CN111286598B - 一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统，应用于退火炉的温度控制装置，退火炉包括预热段、加热段、换热器及提供循环气体在换热器冷端循环动力的风机，温度控制装置通过控制风机的转速，方法包括：获取退火炉预热段的循环气体的第一温度及第二温度，第一温度为循环气体经过换热器换热前的温度，第二温度为经过换热后的温度；基于第一温度、第二温度及换热模型，获得循环气体的最大理论流量，换热模型用于表征最大热负荷、换热前后温度差及最大理论流量之间的关系；获得最大理论流量对应的第一目标风机转速；控制风机输出第一目标风机转速，避免由于风机转速设定过低，造成热利用率低，或是风机转速过高，超出最大余热回收量。

Description

一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及冷连退火的技术领域，尤其涉及一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统。

背景技术

目前，立式退火炉除预热段带钢温度控制方式均为手动控制，其余各区域带钢温度均可实现系统自动调节。操作人员需要通过手动调整预热段的风机的转速，来间接控制预热段温度，预热段温度控制多少合适，缺乏相应的设定机理。

上述手动调节风机转速的方式，往往导致在退火炉功率升高时，由于预热段风机转速偏低导致的能源浪费，带钢入炉跑偏等问题，在功率较低时由于风机转速过大造成风机负载异常升高，带钢瓢曲等风险。

发明内容

本申请实施例通过提供一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统，解决了现有技术中手动调节风机转速的方式，往往导致在退火炉功率升高时，由于预热段风机转速偏低导致的能源浪费，带钢入炉跑偏等问题，在功率较低时由于风机转速过大造成风机负载异常升高，带钢瓢曲等问题。

第一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种退火炉预热段温度的控制方法，应用于退火炉温度控制装置中，所述退火炉包括：预热段、加热段、设置在所述预热段和所述加热段之间的换热器及所述风机，所述温度控制装置通过控制所述风机的转速以控制所述退火炉预热段的温度，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力，所述方法包括：获取所述预热段的循环气体的第一温度及第二温度，所述第一温度为所述循环气体经过所述换热器换热前的温度，所述第二温度为所述循环气体经过所述换热器换热后的温度；基于所述第一温度、所述第二温度及换热模型，获得所述循环气体的最大理论流量，所述换热模型用于表征所述换热器的最大热负荷、所述循环气体换热前后的温度差及所述循环气体的最大理论流量之间的关系；基于所述风机转速与流量的关系，获得所述最大理论流量对应的第一目标风机转速；控制所述风机输出所述第一目标风机转速。

在一个实施例中，所述换热模型如下：

其中，W：预热段换热器最大总功率；η：预热段换热器效率；W·η:预热段换热器的最大热负荷；T₀₁：预热段循环气体换热前温度；T₀₂：预热段循环气体换热后温度；ρ：预热段循环气体密度；c：循环气体定压比容；F：预热段循环气体的最大理论流量。

在一个实施例中，基于如下等式获得所述最大理论流量对应的所述第一目标风机转速：

其中，F：预热段循环气体的最大理论流量；F_max：风机额定流量；v_max：风机额定转速；v₁：第一目标风机转速。

在一个实施例中，所述控制所述风机输出所述第一目标风机转速之前，还包括：判断所述第一目标风机转速是否大于预设风机转速；若大于，控制所述风机输出所述预设风机转速；若小于或等于，控制所述风机输出所述第一目标风机转速。

在一个实施例中，基于如下等式对所述预设风机转速进行取值：v_t＝n·v_max；

其中，v_t：预设风机转速；n：风机转速比，％；v_max：风机额定转速；T_s：风机调控安全温度；T_max：风机额定温度；T₀₂：预热段循环气体换热后温度。

在一个实施例中，所述获取所述循环气体的第一温度及第二温度之前，还包括：判断所述退火炉内带钢的运行速度是否大于预设速度阈值；当所述退火炉内带钢的运行速度大于或等于所述预设速度阈值时，获取所述第一温度及所述第二温度。

在一个实施例中，当所述退火炉内带钢的运行速度小于所述预设速度阈值时，控制所述风机输出第二目标风机转速v_fan：

其中，v：退火炉内带钢的运行速度；v_s：预设速度阈值。

第二方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以实现如上述任一实施例所述的方法步骤。

第三方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种退火炉预热段的温度控制装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时可以实现如上述任一实施例所述的方法步骤。

第四方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种退火炉预热段温度的控制系统，包括：换热器，设置在退火炉的预热段和加热段之间，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体；风机，设置在所述退火炉的预热段和加热段之间，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；如第三方面所述的温度控制装置，与所述风机连接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请根据换热器的换热模型，计算得出最大理论流量，即换热器在最大热负荷工况下，能够最大程度的让预热段循环气体从第一温度升到第二温度的气体流量，并基于风机转速与流量的关系，获得此最大理论流量对应的第一目标风机转速，进行输出。避免由于风机转速设定过低，造成热利用率低，或是风机转速过高，导致超出最大余热回收量，增加额外的电耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种退火炉预热段温度的控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种退火炉预热段的温度控制装置的架构图；

图3为本申请实施例提供的一种计算机存储介质的架构图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种退火炉预热段温度的控制方法、装置及系统，解决了现有技术中手动调节风机转速的方式，往往导致在退火炉功率升高时，由于预热段风机转速偏低导致的能源浪费，带钢入炉跑偏等问题，在功率较低时由于风机转速过大造成风机负载异常升高，带钢瓢曲等问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种退火炉预热段温度的控制方法，应用于退火炉的温度控制装置中，所述退火炉包括：预热段、加热段、设置在所述预热段和所述加热段之间的换热器及风机，所述温度控制装置通过控制所述风机的转速以控制所述预热段的温度，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；所述方法包括：获取所述循环气体的第一温度及第二温度，所述第一温度为所述循环气体经过所述换热器换热前的温度，所述第二温度为所述循环气体经过所述换热器换热后的温度；基于所述第一温度、所述第二温度及换热模型，获得所述循环气体的最大理论流量，所述换热模型用于表征所述换热器的最大热负荷、所述循环气体换热前后的温度差及所述循环气体的最大理论流量之间的关系；基于所述风机转速与流量的关系，获得所述最大理论流量对应的第一目标风机转速；控制所述风机输出所述第一目标风机转速。

本申请根据换热器的换热模型，计算得出最大理论流量，即换热器在最大热负荷工况下，能够最大程度的让预热段循环气体从第一温度升到第二温度的气体流量，并基于风机转速与流量的关系，获得此最大理论流量对应的第一目标风机转速，进行输出。避免由于风机转速设定过低，造成热利用率低，或是风机转速过高，导致超出最大余热回收量，增加额外的电耗。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在详述实施方式之前，先对退火炉及退火炉的加热方式、热交换过程等进行说明。

退火炉炉体沿长度方向主要包括三段，即预热段、加热段、冷却段，通过预热段对带钢进行预热，并通过加热段将带钢加热到需要的温度，再在冷却段进行冷却，完成退火过程。其中，预热段通过从加热段回收的废气余热进行加热，该段对预热温度没有工艺指标，需要尽可能大地利用加热段的余热对带钢进行预热，温度越接近加热段的温度越好。预热段回收加热段的余热主要通过风机和换热器进行，预热段与加热段的热交换过程如下：通过加热段的风机将加热段含有热量的废气抽进换热器的热端，通过预热段的风机将预热段的循环气体抽进换热器的冷端，预热段的循环气体和加热段的废气在换热器内进行热量的传递，从而提升预热段循环气体的温度，并将经过换热的循环气体排回预热段，从而提高预热段温度，对带钢进行预热。

实施例一

如图1所示，一种退火炉预热段温度的控制方法，应用于退火炉的温度控制装置中，所述退火炉包括：预热段、加热段、设置在所述预热段和所述加热段之间的换热器及风机，所述温度控制装置通过控制所述风机的转速以控制所述预热段的温度，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；所述方法，包括：

步骤S101：获取退火炉预热段的循环气体的第一温度及第二温度，第一温度为循环气体经过换热器换热前的温度，第二温度为循环气体经过换热器换热后的温度；

具体的，通过设置在换热器冷端入口和出口的红外辐射高温计分别测量循环气体的第一温度及第二温度。

步骤S102：基于第一温度、第二温度及换热模型，获得循环气体的最大理论流量，换热模型用于表征换热器的最大热负荷、循环气体换热前后的温度差及循环气体的最大理论流量之间的关系；

步骤S103：基于风机转速与流量的关系，获得最大理论流量对应的第一目标风机转速；

步骤S104：控制风机输出第一目标风机转速。

需要说明的是，预热段的循环气体是利用换热器从加热段回收的余热进行升温的，特定温度下，预热段循环气体的流量越大，预热段的循环气体温度越高，预热段温度也就越高。因此，为了使回收的余热具备高利用率，需要尽可能提高预热段循环气体的流量。然而，由于换热器换热能力和加热段能够提供的余热有限，能够维持预热段循环气体在特定温度的总量也是有限的，超过此最大总量，将超出最大余热回收量，增加额外的电耗；过度低于此最大总量，将会造成热利用率太低。举个例子：30份的热量最大能够支持30份的循环气体从100℃升到200℃，若增加循环气体的量，只会增加风机的电耗，并没有更多的热量进行回收，若减少循环气体的量，势必对预热的回收率会降低。

因此，本申请根据换热器的换热模型，计算得出最大理论流量，即换热器在最大热负荷工况下，能够最大程度的让预热段循环气体从第一温度升到第二温度的气体流量，并基于风机转速与流量的关系，获得此最大理论流量对应的第一目标风机转速，进行输出。避免由于风机转速设定过低，造成热利用率低，或是风机转速过高，导致超出最大余热回收量，增加额外的电耗。

作为一种可选的实施例，换热模型如下：

其中，W：预热段换热器最大总功率，Kw；η：预热段换热器效率，50～100％；W·η:预热段换热器的最大热负荷；T₀₁：预热段循环气体换热前温度，℃；T₀₂：预热段循环气体换热后温度，℃；ρ：预热段循环气体密度，kg/m³；c：循环气体定压比容，kJ/kg·K；F：预热段循环气体的最大理论流量，m³/s。

作为一种可选的实施例，基于如下等式获得最大理论流量对应的第一目标风机转速：

其中，F：预热段循环气体的最大理论流量，m³/s；F_max：风机额定流量，m³/s；v_max：风机额定转速，r/m；v₁：第一目标风机转速，r/m。

作为一种可选的实施例，步骤S104之前，还包括：

判断第一目标风机转速是否大于预设风机转速；

若大于，控制风机输出预设风机转速；

若小于或等于，控制风机输出第一目标风机转速。

需要说明的是，未避免输出的第一目标转速超过风机的运转负荷，损害其寿命，本实施例对第一目标风机转速进行了限幅。

作为一种可选的实施例，基于如下等式对预设风机转速进行取值：

其中，v_t：预设风机转速；n：风机转速比，％；v_max：风机额定转速；T_s：风机调控安全温度；T_max：风机额定温度；T₀₂：预热段循环气体换热后温度。

需要说明的是，随着循环气体温度的升高，循环气体密度会降低，风机负载将降低，越适合高速运转；随着循环气体温度的降低，循环气体密度会升高，风机负载将增大，过高的速度会使风机处于超负荷状态下，损害其寿命，因此，不同温度工况下，本实施例对风机的转速进行了不同的限制。

作为一种可选的实施例，步骤S101之前，还包括：

判断退火炉内带钢的运行速度是否大于预设速度阈值；

当退火炉内带钢的运行速度大于或等于预设速度阈值时，获取第一温度及第二温度。

作为一种可选的实施例，当退火炉内带钢的运行速度小于预设速度阈值时，控制风机输出第二目标风机转速v_fan：

其中，v：退火炉内带钢的运行速度；v_s：预设速度阈值。

需要说明的是，预设速度阈值通常取60mpm，相较于高速的运行状态来说，带钢在低速的运行状态下，单位时间内能够吸收的热量会对一些，在低速的运行状态下，风机以第二目标风机转速进行运转，即可保证带钢预热所需的热量，同时又能够避免耗电。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

预热段的循环气体是利用换热器从加热段回收的余热进行升温的，特定温度下，预热段循环气体的流量越大，预热段的循环气体温度越高，预热段温度也就越高。因此，为了使回收的余热具备高利用率，需要尽可能提高预热段循环气体的流量。然而，由于换热器换热能力和加热段能够提供的余热有限，能够维持预热段循环气体在特定温度的总量也是有限的，超过此最大总量，将超出最大余热回收量，增加额外的电耗；过度低于此最大总量，将会造成热利用率太低。本申请根据换热器的换热模型，计算得出最大理论流量，即换热器在最大热负荷工况下，能够最大程度的让预热段循环气体从第一温度升到第二温度的气体流量，并基于风机转速与流量的关系，获得此最大理论流量对应的第一目标风机转速，控制风机进行输出。避免由于风机转速设定过低，造成热利用率低，或是风机转速过高，导致超出最大余热回收量，增加额外的电耗。

实施例二

基于相同的发明构思，如图2所示，本实施例提供了一种退火炉预热段的温度控制装置200，包括：存储器210、处理器220及存储在所述存储器210上并可在所述处理器220上运行的计算机程序211，所述处理器220执行程序211时可以实现如下方法步骤：

获取退火炉预热段的循环气体的第一温度及第二温度，第一温度为循环气体经过换热器换热前的温度，第二温度为循环气体经过换热器换热后的温度；基于第一温度、第二温度及换热模型，获得循环气体的最大理论流量，换热模型用于表征换热器的最大热负荷、循环气体换热前后的温度差及循环气体的最大理论流量之间的关系；基于风机转速与流量的关系，获得最大理论流量对应的第一目标风机转速；控制风机输出第一目标风机转速。

在具体实施过程中，处理器220执行程序211时，还可以实现实施例一中的任一方式步骤。

实施例三

一种退火炉预热段温度的控制系统，包括：

换热器，设置在退火炉的预热段和加热段之间，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体；

风机，设置在所述退火炉的预热段和加热段之间，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；

如实施例二所述的温度控制装置，与所述风机连接。

实施例四

基于相同的发明构思，如图3所示，本实施例提供了一种计算机存储介质300，其上存储有计算机程序311，该计算机程序311被处理器执行时可以实现以下方法步骤：

获取退火炉预热段的循环气体的第一温度及第二温度，第一温度为循环气体经过换热器换热前的温度，第二温度为循环气体经过换热器换热后的温度；基于第一温度、第二温度及换热模型，获得循环气体的最大理论流量，换热模型用于表征换热器的最大热负荷、循环气体换热前后的温度差及循环气体的最大理论流量之间的关系；基于风机转速与流量的关系，获得最大理论流量对应的第一目标风机转速；控制风机输出第一目标风机转速。

在具体实施过程中，该计算机程序311被处理器执行时，可以实现实施例一中的任一方法步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种退火炉预热段温度的控制方法，其特征在于，应用于退火炉的温度控制装置中，所述退火炉包括：预热段、加热段、设置在所述预热段和所述加热段之间的换热器及风机，所述温度控制装置通过控制所述风机的转速以控制所述预热段的温度，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；所述方法包括：

获取所述循环气体的第一温度及第二温度，所述第一温度为所述循环气体经过所述换热器换热前的温度，所述第二温度为所述循环气体经过所述换热器换热后的温度；

基于所述第一温度、所述第二温度及换热模型，获得所述循环气体的最大理论流量，所述换热模型用于表征所述换热器的最大热负荷、所述循环气体换热前后的温度差及所述循环气体的最大理论流量之间的关系；

基于所述风机转速与流量的关系，获得所述最大理论流量对应的第一目标风机转速；

控制所述风机输出所述第一目标风机转速；

所述换热模型如下：

其中，W：预热段换热器最大总功率；η：预热段换热器效率；W·η:预热段换热器的最大热负荷；T₀₁：预热段循环气体换热前温度；T₀₂：预热段循环气体换热后温度；ρ：预热段循环气体密度；c：循环气体定压比容；F：预热段循环气体的最大理论流量；

基于如下等式获得所述最大理论流量对应的所述第一目标风机转速：

其中，F：预热段循环气体的最大理论流量；F_max：风机额定流量；v_max：风机额定转速；v₁：第一目标风机转速。

2.如权利要求1所述的退火炉预热段温度的控制方法，其特征在于，所述控制所述风机输出所述第一目标风机转速之前，还包括：

判断所述第一目标风机转速是否大于预设风机转速；

若大于，控制所述风机输出所述预设风机转速；

若小于或等于，控制所述风机输出所述第一目标风机转速。

3.如权利要求2所述的退火炉预热段温度的控制方法，其特征在于，基于如下等式对所述预设风机转速进行取值：

其中，v_t：预设风机转速；n：风机转速比，％；v_max：风机额定转速；T_s：风机调控安全温度；T_max：风机额定温度；T₀₂：预热段循环气体换热后温度。

4.如权利要求1所述的退火炉预热段温度的控制方法，其特征在于，所述获取所述循环气体的第一温度及第二温度之前，还包括：

判断所述退火炉内带钢的运行速度是否大于预设速度阈值；

当所述退火炉内带钢的运行速度大于或等于所述预设速度阈值时，获取所述第一温度及所述第二温度。

5.如权利要求4所述的退火炉预热段温度的控制方法，其特征在于，当所述退火炉内带钢的运行速度小于所述预设速度阈值时，控制所述风机输出第二目标风机转速v_fan：

其中，s：退火炉内带钢的运行速度；v_s：预设速度阈值。

6.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时可以实现如权利要求1～5任一权项所述的方法步骤。

7.一种退火炉预热段的温度控制装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时可以实现如权利要求1～5任一权项所述的方法步骤。

8.一种退火炉预热段温度的控制系统，其特征在于，包括：

换热器，设置在退火炉的预热段和加热段之间，所述换热器的热端由所述加热段提供回收烟气，所述换热器的冷端由所述预热段提供循环气体；

风机，设置在所述退火炉的预热段和加热段之间，所述风机用于提供所述循环气体在所述换热器的冷端与所述预热段之间循环的动力；

如权利要求7所述的温度控制装置，与所述风机连接。

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