温度，其中炉内钢坯位置分布可从加热炉基础自动化系统中获取，也可通过采集加热炉入炉、前进、出炉等动作信号和数据跟踪计算获取。
其中，一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法的工作流程如下：
（1）根据当前钢坯的钢种厚度信息，从数据库中查询出该钢种该厚度的各段标准炉温设定值，获取该钢种钢坯的各段标准炉温设定值Tf0(i)、标准在炉时间Time0和各段平均钢温Ts0(i)，并根据钢坯宽度W、布料间隙dW和加热炉长度L计算出标准出钢间隔dTao0。
dTao0＝Time0*(W+dW) / L
（2）调用生产节奏采集器，获取加热炉当前出钢时间间隔dTao。
（3）调用钢坯温度跟踪器，获取当前加热段内各钢坯温度的平均值Ts(i)
（4） 对比标准出钢间隔dTao0和当前预测的出钢时间间隔dTao，获取节奏系数K，K=dTao/ dTao0，并对节奏系数进行限幅，一般K限定在0.9~1.2间。
然后采用以下公式计算当前出钢节奏下的炉温设定值：
Tf(i)= (K *(Tf0(i)^4- Ts(i)^4)+Ts0(i)^4)^0.25
上式中，Tf0(i)，Ts(i)，Ts0(i)均为绝对温度，单位K。
根据当前钢坯的钢种厚度信息，从数据库中查询出该钢种该厚度的标准加热制度，获取该钢种钢坯的各段标准炉温设定值Tf0（i）、标准在炉时间Time0和各段平均钢温Ts0(i)，并根据钢坯宽度W、布料间隙dW和加热炉长度L计算出标准出钢间隔dTao0。
dTao0＝Time0*(W+dW) / L
（2）调用生产节奏采集器，获取加热炉当前出钢时间间隔dTao。
（3）调用钢坯温度跟踪器，获取当前加热段内各钢坯温度的平均值Ts(i)
（4） 对比标准出钢间隔dTao0和当前预测的出钢时间间隔dTao，获取节奏系数K，K=dTao/ dTao0，并对节奏系数进行限幅，一般K限定在0.9~1.2间。
然后采用以下公式计算当前出钢节奏下的炉温设定值：
Tf(i)= (K *(Tf0(i)^4- Ts(i)^4)+Ts0(i)^4)^0.25
上式中，Tf0（i），Ts(i)，Ts0(i)均为绝对温度，单位K。
以某钢卷厂步进加热炉为例，某钢坯钢种为Q235 ，厚度220mm，宽度1200mm，标准在炉时间180分钟，加热炉长度42m，布料间隙50mm。在不同生产节奏下（不同出钢时间间隔）的炉温设定值如下表：
加一段 加二段 加三段 均热段
平均钢温 613 870 1054 1180
标准节奏（5.5分钟/块）炉温设定 1003 1235 1285 1265
慢节奏（6.5分钟/块）炉温设定 966 1198 1258 1254
快节奏（5分钟/块）炉温设定 1044 1252 1300 1272
其中，本发明专利通过以下步骤完成设定过程：（1）获取当前钢坯钢种、厚度信息；（2）根据钢种、厚度数据从数据库中查询该钢坯的各段标准炉温设定值Tf0(i)、在炉时间、各位置平均钢温Ts0(i)等，计算标准出钢时间间隔dTao0；（3）通过手动设置、采集轧钢时间间隔、收集出钢历史记录等方法，获取加热炉当前出钢时间间隔dTao；（4）对比标准出钢时间间隔和当前出钢时间间隔，计算节奏系数K，利用基本公式Tf(i)= (K *(Tf0(i)^4- Ts(i)^4)+Ts0(i)^4)^0.25计算当前节奏下的炉温设定值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法，包括一套标准加热制度数据库，一套生产节奏采集器模块，一套钢坯温度跟踪器模块，其特征在于，其中标准加热制度数据库中存储有不同厚度不同钢种钢坯标准在炉时间Time0、炉内各加热段的炉温设定值Tf0（i）、炉内各加热段平均钢温Ts0(i)等数据，生产节奏采集器模块用于获取加热炉当前出钢时间间隔，可采用三种工作模式,分别为手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式；
手动设定模式，由人工设定当前出钢时间间隔；
轧线远传模式，通过通讯网络远程获取轧线的轧钢时间间隔；
历史跟踪模式，通过跟踪最近一段时间内（一般取0.5~1小时）的加热炉出炉时间记录，对每相邻两块钢坯出钢时间间隔进行加权平均处理，预测下一块钢坯的出钢时间间隔，并将该数据作为当前出钢时间间隔。
2.根据权利要求1所述的一种变生产节奏下的加热炉炉温设定方法，其特征在于，所述手动设定模式、轧线远传模式和历史跟踪模式可由人工根据生产实际情况自由选择和切换，钢坯温度跟踪器模块是一套钢坯加热过程数学模型，主要是通过数值模拟计算的方法，利用炉温热点偶测量数据和炉内钢坯位置分布数据，跟踪计算当前炉内各钢坯的实时温度，其中炉内钢坯位置分布可从加热炉基础自动化系统中获取，也可通过采集加热炉入炉、前进、出炉等动作信号和数据跟踪计算获取。
3.根据权利要求2所述，变节奏下的炉温设定计算方法采用以下公式计算：Tf(i)= (K*(Tf0(i)^4- Ts(i)^4)+Ts0(i)^4)^0.25，式中k为节奏系数，Tf0(i)为钢种钢坯的各段标准炉温设定值，Ts0(i)为炉内各加热段标准钢温平均值，Ts(i)为炉内各加热段实际钢温平均值。
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