CN108034804A - 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统 - Google Patents

一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108034804A
CN108034804A CN201711295767.1A CN201711295767A CN108034804A CN 108034804 A CN108034804 A CN 108034804A CN 201711295767 A CN201711295767 A CN 201711295767A CN 108034804 A CN108034804 A CN 108034804A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
mrow
furnace
expenditure
strip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711295767.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108034804B (zh
Inventor
杨杰
胡琦
肖亭
许昊
李志健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
Original Assignee
China University of Geosciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences filed Critical China University of Geosciences
Priority to CN201711295767.1A priority Critical patent/CN108034804B/zh
Publication of CN108034804A publication Critical patent/CN108034804A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108034804B publication Critical patent/CN108034804B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统，连续退火产线中的能量消耗主要以热消耗为主，在本发明中，主要针对连续退火产线炉区中预热、加热及均热段的能量走向进行建模，建立能量输入与输出平衡模型。利用了能量流的理论方法并结合热力学知识，先分析退火炉的热传递过程以及能量的流向，求解能量输入、输出与各工艺参数之间存在的内在联系，建立了能量消耗与各工艺参数之间的平衡方程。采用完善的建模方法考虑能耗与带钢各工艺参数与加工参数之间存在的关系，意义明显、合理、简单而准确，解决了连续退火产线退火炉的能耗计算问题，能够有效的为后续研究能量效率优化研究提供基础，也可进行加工能耗评估与预测。

Description

一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统
技术领域
本发明属于连退机组的能耗优化领域，涉及到一种连退产线炉区的能耗建模方法及系 统。
背景技术
我国钢铁业是能源消耗大户，能源消耗率远高于其他国家。根据统计，在工序能耗中 轧制工艺能耗更是落后于国际先进水平，同时钢铁工业作为我国能耗大户，而能源利用率 却不到56％。因此，对连退机组能要的研究优化，具有重要的意义。
建立连续退火产线退火炉的能量收支模型，不仅可以用于描述和评估连退机组的能源 使用情况，还可以知道后续的能量利用率的优化研究。在当前的能效评估的研究中，在连 续退火产线的研究中比较少，而“能量流(Energy Flow)”已经成为一种评估制造业能效的 有效方法，并且在机床领域的研究已经达到了比较成熟的层次，黄拯滔提出的一种基于能 量守恒原理的数控车削能耗模型的精度已经达到99％以上(HUANG Zhengtao,ZHANGChaoyong,LUO Min.An Assessment Model of Energy Consumption for NC TurningProcess Based on Principle of Conservation of Energy[J].Chinese MechanicalEngineer,2015,18 (26):2419-2421)。连续退火工艺作为一种以热消耗为主的工艺过程，与机床的能耗构成完 全不同，将机床的能量流模型整合、移植运用到退火炉炉区的多个能耗的分析中，对连续 退火工艺的能耗进行计算、优化控制都具有实际的意义和广阔的应用前景。
目前钢铁冶金的能耗模型的分析研究一般都集中在炼钢以及连铸等工序。黄文燕和罗 飞，赵业清(Zhao Yeqing.Research on Energy Flow Network Model in Iron andSteel Enterprises Based on Hybird Petri Net[J].Metallurgical IndustryAutomation,2014,38(5):27-28)应用能量流 和物质流的方法对钢铁行业从原料到热轧的过程进行了分析。朱里红和王俊飞(Zhu Lihong, Wang Junfei,Zhang Feng.Developmentof Energy Monitoring System Reheating Furnace in Hot Rolling Process[J].Engineering Control Computer,2011,24(5):72-72)提出了一种在热轧过程的 能耗监测加热炉实时能耗的系统。李姗姗(Li Shanshan.Research on Energy EfficiencyAssessment Method of Iron and Steel Production Process Based on ExergyAnalysis[D].Jinan: Shandong University,2013)提出了一种基于分析的能耗分析方法，主要针对钢铁生产的炼 钢工序。而关于连续退火工艺能耗的研究比较少，尤其是涉及了加工过程中的多参数的能 耗模型研究未见相关文献报道。
连续退火工艺作为钢铁生产的高能耗工序，节能潜力巨大。由于产线机组包含工艺参 数与钢种参数众多，生产过程复杂，因此关于连退产线能耗的研究比较少，少部分研究都 是针对保温方式和废热回收上，没有针对工艺参数的研究，建模方法不够完善，计算分析 不够准确，因此缺少一个工艺参数与能耗之间的能量模型能对后续研究提供理论基础。
发明内容
针对现有技术模型不能考虑全面，分析计算能效损耗不够准确的缺陷，本发明提供了 一种连退机组退火炉能耗建模方法和系统，用于评估和预测机组的能效，解决缺少冷轧机 组能耗模型的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种连退机组退火炉能耗建模方法，包括如下步 骤：
S1、获取训练数据，获取的训练数据包括如下各个类别下的数据：连续退火工艺过程 中，退火炉区中热收入与带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数、有效热支出；
S2、利用所述训练数据进行训练，建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带 宽、带厚和工艺参数中各个类别与有效热支出之间的模型。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，步骤S1中所述热收入是根据如下步骤 得到：
获取步骤S1热收入类别下数据中各个管道的通气量qn；
根据公式计算出热收入Q燃；
式中，α为空气过剩系数且为预设值，Qd为燃烧气体热值且为预设值，n为通气管道数量。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，退火炉的有效热支出即第一热支出Q1 为退火产线带钢加热带走能量，是根据如下步骤得到：
获取步骤S1有效热支出类别下数据中带钢出加热炉的温度T1、环境温度T0；
根据公式计算出 钢的热容CG；
获取带钢带速ν、带宽l、带厚d、密度ρ；
根据公式计算出退火炉的第一热支出Q1。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，步骤S1中获取的训练数据还包括退火 炉的第二热支出Q2，步骤S2中具体为：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与有效热支出、第二热支出Q2之间的模型；第二热支 出Q2为退火产线废气最终散失的能量，是根据如下步骤得到：
获取步骤S2中第二热支出Q2中废气温度T3、环境温度T0、单位理论空气消耗量L0；
根据公式计算出退火炉的第 二热支出Q2；
式中，Cf为废气热容且为设定值。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，退火炉的第三热支出Q3为退火产线 墙壁通过热对流与热辐射散失掉的能量，是根据如下步骤得到的：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与 第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3之间的模型；
获取步骤S2中第三热支出Q3中对象的内表面积An、对应对象的外表面积Aw、预热炉内温度T41、炉墙各层材料厚度δk、加热段炉温T42、带钢入口温度T0、带钢出口温度T5、 钢出口温度和带钢入口温度的平均值T；
根据公式
式中：计算出退火炉的第三热支出Q3；
式中：
j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；
i：1、2、3、4分别对应炉墙、炉顶、炉底及炉门；
αn：炉墙内表面传热系数、αw：炉墙外表面传热系数、λk：炉墙各层材料的热导率、F：计算单元辐射系数。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，退火炉的第四热支出Q4为退火产线 加热保护气体所损失的能量，是根据如下步骤得到的：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与 第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3、第四热支出Q4之间的模型；
获取步骤S2中第四热支出Q4中对应炉区保护气通入量qb、保护气体出退火炉的温度 T5、保护气体进退火炉的温度T0；
根据公式计算出退火炉的第四热支出Q4；
式子中，j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；
Cb：保护气体热容且为设定值。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，退火炉的第五热支出Q5为退火产线 预热助燃气空气所损失的能量，是根据如下步骤得到：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与 第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3、第四热支出Q4、第五热支出Q5之间的 模型；
获取步骤S2中第五热支出Q5中单位理论空气消耗量L0、进入烧嘴时空气预热温度T6、环境温度T0；
根据公式Q5＝q总LOCk(T6-T0)计算出退火炉的第五热支出Q5；
式中，Ck为空气的热容且为设定值。
在本发明的一种连退机组炉区能耗建模方法中，根据能量流的流向可得到一种连退机 组炉区能耗建模方法：
通过公式Q燃＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5代入转换可得：
优选地，在本发明的连退机组炉区能耗建模方法中，还包括：
利用步骤S2建立的模型，通过如下步骤获得有用热支出的预测结果能量热效率η；
获取Q燃的实际数据；
根据模型计算有效热支出即第一热支出Q1；
根据公式计算能量热效率η。
数据获取模块，用于获取训练数据，获取的训练数据包括如下各个类别下的数据：连 续退火工艺过程中，退火炉区中煤气通气量与带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数；
模型建立模型，用于利用所述训练数据进行训练，建立包括所述热收入以及带钢钢种、 带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与热支出之间的模型。
本发明采用了完善的建模方法考虑能耗与带钢各工艺参数与加工参数之间存在的关 系，意义明显、合理、简单而准确，解决了连续退火产线退火炉的能耗计算问题，能够有 效的为后续研究能量效率优化研究提供基础，也可进行加工能耗评估与预测。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明的加热炉传热过程简图；
图2为本发明的能量流走向图；
图3为本发明的耗建模方法示意图。
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，以下结合附图及实例，对本发 明进行进一步详细说明。
为实现上述目的，该建模方法针对某冷轧厂连续退火产线中的预热、加热和均热炉等 高能耗设备作为能耗研究对象，对炉区建立能耗热收入与热支出与对应工艺参数的能耗模 型，建立热平衡计算公式如下：
(1)、燃料化学热Q燃：
燃料化学热是指单位时间燃料燃烧所释放出来的全部化学热。该钢厂的燃料燃烧主要 集中在加热段与均热段，总共有14组通道组成，获取通道总数以及各个通道的燃气流量， 加热段主要讲带钢从常温加热到退火所需温度，因此占用12道煤气通道，而均热段主要 是维持带钢温度不变，因此所需燃料不多，仅需2道煤气管道就足够，燃烧过程释放出来的能量与单位时间内通气流量有关，关系如下式所示：
式中Q燃：单位时间内总的供热量，MJ/min；
α：空气过剩系数；
Qd：燃烧气体热值，KJ/Nm3；
qn：第n个管道燃气流量m3/min。
2、热支出
(1)带钢带走的热量
计算带钢的温升时，把带钢密度ρ看做常数，定比压热容Cp(τ)是变量。无论是常规对流换热、冲击射流对流换热还是辐射换热，计算带钢温升时，都可使用带钢传导传热计算模型。由于带钢的加热温度幅度很大，最大温度幅度从室温15℃上升至退火所需温度，定比压热容，Cp(τ)的变化值最大可达150～200J/(kg.℃)，因此不能将带钢的定比压热容作为常量带入计算。根绝已知在绝对温度τ＝100K～1500K范围内，带钢定比热容有：
CG(τ)＝1.34×10-11τ5-3.7×10-8τ4+4.007×10-5τ3-0.02101τ2+5.672τ-179.6 获取带钢出加热炉的温度T1、环境温度T0、带钢带速ν、带宽l、带厚d、密度ρ，则带钢 带走热量如下：
式中Q1：带钢带走热量，MJ/min；
W：机组标准生产率，t/min；
CG：钢的热容，MJ/(t·K)；
T1：带钢出加热炉的温度，K；
T0：环境温度，K。
ν：带速，m/min，
l：带宽，mm；
d：带厚，mm；
ρ：密度：t/m3；
τ：随加热而变化的温度，K；
(2)废气带走热量Q2
在热处理过程中，很多热量都是通过废气带走散失浪费掉，此处计算的是辐射管燃烧 结束，通过热交换器后废气所带走的余热。获取废气温度T3和环境温度T0，单位理论空气 消耗量L0，其能量模型如下所示：
式中：Q2：废气带走热量，MJ/min；
Cf：废气热容(标态)，MJ/(m3·K)；
T3：废气温度，K；
T0：环境温度，K。
(3)炉壁表面散热量Q3：
退火段炉壁的能量散失由墙壁的热辐射与对流换热组成，在连续退火过程中，是一个 稳态过程，其热散失还与炉温、炉壁材料等因素密切相关，在计算炉壁的热散失过程中， 通过热力学知识，计算带钢的热平衡方程计算炉温，获取对应对象的内表面积An、对应对 象的外表面积Aw、预热炉内温度T41、炉墙各层材料厚度δk、加热段炉温T42、带钢入口温度T0、带钢出口温度T5、钢出口温度和带钢入口温度的平均值T，然后计算炉壁材料热散 失过程得到最终的炉壁表面散热量Q3：
式中：Q3：炉壁表面积热损失；
j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；
i：1、2、3、4分别对应炉墙、炉顶、炉底及炉门；
An：对应对象的内表面积，m2；
Aw：对应对象的外表面积，m2；
T4：炉内温度，K；
αn：炉墙内表面传热系数，W/(m2·K)；T4≤823K时，αn≈9.3+0.058T1；T4＞ 823K时，1/αn可忽略不计。
αw：炉墙外表面传热系数，W/(m2·K)；
δk：炉墙各层材料厚度，m；
λk：炉墙各层材料的热导率，W/(m2·K)；
T42：加热段炉温，℃；
T0：为带钢入口温度，K；
T5：为带钢出口温度，K；
T：为带钢出口温度和带钢入口温度的平均值，℃；
F：为计算单元辐射系数；
(4)、保护气体带走的热量Q4
在退火产线，带钢在加热过程中，不可能完全封闭加热炉，这就会导致在炉内不可避 免的带入一定空气，并使得带钢被氧化，而保护气体的成分为95％的N2+5％H2，用于保护带钢被氧化，同时对于已经氧化部分，可以被保护气体中还原性气体H2还原，保证加工 的质量，而保护气体在加热炉中也会被加热而带走一部分能量，三个炉区保护气体温度， 出了加热和均热去温度接近，而预热段的温度则相对较低。在加热过程中，保护气体带走 的热量如下公式所示：
式中，Q4：保护气体带走热量，MJ/min；
qb：对应炉区保护气通入量(标态)，m3/min；
Cb：保护气体热容(标态)，MJ/(m3·K)；
T5：保护气体出退火炉的温度，K；
T0：保护气体进退火炉的温度，K；
(5)预热空气带走了的物理热Q5：
空气作为助燃气体参与到加热过程中，获取单位理论空气消耗量L0、进入烧嘴时空气 预热温度T6、环境温度T0，在保证加热效率的前提下，通过预热空气能提高能量利用效率，在连退产线，空气一般会被预热到450℃，然后在进入辐射管进行助燃，其预热带入 能量如下式所示：
Q5＝q总LOCk(T6-T0)
式中：Q5：单位时间内预热空气所需热量；
L0：单位理论空气消耗量，m3/m3；
Ck：空气的的热容，MJ/(m3·K)；
T6：进入烧嘴时空气预热温度，K；
T0：环境温度，K。
结合上述公式，可得预热气体带入物理热公式如下：
3、连续退火炉炉区热平衡计算
连续退火炉炉区的热平衡计算过程中，忽略了一些能量占比比较少的部分能耗或者是 仅限于前期加热炉区需要，后期不需要，如金属氧化热、辅助工件与炉墙蓄热、逸出气体 损失热以及化学不完全燃烧热损失，本研究主要针对的是能量消耗比较大的区域，结合前 面计算公式，连续式退火炉炉区热平衡方程为：
Q燃＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5
通过该模型可以计算出退火炉的能耗效率。
本发明所建立的能耗模型可用于对每个品种的带钢加工时所需的能耗进行预测，也能 为后续的能效优化研究提供基础。以能耗预测为例，退火炉工艺能耗都与带钢的工艺参数 存在一种映射的关系，所建立的能耗模型实际上就是关于工艺参数的方程，方程的自变量 为带钢自身的参数，因变量为通气量的值。模型可通过将产品的参数代入到方程，对加工 所需的能耗进行预测和评估。方程建模具体流程如下：
1、在资料和文献的查阅下，确定加热炉的传热过程，如图1与图3所示分别为能量传 热形式能量的组成与能量流动形式。然后分析其能量流平衡方程。
2、在上一步基础上，接下来分析热收入情况，在加热炉中，采用燃气加热，在该钢厂的退火炉中，采用的混合煤气，组成为25％焦炉煤气+75％混合煤气，热值为Qd＝7530±418kJ/Nm3，其流量q总是根据不同钢种和对应工艺参数决定的，根据《工业炉设计简明手册》，焦炉煤气单位理论空气消耗量L0为：
焦炉煤气废气消耗总量Vf为：
式中Qd：燃烧气体热值，KJ/Nm3；
3、进一步，确定带钢的能耗损失，带钢的定比压热容在退火温度的变化范围内，其值变化很大，在现有资料计算中，基本都是将其看做定制，在本发明中，将带钢定压比热 容看成一个变量进行计算，保证了模型的可靠性。同时通过查阅资料，确定了不同工种对 应的退火温度，如下表1所示。
表1连续退火钢种退火最终温度
4、在前面基础上，考虑最终烟气与保护气体带走热损失，可以通过热力学方程进行 计算，其中废气能量模型中，热容0.0015MJ/(m3·K)，最终离开热交换器温度为150℃。保护气体中，预热区最终加热温度为428℃，加热与均热去保护气体温度与炉温相等。
5、墙体的热损失主要是通过墙壁与外界大气的热辐射和对流实现，在本设计中，综 合考虑两个部分的内容，将炉壁材料作为主要计算参数进行建模，其中除了预热炉温度是 固定，为480℃，加热与均热炉的温度都通过带钢热平衡控制方程计算，如下式所示：
σoFS(T42 4-T4)＝νdlρCG(T5-T0)
最终得到炉子温度如下式所以：
炉子的材料参数则如下表2所示：
表2炉子规格
6、在前面的基础上，根据热收入与热支出相等，通过图3所示步骤构建能量等式方程，通过相关转换，得到最终能耗模型。
7、在上述参数整理完后，可以进一步查表确定相关系数，然后将以后连退产线的钢 种参数带入模型，验证模型的可靠性。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施 方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在 本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出若干改 进和变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取训练数据，获取的训练数据包括如下各个类别下的数据：连续退火工艺过程中，退火炉区中热收入与带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数、有效热支出；
S2、利用所述训练数据进行训练，建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与有效热支出之间的模型。
2.根据权利要求1所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，步骤S1中所述热收入是根据如下步骤得到：
获取步骤S1热收入类别下数据中各个管道的通气量qn；
根据公式计算出热收入Q燃；
式中，α为空气过剩系数且为预设值，Qd为燃烧气体热值且为预设值，n为通气管道数量。
3.如权利要求2所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，退火炉的有效热支出即第一热支出Q1为退火产线带钢加热带走能量，是根据如下步骤得到：
获取步骤S1有效热支出类别下数据中带钢出加热炉的温度T1、环境温度T0；
根据公式计算出钢的热容CG；
获取带钢带速ν、带宽l、带厚d、密度ρ；
根据公式计算出退火炉的第一热支出Q1。
4.如权利要求3所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，步骤S1中获取的训练数据还包括退火炉的第二热支出Q2，步骤S2中具体为：建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2之间的模型；退火炉的第二热支出Q2为退火产线废气最终散失的能量，是根据如下步骤得到：
获取步骤S2中第二热支出Q2中废气温度T3、环境温度T0、单位理论空气消耗量L0；
根据公式计算出退火炉的第二热支出Q2；
式中，Cf为废气热容且为设定值。
5.如权利要求4所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，退火炉的第三热支出Q3为退火产线墙壁通过热对流与热辐射散失掉的能量，是根据如下步骤得到的：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3之间的模型；
获取步骤S2中第三热支出Q3中对象的内表面积An、对应对象的外表面积Aw、预热炉内温度T41、炉墙各层材料厚度δk、加热段炉温T42、带钢入口温度T0、带钢出口温度T5、钢出口温度和带钢入口温度的平均值T；
根据公式
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>3.6</mn> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>4</mn> </munderover> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </msqrt> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mn>4</mn> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mfrac> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中：计算出退火炉的第三热支出Q3；
式中：
j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；
i：1、2、3、4分别对应炉墙、炉顶、炉底及炉门；
αn：炉墙内表面传热系数、αw：炉墙外表面传热系数、λk：炉墙各层材料的热导率、F：计算单元辐射系数。
6.如权利要求5所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，退火炉的第四热支出Q4为退火产线加热保护气体所损失的能量，是根据如下步骤得到的：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3、第四热支出Q4之间的模型；
获取步骤S2中第四热支出Q4中对应炉区保护气通入量qb、保护气体出退火炉的温度T5、保护气体进退火炉的温度T0；
根据公式计算出退火炉的第四热支出Q4；
式子中，j：1、2、3分别对应预热炉、加热炉、均热炉；
Cb：保护气体热容且为设定值。
7.如权利要求6所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，退火炉的第五热支出Q5为退火产线预热助燃气空气所损失的能量，是根据如下步骤得到：
建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与第一热支出Q1、第二热支出Q2、第三热支出Q3、第四热支出Q4、第五热支出Q5之间的模型；
获取步骤S2中第五热支出Q5中单位理论空气消耗量L0、进入烧嘴时空气预热温度T6、环境温度T0；
根据公式Q5＝q总LOCk(T6-T0)计算出退火炉的第五热支出Q5；
式中，Ck为空气的热容且为设定值。
8.如权利要求7所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，根据能量流的流向可得到一种连退机组炉区能耗建模方法：
通过公式Q燃＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5代入转换可得：
9.根据权利要求1所述的连退机组炉区能耗建模方法，其特征在于，还包括：
利用步骤S2建立的模型，通过如下步骤获得有用热支出的预测结果能量热效率η；
获取Q燃的实际数据；
根据模型计算有效热支出即第一热支出Q1；
根据公式计算能量热效率η。
10.一种连退机组炉区能耗建模系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取训练数据，获取的训练数据包括如下各个类别下的数据：连续退火工艺过程中，退火炉区中热收入与带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数、有效热支出；
模型建立模块，用于利用所述训练数据进行训练，建立包括所述热收入以及带钢钢种、带钢带速、带宽、带厚和工艺参数中各个类别与有效热支出之间的模型。
CN201711295767.1A 2017-12-08 2017-12-08 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统 Expired - Fee Related CN108034804B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711295767.1A CN108034804B (zh) 2017-12-08 2017-12-08 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711295767.1A CN108034804B (zh) 2017-12-08 2017-12-08 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108034804A true CN108034804A (zh) 2018-05-15
CN108034804B CN108034804B (zh) 2019-04-23

Family

ID=62101546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711295767.1A Expired - Fee Related CN108034804B (zh) 2017-12-08 2017-12-08 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108034804B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109055711A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 中国地质大学（武汉） 一种连退机组炉区吨钢能耗的获取方法
CN109472063A (zh) * 2018-10-19 2019-03-15 中国地质大学（武汉） 一种热镀锌机组能量效率模型的建模方法
CN110438318A (zh) * 2019-07-22 2019-11-12 中南大学 一种大型立式淬火炉低能耗最速升温控制方法及系统
CN111154965A (zh) * 2020-01-06 2020-05-15 宝钢湛江钢铁有限公司 一种适用于连续退火机组快冷段带钢温度的计算方法
CN112462699A (zh) * 2020-11-02 2021-03-09 湖南华菱涟源钢铁有限公司 热轧生产电耗管理系统及方法
CN114574686A (zh) * 2022-02-25 2022-06-03 北京科技大学 一种连退炉冷却段能效在线监测与诊断方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1149082A (zh) * 1996-08-27 1997-05-07 宝山钢铁(集团)公司 连续退火炉在线控制方法
JPH10102152A (ja) * 1996-09-26 1998-04-21 Kawasaki Steel Corp 連続焼鈍炉の炉温自動設定方法及び装置
CN101334660A (zh) * 2008-06-30 2008-12-31 东北大学 一种冷轧连续退火机组钢卷优化排序方法及其系统
CN101748269A (zh) * 2008-11-28 2010-06-23 上海宝钢工业检测公司 连退生产线中央工艺段全流程数据的关联和整合方法
CN101899563A (zh) * 2009-06-01 2010-12-01 上海宝钢工业检测公司 基于pca模型的连续退火机组炉内温度、张力监测及故障追溯方法
CN104517162A (zh) * 2014-12-30 2015-04-15 东北大学 一种连续退火产品硬度在线集成学习预报方法
CN104714519A (zh) * 2014-12-30 2015-06-17 东北大学 一种连续退火机组生产过程工艺参数设定与在线优化方法
CN104962727A (zh) * 2015-07-29 2015-10-07 上海宝钢节能环保技术有限公司 一种连续退火炉加热段炉温控制系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1149082A (zh) * 1996-08-27 1997-05-07 宝山钢铁(集团)公司 连续退火炉在线控制方法
JPH10102152A (ja) * 1996-09-26 1998-04-21 Kawasaki Steel Corp 連続焼鈍炉の炉温自動設定方法及び装置
CN101334660A (zh) * 2008-06-30 2008-12-31 东北大学 一种冷轧连续退火机组钢卷优化排序方法及其系统
CN101748269A (zh) * 2008-11-28 2010-06-23 上海宝钢工业检测公司 连退生产线中央工艺段全流程数据的关联和整合方法
CN101899563A (zh) * 2009-06-01 2010-12-01 上海宝钢工业检测公司 基于pca模型的连续退火机组炉内温度、张力监测及故障追溯方法
CN104517162A (zh) * 2014-12-30 2015-04-15 东北大学 一种连续退火产品硬度在线集成学习预报方法
CN104714519A (zh) * 2014-12-30 2015-06-17 东北大学 一种连续退火机组生产过程工艺参数设定与在线优化方法
CN104962727A (zh) * 2015-07-29 2015-10-07 上海宝钢节能环保技术有限公司 一种连续退火炉加热段炉温控制系统及方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109055711A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 中国地质大学（武汉） 一种连退机组炉区吨钢能耗的获取方法
CN109472063A (zh) * 2018-10-19 2019-03-15 中国地质大学（武汉） 一种热镀锌机组能量效率模型的建模方法
CN109472063B (zh) * 2018-10-19 2023-06-30 中国地质大学（武汉） 一种热镀锌机组能量效率模型的建模方法
CN110438318A (zh) * 2019-07-22 2019-11-12 中南大学 一种大型立式淬火炉低能耗最速升温控制方法及系统
CN111154965A (zh) * 2020-01-06 2020-05-15 宝钢湛江钢铁有限公司 一种适用于连续退火机组快冷段带钢温度的计算方法
CN112462699A (zh) * 2020-11-02 2021-03-09 湖南华菱涟源钢铁有限公司 热轧生产电耗管理系统及方法
CN114574686A (zh) * 2022-02-25 2022-06-03 北京科技大学 一种连退炉冷却段能效在线监测与诊断方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108034804B (zh) 2019-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108034804B (zh) 一种连退机组炉区能耗建模的方法及系统
CN101561224B (zh) 一种控制大型步进梁式板坯加热炉燃烧气氛的方法
CN101509812B (zh) 一种冶金加热炉炉内钢坯温度分布检测的软测量方法
EP1995333B1 (de) Metallwärmebehandlungsverfahren und -vorrichtungen
Chakravarty et al. Increase in energy efficiency of a steel billet reheating furnace by heat balance study and process improvement
CN103243190B (zh) 一种预测热风炉煤气消耗量的方法
Kilinç et al. An energy efficiency analysis of an industrial reheating furnace and an implementation of efficiency enhancements methods
CN104316559A (zh) 一种能准确反映轧钢加热炉动态热平衡的测试方法
CN103471393B (zh) 一种高炉煤气双预热点火炉温度控制方法及装置
CN102010974A (zh) 钢球生产用的加热炉与回火炉的配合结构
CN109187889A (zh) 用于获取大型步进梁式加热炉炉内气氛的试验方法
CN102021312B (zh) 基于热平衡的热轧加热炉能源调度方法
CN109055711A (zh) 一种连退机组炉区吨钢能耗的获取方法
CN201071380Y (zh) 一种立式分段热处理工业炉
Caglayan et al. Investigation of the energy recovery in the burners of the ceramic factory kiln
CN108038319A (zh) 一种镀锌机组能量流能耗优化建模的方法及系统
CN101638717B (zh) 热轧加热炉主从控制比例系数的确定方法
Lu et al. A novelty data mining approach for multi-influence factors on billet gas consumption in reheating furnace
CN106843324A (zh) 一种用于合金钢锻造的控温装置
Rong et al. Performance evaluation of a walking beam type reheating furnace based on energy and exergy analysis
Diop et al. Billets heat treatment using flue gas for energy efficiency and batching cycle time reduction
CN110763011A (zh) 一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法
Guo et al. Fuzzy control expert system of hot blast stove based on simulation and thermal balance
Diop et al. Aluminum Billets Heat Treatment Using Hot Flue Gas in Batch Homogenizing Preheating Furnace for Energy Efficiency and Cycle Time Reduction in Cast House
CN209458977U (zh) 一种室式炉富氧燃烧系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190423

Termination date: 20211208

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee