CN111944990A - 一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，属于自动控制技术领域。本发明的技术方案是：通过根据预设要求设定退火炉加热过程的温度预设值；获取退火炉加热过程中的当前温度值，并计算出所述当前温度值与随后要生产的几卷钢的设定温度与所需时间的斜率，根据斜率最大值来确定开始升温时间和设定温度。本发明的有益效果是：能够根据即将生产的多个钢卷参数判断出最佳的过渡设定温度，其主要应用在连续退火机组和连续热镀锌机组上，对多个连续温度变化的钢卷，尤其是针对规格和工艺目标温度等多个参数同时变化的复杂情况具有良好的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，属于自动控制技术领域。
背景技术
随着冷轧或镀锌汽车板产品日益多样化，对退火炉而言，多样化的产品性能和规格需求意味着需要频繁的温度过渡。如何做到温度平稳过渡是影响退火炉稳定运行和产品质量的关键因素。
现有的技术中，连续退火炉带钢温度过渡设定基本上有两种方式，即计算机自动控制和手动控制方式。计算机自动控制模式要求前后过渡带钢温度差小于20℃，并且仅能对下一卷带钢参数做出自动调节。而目前实际生产时需要过渡的温度基本上都大于20℃，且需要对即将生产的多个钢卷的工艺温度分析后再决定最佳的过渡温度。如当前卷工艺目标温度为730℃，第二卷和第三卷工艺目标温度分别为700℃和750℃，第四卷工艺目标温度为850℃，常规计算机模型无法对这种复杂变化的情况做出判断，只能依靠人工经验按照730-750-850的阶梯升温路线完成整个过渡钢卷的退火温度设定。
而操作工经验不足会导致对温度过渡时间点的选择不准确，或者因钢卷实际温度达不到工艺要求温度，造成产品机械性能不合格，进而产生废品或降级品；或者因钢卷实际温度高于工艺要求温度，导致煤气消耗偏高,浪费能源。因此，如何开发精确的退火炉带钢温度过渡模型一直是该领域技术人员亟待解决的技术问题，同时也是连续退火机组或热镀锌机组退火炉无人值守全自动控制关键的技术之一。
发明内容
本发明目的是提供一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，通过根据预设要求设定退火炉加热过程的温度预设值；获取退火炉加热过程中的当前温度值，并计算出所述当前温度值与随后要生产的几卷钢的设定温度与所需时间的斜率，根据斜率最大值来确定开始升温时间和设定温度；能够根据即将生产的多个钢卷参数判断出最佳的过渡设定温度，其主要应用在连续退火机组和连续热镀锌机组上，对多个连续温度变化的钢卷，尤其是针对规格和工艺目标温度等多个参数同时变化的复杂情况具有良好的控制效果，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，包含以下步骤：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息；
步骤S2、根据表面质量和设备控制要求，制定本机组退火炉不同规格的最大允许升温速率表Rallow；根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值，TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝ax2+bx+c
x是带钢退火温度,a、b、c常数
根据TV值和带钢厚度，计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度，而且，根据当前机组运行状态，还可以手工设定机组最大最小允许生产速度范围；
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp；
步骤S4、根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
步骤S5，计算每个钢卷理论生产时间t，
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
Tn＝t0+t1+…+tn-1，n＝1,2,3...
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数n，并计算各钢卷的温度-时间斜率Rn，
步骤S8、找出最大温度-时间斜率Rmax
Rmax＝max(R1,R2,ΛRn)
步骤S9、则下一个单位时间内，
如果Rmax>0时，说明需采取升温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp+Rmax
如果Rmax<0时，说明需采取降温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝max(ActualTemp+Rmax,AimTemp0)
如果Rmax＝0时，说明保持现在温度不变，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp。
所述步骤S1中，当前退火炉内正在生产的钢卷标记为Coil0，紧随其后即将要生产的钢卷按照生产顺序分别记为Coil1、Coil2，…，Coiln，其目标温度分别为AimTemp0，AimTemp1，AimTemp2，…，AimTempn，其厚度分别为Tick0、Tick1…，Tickn其长度分别为Len0、Len1…Lenn；当前实际检测钢卷温度为ActualTemp，下一个单位时间的设定温度为SetTemp。
本发明的有益效果是：通过根据预设要求设定退火炉加热过程的温度预设值；获取退火炉加热过程中的当前温度值，并计算出所述当前温度值与随后要生产的几卷钢的设定温度与所需时间的斜率，根据斜率最大值来确定开始升温时间和设定温度；能够根据即将生产的多个钢卷参数判断出最佳的过渡设定温度，其主要应用在连续退火机组和连续热镀锌机组上，对多个连续温度变化的钢卷，尤其是针对规格和工艺目标温度等多个参数同时变化的复杂情况具有良好的控制效果。
附图说明
图1是本发明的当前温度值与随后要生产的几卷钢的设定温度与所需时间的斜率示意图。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，包含以下步骤：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息；
步骤S2、根据表面质量和设备控制要求，制定本机组退火炉不同规格的最大允许升温速率表Rallow；根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值(TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积)，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝ax2+bx+c
x是带钢退火温度,a、b、c常数
根据TV值和带钢厚度，计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度，而且，根据当前机组运行状态，还可以手工设定机组最大最小允许生产速度范围；
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp；
步骤S4、根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
步骤S5，计算每个钢卷理论生产时间t，
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
Tn＝t0+t1+…+tn-1，n＝1,2,3...
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数n，并计算各钢卷的温度-时间斜率Rn，
步骤S8、找出最大温度-时间斜率Rmax
Rmax＝max(R1,R2,ΛRn)
步骤S9、则下一个单位时间内，
如果Rmax>0时，说明需采取升温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp+Rmax
如果Rmax<0时，说明需采取降温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝max(ActualTemp+Rmax,AimTemp0)
如果Rmax＝0时，说明保持现在温度不变，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp。
所述步骤S1中，当前退火炉内正在生产的钢卷标记为Coil0，紧随其后即将要生产的钢卷按照生产顺序分别记为Coil1、Coil2，…，Coiln，其目标温度分别为AimTemp0，AimTemp1，AimTemp2，…，AimTempn，其厚度分别为Tick0、Tick1…，Tickn其长度分别为Len0、Len1…Lenn；当前实际检测钢卷温度为ActualTemp，下一个单位时间的设定温度为SetTemp。
实施例一：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息，如表2所示。
表格2生产计划
| 序号 | 卷号 | 牌号 | 厚度/mm | 目标温度/℃ | 钢种重量/t | 宽度/mm | PV值 | 带钢长度/m |
| 1 | L11908864100 | DX52D+Z | 0.8 | 730±10 | 33.9 | 1808 | 132 | 3545 |
| 2 | L11908864200 | DX51D+Z | 1.0 | 700±10 | 27.4 | 1504 | 145 | 2998 |
| 3 | L11908864300 | DX56D+Z | 1.2 | 850±10 | 26.6 | 1445 | 110 | 2619 |
| 4 | L11908864400 | DX53D+Z | 1.5 | 750±10 | 25.7 | 1257 | 140 | 2095 |
| 5 | L11908864500 | DX54D+Z | 1.8 | 820±10 | 25.6 | 1257 | 120 | 1746 |
步骤S2、该机组年产能45万吨，规格(0.4-2.5)*(1000-2030)mm，最高退火温度850℃，根据该机组特点，制定了最大允许升温速率表Rallow(如表3),根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值(TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积)，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝-0.00074144x2+0.72310418x+34.0016387
当前机组状态稳定，最大允许生产速度为130m/min，最小允许生产速度为60m/min。
根据TV值和带钢厚度，可计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度。
当前卷厚度t＝0.8mm，查表3得出R＝3.3,该卷的TV值计算得166.75
V1＝166.75/0.8＝208.4m/min，V1＞130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-130m/min；
第二卷厚度为1.0mm，查表3得出R＝3.3,该卷的TV值计算得176.87
V2＝176.87/1.0＝176.87m/min，V2＞130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-130m/min；
第三卷厚度t＝1.2mm，查表3得出R＝2.5,该卷的TV值计算得112.95
V3＝112.95/1.2＝94.125m/min，60m/min＜V3＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-94.125m/min；
第四卷厚度t＝1.5mm，查表3得出R＝2.5,该卷的TV值计算得159.27
V4＝159.27/1.5＝106.18m/min，60m/min＜V4＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-106.18m/min；
第五卷厚度t＝1.8mm，查表3得出R＝2.0,该卷的TV值计算得128.4
V5＝128.4/1.8＝71.3m/min，60m/min＜V5＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-71.3m/min
表格3最大允许升温速率
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp。
ΔProcessTemp＝850-730＝120℃
步骤S4,根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
Tcontrol＝120/3.3＝36.4min
步骤S5,计算每个钢卷理论生产最短时间t，
t1＝3545/130＝27.3min
t2＝2998/130＝23.06min
t3＝2619/94.125＝27.82min
t4＝2095/106.18＝15.78min
t5＝1746/71.3＝24.5min
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
T1＝0min
T2＝27.3min
T3＝27.3+23.06＝50.36min
T4＝27.3+23.06+27.82＝78.18min
T5＝27.3+23.06+27.82+15.78＝93.96min
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数为2，并计算各钢卷的温度-时间变化率Rn
R2＝(700-730)/27.3＝-1.1，
步骤S8、找出最大Rmax
Rmax＝max(R2)＝-1.1
步骤S9、则下一个单位时间内，Rmax＜0，说明需采取降温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝max(ActualTemp+Rmax,AimTemp0)＝max(730-1.1,730)＝730℃
实施例二：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息，如表4所示。
表格4生产计划
| 序号 | 卷号 | 牌号 | 厚度/mm | 目标温度/℃ | 钢种重量/t | 宽度/mm | PV值 | 带钢长度/m |
| 1 | L11908864300 | DX56D+Z | 2.3 | 850±10 | 25.6 | 1257 | 110 | 1356 |
| 2 | L11908864500 | DX54D+Z | 2.0 | 820±10 | 23.1 | 1254 | 120 | 1571 |
| 3 | L11908864400 | DX53D+Z | 1.8 | 750±10 | 32.2 | 1854 | 140 | 1750 |
| 4 | L11908864100 | DX52D+Z | 1.5 | 730±10 | 22.8 | 1255 | 132 | 1645 |
| 5 | L11908864200 | DX51D+Z | 1.2 | 700±10 | 23.4 | 1254 | 145 | 2062 |
步骤S2、该机组年产能45万吨，规格(0.4-2.5)*(1000-2030)mm，最高退火温度850℃，根据该机组特点，制定了最大允许升温速率表Rallow(如表5),根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值(TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积)，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝-0.00074144x2+0.72310418x+34.0016387
当前机组状态稳定，最大允许生产速度为130m/min，最小允许生产速度为60m/min。
根据TV值和带钢厚度，可计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度。
当前钢卷厚度t＝2.3mm，查表5得出R＝1.5,该卷的TV值计算得112.95
V1＝112.95/2.3＝49.1m/min，V1＜60m/min，所以该卷的运行速度为60m/min；
第二卷厚度t＝2.0mm，查表5得出R＝2.0,该卷的TV值计算得128.4
V2＝128.4/2.0＝64.2m/min，60m/min＜V2＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-64.2m/min；
第三卷厚度t＝1.8mm，查表5得出R＝2.0,该卷的TV值计算得159.27
V3＝159.27/1.8＝88.48m/min，60m/min＜V3＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-88.48m/min；
第四卷厚度为1.5mm，查表得出R＝2.5,该卷的TV值计算得176.87
V4＝176.87/1.5＝117.91m/min，60m/min＜V4＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-117.91m/min；
第五卷厚度t＝1.2mm，查表5得出R＝2.5,该卷的TV值计算得166.75
V5＝166.75/1.2＝138.96m/min，V5＞130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-130m/min；
表格5最大允许升温速率
| 带钢厚度范围/mm | 每20℃/℃/s | R斜率 | (升温速率)极限温差150℃/℃/s |
| 0.5-1 | 6 | 3.3 | 36 |
| 1.0-1.5 | 8 | 2.5 | 48 |
| 1.5-2.0 | 10 | 2.0 | 60 |
| 2.0-2.5 | 13 | 1.5 | 78 |
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp。
ΔProcessTemp＝700-850＝-150℃
步骤S4、根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
Tcontrol＝150/1.5＝100min
步骤S5,计算每个钢卷理论生产时间t，
t1＝1356/60＝22.6min
t2＝1571/64.2＝24.5min
t3＝1750/88.48＝19.78min
t4＝1645/117.91＝14.0min
t5＝2062/130＝15.86min
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
T1＝0min
T2＝22.6min
T3＝22.6+24.5＝47.1min
T4＝22.6+24.5+19.78＝66.88min
T5＝22.6+24.5+19.78+14＝80.88min
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数为5，并计算各钢卷的温度-时间变化率Rn
R2＝820-850/22.6＝-1.33
R3＝750-850/47.1＝-2.12
R4＝730-850/66.88＝-1.79
R5＝700-850/80.88＝-1.85
步骤S8、找出最大Rmax
Rmax＝max(R2,R3,R4,R5)＝-2.12
步骤S9、则下一个单位时间内，Rmax<0时，说明需采取降温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝max(ActualTemp+Rmax,AimTemp0)＝max(850-2.12,850)＝850℃
实施例三：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息，如表6所示。
表格6生产计划
| 序号 | 卷号 | 牌号 | 厚度/mm | 目标温度/℃ | 钢种重量/t | 宽度/mm | PV值 | 带钢长度/m |
| 1 | L11908864200 | DX51D+Z | 2.0 | 700±10 | 23.8 | 1255 | 145 | 1571 |
| 2 | L11908864100 | DX52D+Z | 1.8 | 730±10 | 25.6 | 1258 | 132 | 1750 |
| 3 | L11908864400 | DX53D+Z | 1.5 | 750±10 | 25.62 | 1256 | 140 | 2102 |
| 4 | L11908864500 | DX54D+Z | 1.2 | 820±10 | 25.68 | 1596 | 120 | 2619 |
| 5 | L11908864300 | DX56D+Z | 1.0 | 850±10 | 31.5 | 1816 | 110 | 2312 |
步骤S2、该机组年产能45万吨，规格(0.4-2.5)*(1000-2030)mm，最高退火温度850℃，根据该机组特点，制定了最大允许升温速率表Rallow(如表7),根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值(TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积)，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝-0.00074144x2+0.72310418x+34.0016387
当前机组状态稳定，最大允许生产速度为130m/min，最小允许生产速度为60m/min。
根据TV值和带钢厚度，可计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度。
当前卷厚度为2.0mm，查表7得出R＝2.0,该卷的TV值计算得166.75
V1＝166.75/2.0＝83.275m/min，60m/min＜V1＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-83.275m/min；
第二卷厚度为1.8mm，查表7得出R＝2.0,该卷的TV值计算得176.87
V2＝176.87/1.8＝98.26m/min，60m/min＜V2＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-98.26m/min；
第三卷厚度为1.5mm，查表7得出R＝2.5,该卷的TV值计算得159.27
V3＝159.27/1.5＝106.18m/min，60m/min＜V3＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-106.18m/min；
第四卷厚度为1.2mm，查表7得出R＝2.5,该卷的TV值计算得128.4
V4＝128.4/1.2＝107m/min，60m/min＜V4＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-107m/min；
第五卷厚度t＝1.0mm，查表7得出R＝3.3,该卷的TV值计算得112.95
V5＝112.95/1.0＝112.95m/min，60m/min＜V5＜130m/min，所以该卷的运行速度范围为60m/min-112.95m/min；
当前机组状态稳定，最大允许生产速度为83.275m/min。
表格7最大允许升温速
| 带钢厚度范围/mm | 每20℃/℃/s | R斜率 | 极限温差150℃/℃/s |
| 0.5-1 | 6 | 3.3 | 36 |
| 1.0-1.5 | 8 | 2.5 | 48 |
| 1.5-2.0 | 10 | 2.0 | 60 |
| 2.0-2.5 | 13 | 1.5 | 78 |
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp。
ΔProcessTemp＝850-700＝150℃
步骤S4,根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
Tcontrol＝150/2.0＝75min
步骤S5,计算每个钢卷理论生产时间t，
t1＝1571/83.275＝18.86min
t2＝1750/98.26＝17.81min
t3＝2102/106.18＝19.8min
t4＝2619/107＝24.48min
t5＝2312/112.95＝20.47min
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
T1＝0min
T2＝18.86min
T3＝18.86+17.81＝36.67min
T4＝18.86+17.81+19.8＝56.47min
T5＝18.86+17.81+19.8+24.48＝80.95min
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数为5，并计算各钢卷的温度-时间变化率Rn
R2＝(730-700)/18.86＝1.59
R3＝(750-700)/36.67＝1.36
R4＝(820-700)/56.47＝2.13
R5＝(850-700)/80.95＝1.85
步骤S8、找出最大Rmax
Rmax＝max(R2,R3,R4,R5)Rmax＝max(R2，R3，R4，R5)＝2.13
步骤S9、则下一个单位时间内，Rmax>0，说明需采取升温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp+Rmax＝700+2.13＝702.13℃。
Claims (2)
1.一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤S1、采集正在生产以及进入机组的钢卷信息；
步骤S2、根据表面质量和设备控制要求，制定本机组退火炉不同规格的最大允许升温速率表Rallow；根据本机组加热炉的设计能力计算得出加热炉TV值，TV值是带钢厚度与带钢生产速度的乘积，TV值按照以下公式进行计算：
TV＝ax2+bx+c
x是带钢退火温度,a、b、c常数
根据TV值和带钢厚度，计算得出任一退火温度下该卷的最大退火炉生产速度，而且，根据当前机组运行状态，还可以手工设定机组最大最小允许生产速度范围；
步骤S3、将进入机组鞍座的钢卷卷号输入系统，计算该组钢卷的最大目标加热温度与当前实际退火温度的温差ΔProcessTemp；
步骤S4、根据钢卷厚度，计算出最大温差下钢卷所需的温度控制时间
步骤S5，计算每个钢卷理论生产时间t，
步骤S6、则第n个钢卷到达退火炉的时间为
Tn＝t0+t1+…+tn-1，n＝1,2,3...
步骤S7、计算时间Tcontrol内包含的钢卷数n，并计算各钢卷的温度-时间斜率Rn，
步骤S8、找出最大温度-时间斜率Rmax
Rmax＝max(R1,R2,ΛRn)
步骤S9、则下一个单位时间内，
如果Rmax>0时，说明需采取升温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp+Rmax
如果Rmax<0时，说明需采取降温策略，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝max(ActualTemp+Rmax,AimTemp0)
如果Rmax＝0时，说明保持现在温度不变，则退火炉均热段温度设定值为
SetTemp＝ActualTemp。
2.根据权利要求1所述的一种连续退火炉过渡钢卷温度自动控制的方法，其特征在于：所述步骤S1中，当前退火炉内正在生产的钢卷标记为Coil0，紧随其后即将要生产的钢卷按照生产顺序分别记为Coil1、Coil2，…，Coiln，其目标温度分别为AimTemp0，AimTemp1，AimTemp2，…，AimTempn，其厚度分别为Tick0、Tick1…，Tickn其长度分别为Len0、Len1…Lenn；当前实际检测钢卷温度为ActualTemp，下一个单位时间的设定温度为SetTemp。
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