CN112139261B - 一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，属温控领域。其控制步骤包括设计目标出炉温度及板坯相关参数读取；进行板坯尺寸影响系数计算；进行板坯钢种影响系数计算；进行初始板坯温度补偿计算；进行回炉板坯温度补偿计算；进行实际目标出炉温度计算；实际目标出炉温度的输出。其采用标准坯控制方式，结合加热炉布料状态及板坯特性系数的控制方式，计算出修正后的板坯目标出炉温度，提前做好计划的温度过渡，对涉及的热轧板坯加热温度进行预测控制，实现了对出炉温度更加精准的控制，从而实现加热温度的精确控制。可广泛用于热轧加热炉目标出炉温度的预测、控制领域。

Description

一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法

技术领域

本发明属于温控领域，尤其涉及一种用于热轧加热炉的出炉温度预测控制方法。

背景技术

在现有技术中，加热炉的温度控制都是依据上位机要求的抽出目标温度来进行控制的。其具体加热控制是结合板坯在进入加热炉可控段时，由模型预测其未来在各个可控段内的剩余加热时间，并根据板坯的当前温度、剩余加热时间和标准升温曲线进行升温预测，然后根据预测温度和目标抽出温度的偏差计算当前加热板坯的必要炉温，最后通过综合加权可控段内所有加热板坯的必要炉温，对各个可控段的设定炉温，从而完成整个炉温设定过程。

在实施过程中发现，现有技术主要存在的问题：一个轧制单元，为了保证板坯加热温度的可控，需要按照目标出炉温度进行合理的安排轧制计划，目标出炉温度不可存在较大的跳跃，否则板坯的加热温度难以实现准确控制。

然而，目前对于生产计划的衔接，虽然采用板坯之间目标温度合理过渡作为前提条件，尽管不同钢种、板坯规格以及不同的装炉温度板坯之间的出炉温度目标值偏差较小，但由于其加热特性存在较大的差异，导致对于最终的出炉温度控制存在较大的偏差；特别是随着大型步进式热轧连续加热炉(简称加热炉)温度精准控制要求的日益提高，以及品种钢生产量大幅增加，目前的生产计划编排以及加热控制过程，无法有效考虑到板坯的尺寸、钢种、装炉温度、是否回炉坯等因素对加热温度的影响，从而导致热轧板坯加热后的出炉温度过渡不佳，最终影响加热质量。

申请为2013年1月15日，申请号为201310012792.X的中国发明专利申请，公开了一种“加热炉加热时间和加热温度的监控方法”，该技术方案中，读取连铸发送到加热炉一级PLC中的钢坯ID号；跟踪钢坯在炉外辊道的位置；建立钢坯炉内跟踪；每隔三分钟从加热炉二级数据库中读取一次炉内每块钢坯的位置并累计；计算钢坯在加热炉各段的加热时间，和工艺要求对比，超出要求报警；将加热炉内每个热电偶的PLC地址存放到加热炉二级计算机的数据库中；读取加热炉每段温度平均值，与工艺要求对比，超出工艺要求报警。其避免了由于加热炉各段加热时间长、加热温度高造成的带钢表面除磷不净而造成的二级品现象的发生，减小了氧化烧损率，提高了成材率，减小了吨钢成本，提高经济效益。但其主要是通过加热过程的参数与工艺要求进行对比，超出要求范围实施报警，而没有涉及到目标出炉温度的预报和板坯目标出炉温度的修正问题。

授权日期为2017年8月8号，授权公告号为CN 105403062 B的中国发明专利，公开了一种“加热炉的加热温度控制系统”，其技术方案是由第一接触器和第三接触器构成联锁控制，通过在第一接触器的第一常开触点和第一空气开关之间的电源线上并联第二接触器的线圈，在循环风机启停回路上串联第二接触器的常开触点，使得当第一空气开关故障断开时，第二接触器的线圈失电，进而控制第二接触器的常开触点断开，使得循环风机启停回路中第一接触器的线圈失电，加热器启停回路中第一接触器的第二常开触点断开，第三接触器的线圈失电，控制第三接触器的第一常开触点断开，加热器停止工作。避免了在第一空气开关断开导致循环风机停止工作时，加热器仍继续工作而造成加热炉受热不均，影响产品质量的问题。该专利主要公开了一种加热炉的加热温度控制系统，没有涉及到板坯温度的精准控制与合理过渡等方面问题的解决方案。

授权公告日为2017年8月25日，授权公告号为CN 105385843 B的中国发明专利中，公开了一种基于段末温度的热轧板坯加热控制方法，其包括下列步骤：确定板坯在各加热段的目标段末温度，采用各加热段的标准炉温和板坯温度预报模型，预测板坯在各加热段的段末温度；确定板坯在各加热段的段末温度对于加热炉内各加热段的炉气温度的感度；根据感度以及预测得到的板坯在各加热段的段末温度与目标段末温度的偏差，确定各加热段的炉气温度调节量；根据各加热段的炉气温度调节量以及各加热段的标准炉温，确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值；对加热炉内的炉气温度进行均匀化控制。该方法可以确保板坯达到段末目标温度，同时还能够保证板坯上下表面的温差控制在规定的范围内，从而有效地避免产品缺陷和提高温度控制精度。其主要是根据各加热段的炉气温度调节量以及各加热段的标准炉温，确定板坯在各加热段的最佳炉气温度设定值，同样没有涉及到预报和修正板坯的目标出炉温度，达到最终出炉温度的精准控制与温度过渡的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法。其采用标准坯控制方式，结合加热炉布料状态及板坯特性系数的控制方式，计算出修正后的板坯目标出炉温度，提前做好计划的温度过渡，对涉及的热轧板坯加热温度进行预测控制，体现了对出炉温度更加精准的控制，从而实现加热温度的精确控制。

本发明的技术方案是：提供一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，包括对板坯出炉温度的控制；其特征是所述的目标出炉温度预测控制方法至少包括下列步骤：

1)设计目标出炉温度及板坯相关参数的读取；

2)进行板坯尺寸影响系数的计算；

3)进行板坯钢种影响系数的计算；

4)进行初始板坯温度的补偿计算；

5)结合板坯入炉时的初始温度，进行回炉板坯温度的补偿计算，即：

T_r＝T_b*K_b；

其中：K_b为入炉温度补偿系数；T_b为板坯装炉温度；T_r为初始板坯温度补偿系数；

6)进行实际目标出炉温度的计算：

通过在原有设计目标出炉温度的基础上进行适当的修正，考虑板坯尺寸影响系数K_c、板坯厚度加热影响系数K_h、加热温度补偿系数K_λ以及板坯装炉温度补偿及回炉坯补偿系数；

所述实际目标出炉温度的计算公式如下：

T＝T₀×K_h×K_c×K_λ×(1+K_a)-T_r

其中，T—实际目标出炉温度；T₀—设计目标出炉温度；K_c—板坯尺寸影响系数；K_h—板坯厚度加热影响系数；K_λ—加热温度补偿系数；T_r—初始板坯温度补偿系数；K_a—回炉坯补偿系数；

7)实际目标出炉温度的输出；

所述的目标出炉温度预测控制方法，结合热轧板坯加热温度目标值控制，采用标准坯+加热炉布料状态+板坯特性系数的控制模式，通过加热板坯面体比控制技术，对板坯温度进行补偿控制，从而实现板坯出炉温度精确控制，改善现有出炉温度偏差。

具体的，在所述步骤1)中的设计目标出炉温度及板坯相关参数读取，包括读取板坯的设计目标出炉温度及板坯物性参数、尺寸、装炉温度及回炉标志，用于后续计算。

具体的，在所述的步骤2)中，板坯尺寸影响系数的计算，首先计算出板坯的面体比，即板坯表面积与体积之比，再根据标准板坯的面体比和实际板坯的面体比，计算得到板坯尺寸影响系数K_c：

其中：S₀—标准板坯的表面积，单位：m²；

V₀—标准板坯的体积，单位：m³；

S—实际板坯的表面积，单位：m²；

V—实际板坯的体积，单位：m³；

K_c—板坯尺寸影响系数。

具体的，在所述的步骤3)中，采用标准板坯厚度，计算板坯厚度加热影响系数K_h：

K_h＝h/H；

其中：h为板坯实际厚度；

H为标准板坯厚度；

K_h为板坯厚度加热影响系数。

具体的，在所述的步骤4)中，结合板坯不同钢种，对其加热温度补偿系数进行计算：

K_λ＝λ₀/λ

其中：

λ—钢种导热系数，取值范围：50-70W/mk；

λ₀—标准碳钢常温下的导热系数，60.4W/mk；

K_λ—加热温度补偿系数。

具体的，在所述步骤5)中，回炉板坯温度补偿根据历史数据回归计算。

本发明技术方案所述的目标出炉温度预测控制方法，通过考虑板坯的物性参数、尺寸、面体比、是否回炉板坯、装炉温度，计算出修正后的板坯目标出炉温度，提前做好计划的温度过渡，实现出炉温度更加精准的控制。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用标准坯控制模式，结合加热炉布料状态及板坯特性系数的控制方式，对涉及的热轧板坯加热温度进行预测控制；通过考虑板坯的物性参数、尺寸(面体比)、是否回炉板坯、装炉温度等因素，计算出修正后的板坯目标出炉温度，提前做好计划的温度过渡；

2.采用标准坯+加热炉布料状态+板坯特性系数的控制模式，通过加热板坯面体比控制技术，通过考虑板坯的物性参数、尺寸(面体比)、是否回炉板坯、装炉温度等因素，对板坯温度进行补偿控制，实现出炉温度更加精准的控制，改善了现有出炉温度偏差；

3.通过对板坯加热过程中的布料状态及板坯特性系数对加热温度影响进行预测控制，改善了轧制计划中不同板坯过渡过程中的加热准确性，具有广泛的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明的出炉温度预测控制流程方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案，结合热轧板坯加热温度目标值控制，对涉及的板坯出炉温度控制采用标准坯+加热炉布料状态+板坯特性系数的控制方式，提出了采用加热板坯面体比控制技术，对板坯温度进行补偿控制，从而实现板坯出炉温度精确控制，改善现有出炉温度偏差。

具体的，本发明技术方案控制流程的步骤如下：

1、设计目标出炉温度及板坯相关参数的读取：

读取板坯的设计目标出炉温度及板坯物性参数、尺寸、装炉温度、回炉标志等相关参数用于后续计算。

2、板坯尺寸影响系数的计算：

板坯的受热与板坯的表面积有直接相关性,板坯的受热后温度的升高量一方面与板坯的受热量有关系，另一方面又与板坯的体积(一般来说钢材板坯的密度变化不大)有密切相关性，因此为了修正出炉温度，需要得出板坯的面体比(表面积与体积之比)，再根据标准板坯的面体比和实际板坯的面体比，计算得到板坯尺寸影响系数K_c：

其中：S₀—标准板坯的表面积(m²)；

V₀—标准板坯的体积(m³)；

S—实际板坯的表面积(m²)；

V—实际板坯的体积(m³)；

K_c—板坯尺寸影响系数。

3、板坯厚度影响系数的计算：

由于板坯厚度对于加热温度的影响，为此，本技术方案采用标准板坯厚度计算板坯厚度加热影响系数K_h：

K_h＝h/H

其中：h—板坯实际厚度(单位mm)；

H—标准板坯厚度(单位mm)；

K_h—板坯厚度加热影响系数；

4、加热板坯钢种补偿计算：

结合板坯不同钢种，对其加热系数进行计算：

K_λ＝λ₀/λ

其中：

λ—钢种导热系数(取值范围：50-70W/mk)；

λ₀—标准碳钢常温下的导热系数(60.4W/mk)；

K_λ—板坯厚度加热影响系数；

5、初始板坯温度补偿：

结合板坯入炉时的初始温度进行补偿控制：

T_r＝T_b*K_b

其中：K_b：入炉温度补偿系数0.0249(通过历史数据回归得到)；

T_b：板坯装炉温度；

T_r：初始板坯温度补偿系数；

6、回炉板坯温度补偿：

根据历史数据回归计算。

K_a(取值0.01经验值(取值范围±30％)。

7、确定实际目标出炉温度：

实际目标出炉温度主要通过在原有设计目标出炉温度的基础上进行适当的修正，主要考虑板坯尺寸影响系数K_c、板坯厚度加热影响系数K_h、加热温度补偿系数K_λ以及板坯装炉温度补偿及回炉坯补偿系数等，其计算公式如下：

T＝T₀×K_h×K_c×K_λ×(1+K_a)-T_r

其中，T—实际目标出炉温度(℃，取值范围1050-1300)；

T₀—设计目标出炉温度(℃，取值范围1050-1300)；

K_c—板坯尺寸影响系数；

K_h—板坯厚度加热影响系数；

K_λ—加热温度补偿系数；

T_r—装炉温度补偿量(℃，取值范围0-100)；

K_a—回炉坯补偿系数(经验值0.01+-30％)；

8、实际目标出炉温度输出：

结合上述控制，对实际目标出炉温度进行输出，用于控制热轧板坯加热温度的目标值。

实施例：

1、以普通碳钢、冷装板坯(装炉温度小于50℃)、板坯厚度230mm、宽度1500mm、长度10000mm，目标出炉温度作为标准板坯为基准，例如，其目标出炉温度1230℃。

2、装炉温度200℃，板坯厚度250mm、宽度1200mm、长度9000mm，根据标准板坯的面体比和实际板坯的面体比计算得到板坯尺寸影响系数K_c；

标准体积：10*1.5*0.23＝3.45；

标准表面积S：(10*1.5+10*0.23+0.23*1.5)*2＝35.29；

标准面体比V：35.29/3.45＝10.23；

实际板坯体积：9*1.2*0.25＝2.7；

实际板坯面积：(9*1.2+10*0.25+0.25*1.2)*2＝27.2；

实际板坯面体比：27.2/2.7＝10.07；

板坯尺寸影响系数：K_c＝10.23/10.07＝1.0158；

3、计算厚度影响系数：

K_h＝250/230＝1.0869；

4、以AP1056E1钢种为例，计算加热温度补偿系数K_λ

K_λ＝56W/mk/60.4W/mk＝0.927；

5、以入炉温度200℃为例，入炉温度补偿系数取0.0249(通过历史数据回归得到)；

T_r＝0.0249*200℃＝4.98℃；

6、板坯为回炉板坯，其回炉坯补偿系数K_a取值0.01；

7、实际目标出炉温度：

T＝1230℃*1.0158*1.0869*0.927*(1+0.01)+4.98℃＝1276.44℃。

本发明的技术方案，结合热轧板坯加热温度目标值控制，对涉及的板坯出炉温度控制采用标准坯+加热炉布料状态+板坯特性系数的控制方式，提出了采用加热板坯面体比控制技术，对板坯温度进行补偿控制，有助于实现板坯出炉温度精确控制，改善现有出炉温度偏差。其通过对板坯加热过程中的布料状态及板坯特性系数对加热温度影响进行预测控制，从而实现热轧板坯精确温度预测控制，从而改善轧制计划中不同板坯过渡过程中的加热准确性；通过考虑板坯的物性参数、尺寸(面体比)、是否回炉板坯、装炉温度等因素，计算出修正后的板坯目标出炉温度，可以提前做好计划的温度过渡，实现出炉温度更加精准的控制。

本发明可广泛用于热轧加热炉目标出炉温度的预测、控制领域。

Claims (7)

1.一种热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，包括对板坯出炉温度的控制；其特征是所述的目标出炉温度预测控制方法至少包括下列步骤：

1)设计目标出炉温度及板坯相关参数的读取；

2)进行板坯尺寸影响系数的计算；

3)进行板坯钢种影响系数的计算；

4)进行初始板坯温度的补偿计算；

5)结合板坯入炉时的初始温度，进行回炉板坯温度的补偿计算，即：

T_r＝T_b*K_b；

其中：K_b为入炉温度补偿系数；T_b为板坯装炉温度；T_r为初始板坯温度补偿系数；

6)进行实际目标出炉温度的计算：

通过在原有设计目标出炉温度的基础上进行适当的修正，考虑板坯尺寸的影响系数K_c、板坯厚度加热影响系数K_h、加热温度补偿系数K_λ以及板坯装炉温度补偿及回炉坯补偿系数；

所述实际目标出炉温度的计算公式如下：

T＝T₀×K_h×K_c×K_λ×(1+K_a)-T_r

其中，T—实际目标出炉温度；T₀—设计目标出炉温度；K_c—板坯尺寸影响系数；K_h—板坯厚度加热影响系数；K_λ—加热温度补偿系数；T_r—初始板坯温度补偿系数；K_a—回炉坯补偿系数；

7)实际目标出炉温度的输出；

所述的目标出炉温度预测控制方法，结合热轧板坯加热温度目标值控制，采用标准坯+加热炉布料状态+板坯特性系数的控制模式，通过加热板坯面体比控制技术，对板坯温度进行补偿控制，从而实现板坯出炉温度精确控制，改善现有出炉温度偏差。

2.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是在所述步骤1)中的设计目标出炉温度及板坯相关参数读取，包括读取板坯的设计目标出炉温度及板坯物性参数、尺寸、装炉温度及回炉标志，用于后续计算。

3.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是在所述的步骤2)中，板坯尺寸影响系数的计算，首先计算出板坯的面体比，即板坯表面积与体积之比，再根据标准板坯的面体比和实际板坯的面体比，计算得到板坯尺寸影响系数K_c：

其中：S₀—标准板坯的表面积，单位：m²；

V₀—标准板坯的体积，单位：m³；

S—实际板坯的表面积，单位：m²；

V—实际板坯的体积，单位：m³；

K_c—板坯尺寸影响系数。

4.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是在所述的步骤3)中，采用标准板坯厚度，计算板坯厚度加热影响系数K_h：

K_h＝h/H；

其中：h为板坯实际厚度；

H为标准板坯厚度；

K_h为板坯厚度加热影响系数。

5.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是在所述的步骤4)中，结合板坯不同钢种，对其加热温度补偿系数进行计算：

K_λ＝λ₀/λ

其中：

λ—钢种导热系数，取值范围：50-70W/mk；

λ₀—标准碳钢常温下的导热系数，60.4W/mk；

K_λ—加热温度补偿系数。

6.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是在所述步骤5)中，回炉板坯温度补偿根据历史数据回归计算。

7.按照权利要求1所述的热轧加热炉目标出炉温度预测控制方法，其特征是所述的目标出炉温度预测控制方法，通过考虑板坯的物性参数、尺寸、面体比、是否回炉板坯、装炉温度，计算出修正后的板坯目标出炉温度，提前做好计划的温度过渡，实现出炉温度更加精准的控制。

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