CN110918655A - 一种精细化加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属加热优化控制方法领域，更具体地说，它涉及一种精细化加热控制方法，其技术方案要点是：通过现场管理系统获取正在加热的钢坯外形尺寸数据及化学成分参数；启动钢坯温度预测数学模型，所述钢坯温度预测数学模型包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型，对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；根据钢坯实时温度结合均热时间工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温，直至钢坯加热质量满足加热工艺要求。本发明具有实现精细控制钢坯加热工艺，最大限度的提高钢坯的加热质量和轧钢生产效率的优点。

Description

一种精细化加热控制方法

技术领域

本发明涉及金属加热优化控制方法领域，更具体地说，它涉及一种精细化加热控制方法。

背景技术

连续加热炉是热轧生产中的重要加热设备，随着轧钢生产工艺的精准化要求不断提高，对出炉钢坯加热质量和加热炉的优化控制水平也提出了更高的要求。加热炉L2级(智能化)燃烧优化模型控制系统是实现加热炉由L1级粗放型燃烧控制模式向精细化燃烧控制模式转变的有效手段，以解决操作人员凭经验烧钢所带来的各种质量和成本问题。

通过加热炉生产过程中的可测变量跟踪炉内钢坯的温度变化过程，并根据钢坯炉内运行速度，预判钢坯加热过程的变化趋势和结果，以及当前的最佳炉温参考，从而协助操作人员，尽可能使钢坯加热生产过程保持在良好工作状态，即在保证加热质量(主要指钢坯出炉温度、钢坯断面温度均匀性、钢坯达到目标钢温的均热时间)满足工艺目标要求的同时，尽量降低煤气消耗和减少钢坯氧化烧损。

正确的加热工艺、精益化加热操作技术可以保证轧钢生产顺利进行。当前的钢坯加热炉L1级加热控制方法主要采取设定某一固定的炉温制度，规定加热炉各段的加热温度范围，然后对钢坯在当前炉温下停留时间做规定的方式进行，但这种加热控制方法无法知晓钢坯本身的温度及断面温差情况是否满足轧钢工艺要求，仅凭加热工的操作经验、轧机开轧温度及轧制电流反馈情况来判断出炉钢坯是否满足轧钢工艺要求。

上述方案存在缺陷：加热工的操作经验这种带有主观因素的加热控制技术方式不稳定性极高，会直接影响轧钢生产，容易造成钢坯断面温度不均匀、过热或欠热等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种精细化加热控制方法，具有实现精细控制钢坯加热工艺，最大限度的提高钢坯的加热质量和轧钢生产效率的优点。

一种精细化加热控制方法，包括：

通过现场管理系统获取正在加热的钢坯外形尺寸数据及化学成分参数；

启动钢坯温度预测数学模型，所述钢坯温度预测数学模型包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型，

对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；

根据钢坯实时温度结合均热时间工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；

根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温，直至钢坯加热质量满足加热工艺要求。

在一个实施例中，所述启动钢坯温度预测数学模型之前，还包括：

依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据建立所述钢坯温度预测数学模型。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于所述钢坯内部导热模型计算钢坯内部的温度分布；

采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于炉膛辐射换热模型采用辐射网络图对炉膛内各节点表面辐射热流进行计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于钢坯的装炉温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算之前，还包括：

采用热电偶对炉气温度进行测量。

在一个实施例中，所述钢坯加热质量,包括:

钢坯加热温度、钢坯断面温度均匀性和钢坯达到目标温度后的均热时间。

在一个实施例中，所述均热时间为钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过钢坯温度预测数学模型，计算出钢坯实时的温度，结合标准的加工工艺时间数据，可以判断出当前的钢坯加热质量是否符合标准，根据计算出的钢坯实际温度调整加热温度，直至符合标准加工工艺，通过精细的温度加热控制方法，避免因为主观因素造成的钢坯加热质量不过关的现象，最大限度的提高钢坯的加热质量和轧钢生产效率。

附图说明

图1是本实施例的一种精细化加热控制方法的简略流程示意图；

图2是本实施例的一种精细化加热控制方法的具体流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

如图1和图2所示，一种精细化加热控制方法，包括：

步骤101:通过现场管理系统获取正在加热的钢坯外形尺寸数据及化学成分参数。

步骤102:启动钢坯温度预测数学模型，所述钢坯温度预测数学模型包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型。

步骤103:对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度。

步骤104:根据钢坯实时温度结合均热时间工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量。

步骤105:根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温，直至钢坯加热质量满足加热工艺要求。

钢坯温度预测数学模型根据钢坯的外形尺寸及成分组成，可以计算出钢坯的实时温度，用实时温度与标准工艺要求进行对比，得出当前钢坯加热制度和生产节奏下钢坯加热质量是否达标，如果不达标则可以根据实际清理进行调整直至钢坯加热质量达标为止。

在一个实施例中，启动钢坯温度预测数学模型之前，还包括：

依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据建立所述钢坯温度预测数学模型。

数学模型结合加热炉的结构建立，可以提高数学模型计算的精确度。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于所述钢坯内部导热模型计算钢坯内部的温度分布；

采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算。

将钢坯划分多个大小相同的网格部分，利用钢坯内部导热模型进行有限元分析，模拟计算得出钢坯内部各点的温度。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于炉膛辐射换热模型采用辐射网络图对炉膛内各节点表面辐射热流进行计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶。

通过辐射网络图可以计算出炉内的温度，结合钢坯内部导热模型可以提高测出的温度的准确性。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于钢坯的装炉温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算。

钢坯温度预测数学模型以钢坯装炉温度为初始温度，再结合时间、炉内位置以及炉气的温度等因素，最终计算得出钢坯的实时温度。

在一个实施例中，所述对钢坯温度进行实时计算之前，还包括：

采用热电偶对炉气温度进行测量。

热电偶的结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小，适用于没20s检测一次的周期。

在一个实施例中，钢坯加热质量主要包括钢坯加热温度、钢坯断面温度均匀性和钢坯达到目标温度后的均热时间。

通过钢坯断面温度均匀性和钢坯达到目标温度后的均热时间可以反映出整个钢坯的温度是否稳定一致，作为判断钢坯加热质量的标注。

在一个实施例中，均热时间为钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。

钢坯断面达到温度要求后在加热炉内的停留一段时间进行保温。

以在采用L2级燃烧优化模型前后的某一低合金钢加热工艺的调整优化情况为例进行说明。

L1级燃烧控制模式下的某一低合金钢加热工艺制度见表1；采用L2级燃烧优化模型后的某一低合金钢加热工艺制度见表2；表2中的“均热时间”是指钢坯达到目标出炉钢温且断面温差小于20℃后的在炉时间；某一低合金钢加热质量的分级评价规则见表3，表3中所述“过热”不是指钢坯几种典型“加热缺陷”中所定义的“过热”，而是表3中备注的含义。

以在采用L2级燃烧优化模型前后的某一合金工模具钢加热工艺的调整优化情况做个为例进行说明。

L1级燃烧控制模式下的某一合金工模具钢加热工艺制度见表4；采用L2级燃烧优化模型后的某一合金工模具钢加热工艺制度见表5；表6中的“均热时间”是指钢坯达到目标出炉钢温且断面温差小于20℃后的在炉时间；某一合金工模具钢加热质量的分级评价规则见表6。

通过对待出炉钢坯加热质量的分级评价实现对钢坯加热工艺的精细控制，通过实施前后的数据统计对比，表3和表6中所述的达到加热质量1级评级的出炉钢坯的占比由实施前的35.7％提升到实施后的41.6％，合计获评加热质量1级和2级的出炉钢坯的占比由实施前的85.5％提升到实施后的95.3％，提高了钢坯的加热质量；同时在L2级优化燃烧控制模式下优化了加热工艺，缩短了很多钢种的加热工艺时间，使轧线待加热时限停机时间减少了15.3％，因此提高了轧钢的作业率。

表格1

表格2

表格3

表格4

表格5

表格6

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种精细化加热控制方法，其特征在于，包括：

通过现场管理系统获取正在加热的钢坯外形尺寸数据及化学成分参数；

启动钢坯温度预测数学模型，所述钢坯温度预测数学模型包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型，

对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；

根据钢坯实时温度结合均热时间工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；

根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温，直至钢坯加热质量满足加热工艺要求。

2.根据权利要求1所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述启动钢坯温度预测数学模型之前，还包括：

依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据建立所述钢坯温度预测数学模型。

3.根据权利要求1所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于所述钢坯内部导热模型计算钢坯内部的温度分布；

采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算。

4.根据权利要求1所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于炉膛辐射换热模型采用辐射网络图对炉膛内各节点表面辐射热流进行计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶。

5.根据权利要求1所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述对钢坯温度进行实时计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度，包括：

基于钢坯的装炉温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算。

6.根据权利要求5所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述对钢坯温度进行实时计算之前，还包括：

采用热电偶对炉气温度进行测量。

7.根据权利要求1所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述钢坯加热质量,包括:

钢坯加热温度、钢坯断面温度均匀性和钢坯达到目标温度后的均热时间。

8.根据权利要求7所述的一种精细化加热控制方法，其特征在于，所述均热时间为钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。

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