CN113351651A - 一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，属于薄带铸轧短流程技术领域。本发明的技术方案是：确定加热炉出钢间隔时间，运用大数据回归分析的方法拟合出粗轧区和精轧区所需的轧制时间计算公式，选择公式进行时长判断，确定钢坯的轧制间隔时间。本发明的有益效果是：回归拟合出轧制节奏精准计算方程，通过编制相关控制程序，收集加热工艺、板坯数据、轧制工艺设定参数进行板坯出炉前的提前判断，从而实现加热炉全自动出钢控制，降低职工劳动强度，实现标准化作业，提高机时产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，属于轧钢生产技术领域。
背景技术
热轧线全自动加热炉出钢控制的主要功能是协调加热炉和轧线轧制的匹配关系，实现较高的生产能力。目前国内、外就热轧产线全自动轧钢控制普遍思路为：通过预测出炉板坯加热条件是否满足，计算板坯在轧线传送时受不同限制条件影响的最小时间间隔，然后由加热炉服务器根据轧线的约束条件和燃烧控制程序计算下一块板坯的出炉时刻，从而自动启动出钢动作，并通过前一块抽出的板坯轧制条件，动态修正下一块板坯的出钢时刻。此控制思路未考虑钢种、规格、工艺变化对出钢节奏的影响，控制精准性差。因此全自动出钢控制在热轧产线一直以来未得到很好应用，均为人为控制，人为控制的缺点是不同操作工、不同钢种、规格及生产状况下判断的标准不同，轧制节奏控制差异较大，控制节奏慢，影响轧制效率，控制节奏快，造成轧件过程停留振荡或追尾堆钢，特别是在当前热轧产线小批量、多钢种、多规格的生产组织模式下，操作工对出钢节奏的控制误差较大，严重影响了产线效率的发挥。
发明内容
本发明目的是提供一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，回归拟合出轧制节奏精准计算方程，通过编制相关控制程序，收集加热工艺、板坯数据、轧制工艺设定参数进行板坯出炉前的提前判断，从而实现加热炉全自动出钢控制，降低职工劳动强度，实现标准化作业，提高机时产量，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：一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，包含以下步骤：
（1）按各钢种驻炉时间控制标准，设计建立标准数据库，并通过对在炉板坯的跟踪，实现对各钢种驻炉时间的控制及是否满足的判断，以确定加热炉出钢间隔时间，用FT表示；
（2）系统采集每条钢的钢坯尺寸、中间坯设定厚度和成品设定厚度数据，出炉钢坯在出钢请求信号发出状态下收集本条钢的粗轧末道次温度、粗轧轧制速度及终轧设定温度数据，并同时识别粗轧轧制道次、卷箱直通及卷取模式，以确定加热后的板坯在粗轧区和精轧区所需的轧制时间；
（3）根据步骤（2）中的各参数数据采集，运用大数据回归分析的方法拟合出粗轧区和精轧区所需的轧制时间计算公式，具体如下：
粗轧使用5道次轧制：RMT = 114 + 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh - 2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
粗轧使用7道次轧制：RMT = 147+ 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh- 2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
卷箱采用成卷模式：FMT = 80.48 - 0.0033*SlabW - 3.3816*CoilT + 0.008*SlabL - 0.71*MidTh + 0.27*CalRMTemp - 0.35*FXT
卷箱采用直通模式：FMT = 202.6 - 0.004240*SlabW - 2.373*CoilT +0.005013*SlabL+ 0.540*MidTh + 0.16937*CalRMTemp - 0.3862*FXT；
其中RMT为粗轧区所需的轧制时间，与板坯宽度SlabW、板坯长度SlabL、中间坯厚度MidTh、粗轧最高速度Top_RM_Speed和末道次计算温度CalRMTemp有关；FMT为精轧区所需的轧制时间，除板坯宽度、板坯长度、中间坯厚度和末道次计算温度外还与终轧设定温度FXT和成品厚度CoilT有关；其中末道计算温度为板坯出炉前二级模型据钢坯加热时间、粗轧轧制道次和中间坯厚度自动计算数据；
（4）选择公式进行时长判断：比较加热炉的出钢间隔时间FT、粗轧所需的轧制时间RMT和精轧所需的轧制时间FMT，取最长的时间来控制加热炉的出钢节奏，即确定钢坯的轧制间隔时间：
若FT＞RMT＞FMT或FT＞FMT＞RMT，FT为轧制间隔时间
若RMT＞FMT＞FT或RMT＞FT＞FMT，RMT为轧制间隔时间
若FMT＞RMT＞FT或FMT＞FT＞RMT，FMT为轧制间隔时间。
当粗轧区域由于异常情况产生震荡，系统自动集采震荡时间，在所述步骤（4）中轧制间隔时间基础上自动加震荡时间并输出到下一条所需的轧制间隔时间。
所述步骤（1）中，加热炉出钢间隔时间的确定，加热炉从前到后分一加热段、二加热段、三加热段和均热段，影响全自动出钢的钢坯驻炉时间分四种情况：一是仅有总驻炉时间要求的钢种；二是既有总驻炉时间要求，又有均热段驻炉时间要求的钢种；三是既有总驻炉时间要求，又有三加热段+均热段驻炉时间要求的钢种；四是既有总驻炉时间要求，又有一加热段驻炉时间要求的钢种，具体计算公式如下：
第一种情况：FT1=t1/（n1+10）
第二种情况：FT2=t2/n2
第三种情况：FT3=t3/n3
第四种情况：FT4=t4/n4
若四种情况中有两种及以上并存时，加热炉的出钢间隔时间FT=（FT1、FT2、FT3、FT4）中的最大值；
式中：FT为实际加热炉出钢间隔时间；FT1/FT2/FT3/FT4为四种情况的加热炉出钢间隔时间；t1为总驻炉时间下限值,n1为本条钢入炉前两个加热炉的所装板坯总块数,考虑加热炉装满板坯期间有一次精轧换辊，每次换辊时间与装炉十块板坯时间相当，因此总块数为(n1+10)；t2为此钢种在均热段要求的最低驻炉时间，n2为本条钢进入均热段前均热段所装板坯的块数；t3为此钢种要求的在三加热段和均热段最低驻炉时间，n3为本条钢进入三加热段前三加热段和均热段所装板坯的块数；t4为此钢种要求的在一加热段的最低驻炉时间，n4为本条钢进入一加热段前一加热段所装板坯的块数。
本发明的有益效果是：回归拟合出轧制节奏精准计算方程，通过编制相关控制程序，收集加热工艺、板坯数据、轧制工艺设定参数进行板坯出炉前的提前判断，从而实现加热炉全自动出钢控制，降低职工劳动强度，实现标准化作业，提高机时产量。
附图说明
图1是本发明的驻炉时间数据库示意图。
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。
一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，包含以下步骤：
（1）按各钢种驻炉时间控制标准，设计建立标准数据库，并通过对在炉板坯的跟踪，实现对各钢种驻炉时间的控制及是否满足的判断，以确定加热炉出钢间隔时间，用FT表示；
（2）系统采集每条钢的钢坯尺寸、中间坯设定厚度和成品设定厚度数据，出炉钢坯在出钢请求信号发出状态下收集本条钢的粗轧末道次温度、粗轧轧制速度及终轧设定温度数据，并同时识别粗轧轧制道次、卷箱直通及卷取模式，以确定加热后的板坯在粗轧区和精轧区所需的轧制时间；
（3）根据步骤（2）中的各参数数据采集，运用大数据回归分析的方法拟合出粗轧区和精轧区所需的轧制时间计算公式，具体如下：
粗轧使用5道次轧制：RMT = 114 + 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh - 2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
粗轧使用7道次轧制：RMT = 147+ 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh- 2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
卷箱采用成卷模式：FMT = 80.48 - 0.0033*SlabW - 3.3816*CoilT + 0.008*SlabL - 0.71*MidTh + 0.27*CalRMTemp - 0.35*FXT
卷箱采用直通模式：FMT = 202.6 - 0.004240*SlabW - 2.373*CoilT +0.005013*SlabL+ 0.540*MidTh + 0.16937*CalRMTemp - 0.3862*FXT；
其中RMT为粗轧区所需的轧制时间，与板坯宽度SlabW、板坯长度SlabL、中间坯厚度MidTh、粗轧最高速度Top_RM_Speed和末道次计算温度CalRMTemp有关；FMT为精轧区所需的轧制时间，除板坯宽度、板坯长度、中间坯厚度和末道次计算温度外还与终轧设定温度FXT和成品厚度CoilT有关；其中末道计算温度为板坯出炉前二级模型据钢坯加热时间、粗轧轧制道次和中间坯厚度自动计算数据；
（4）选择公式进行时长判断：比较加热炉的出钢间隔时间FT、粗轧所需的轧制时间RMT和精轧所需的轧制时间FMT，取最长的时间来控制加热炉的出钢节奏，即确定钢坯的轧制间隔时间：
若FT＞RMT＞FMT或FT＞FMT＞RMT，FT为轧制间隔时间
若RMT＞FMT＞FT或RMT＞FT＞FMT，RMT为轧制间隔时间
若FMT＞RMT＞FT或FMT＞FT＞RMT，FMT为轧制间隔时间。
当粗轧区域由于异常情况产生震荡，系统自动集采震荡时间，在所述步骤（4）中轧制间隔时间基础上自动加震荡时间并输出到下一条所需的轧制间隔时间。
所述步骤（1）中，加热炉出钢间隔时间的确定，加热炉从前到后分一加热段、二加热段、三加热段和均热段，影响全自动出钢的钢坯驻炉时间分四种情况：一是仅有总驻炉时间要求的钢种；二是既有总驻炉时间要求，又有均热段驻炉时间要求的钢种；三是既有总驻炉时间要求，又有三加热段+均热段驻炉时间要求的钢种；四是既有总驻炉时间要求，又有一加热段驻炉时间要求的钢种，具体计算公式如下：
第一种情况：FT1=t1/（n1+10）
第二种情况：FT2=t2/n2
第三种情况：FT3=t3/n3
第四种情况：FT4=t4/n4
若四种情况中有两种及以上并存时，加热炉的出钢间隔时间FT=（FT1、FT2、FT3、FT4）中的最大值；
式中：FT为实际加热炉出钢间隔时间；FT1/FT2/FT3/FT4为四种情况的加热炉出钢间隔时间；t1为总驻炉时间下限值,n1为本条钢入炉前两个加热炉的所装板坯总块数,考虑加热炉装满板坯期间有一次精轧换辊，每次换辊时间与装炉十块板坯时间相当，因此总块数为(n1+10)；t2为此钢种在均热段要求的最低驻炉时间，n2为本条钢进入均热段前均热段所装板坯的块数；t3为此钢种要求的在三加热段和均热段最低驻炉时间，n3为本条钢进入三加热段前三加热段和均热段所装板坯的块数；t4为此钢种要求的在一加热段的最低驻炉时间，n4为本条钢进入一加热段前一加热段所装板坯的块数。
实施案例1：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
准备装入加热炉的坯料为QP980材质；根据钢种分类QP980在一加热段要求加热时间要求在30分钟以上。
加热炉准备出钢的钢种全部为SPHC，驻炉时间要求110分钟，钢坯宽度、厚度、长度为1250mm*200mm *11800mm，装满需60块钢坯，粗轧5道次轧制，中间坯厚度为38mm，粗轧末道次最大速度为5.1m/s，粗轧末道次计算温度1050℃，卷箱为成卷模式，终轧温度设定880℃，成品宽度、厚度为1250*3.0mm。
具体控制出钢节奏方法如下：QP980坯料准备装入加热炉前，加热炉二级系统跟踪此时在炉一加热段共有10块板坯，此时由于QP980钢种在一加热段驻炉时间要求为30分钟，用（1.4）公式计算FT4=（30*60）/10=180秒/条；加热炉炉准备出钢的SPHC由（1.5）公式计算RMT=106秒，用（1.7）公式计算FMT=109秒,用（1.1）公式计算FT1=94.3秒。由于FT（FT=FT4）大于RMT、FMT，因此在QP980钢种在入炉前至出一加热段期间，据（1.9）判断加热炉的出钢节奏（轧制间隔时间）为FT=180秒。
实施案例2：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
坯料为H420LA-3材质位于加热炉均热段前，钢坯宽度、厚度、长度为1250mm*200mm*11800mm；根据钢种分类H420LA-3在均热段要求加热时间在35分钟。
加热炉准备出钢的钢种全部为SPHC，驻炉时间要求110分钟，钢坯宽度、厚度、长度为1250mm*200mm *11800mm，装满需60块钢坯，粗轧5道次轧制，中间坯厚度为38mm，粗轧末道次最大速度为5.1m/s，粗轧末道次计算温度1050℃，卷箱为成卷模式，终轧温度设定880℃，成品宽度、厚度为1250*3.0mm。
具体控制出钢节奏方法如下：H420LA-3坯料到达加热炉均热段前一个位置，加热炉均热段共有7块板坯，此时由于H420LA-3钢种均热段驻炉时间要求为35分钟，用（1.2）公式计算FT2=（35*60）/7=300秒/条，用（1.1）公式计算FT1=94.3秒；加热炉炉准备出钢的SPHC用（1.5）、（1.7）公式计算RMT=106秒，FMT=109秒。由于FT（FT=FT2）大于RMT、FMT，因此在H420LA-3钢种在进入均热段前至到达出炉口期间，据（1.9）判断加热炉的出钢节奏（轧制间隔时间）为300秒。
实施案例3：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
准备进入加热炉一加热段的钢坯材质为QP980共10块，钢坯宽度、厚度、长度为1250mm*200mm *11800mm；一加热段内共有10块材质为SPHC钢坯；准备进入均热段的钢坯H420LA-3共7块，加热炉均热段共有7块材质为SPHC板坯，此时加热炉内除7块H420LA-3外全部为SPHC钢坯，钢坯宽度、厚度、长度为1250mm*200mm *11800mm。全部钢坯粗轧使用5道次轧制。SPHC中间坯厚度为38mm，粗轧末道次最大速度为5.1m/s，粗轧末道次计算温度1050℃，终轧温度设定880℃，成品厚度为3.0mm；H420LA-3中间坯厚度为32mm，粗轧末道次最大速度为4.1m/s，粗轧末道次计算温度1080℃，终轧温度设定870℃，成品厚度为3.5mm；QP980中间坯厚度为32mm，粗轧末道次最大速度为4.1m/s，粗轧末道次计算温度1100℃，终轧温度设定860℃，成品厚度为3.5mm。
具体控制出钢节奏方法如下：加热炉出钢位SPHC材质钢坯入炉前炉内共有60块板坯，SPHC驻炉时间要求为110分钟。在H420LA-3材质钢坯开始进入均热段至全部进入均热段期间，由（1.1）公式FT1=94.3秒，由（1.2）公式FT2=35*60/7=300秒，由（1.4）公式FT4=30*60/10=180秒，由（1.5）公式计算RMT=106秒，由（1.7）公式计算FMT=109秒，轧制时间间隔据（1.9）判断为FT=FT2=300秒。H420LA-3材质开始出炉至全部出炉期间，FT=FT4=180秒，RMT=115秒，FMT=123秒，轧制时间间隔据（1.9）判断为FT=FT4=180秒。H420LA-3材质全部出炉时一加热段QP980材质剩余3块，在剩余QP980材质钢坯出一加热段期间，FT=FT4=180秒，RMT=106秒，FMT=109秒，轧制时间间隔据（1.9）判断为FT=FT4=180秒。
实施案例4：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
加热炉全部钢种无特殊驻炉时间要求并且满足驻炉时间110分钟，炉内可装60块钢坯，材质SPHC，钢坯尺寸见表1，粗轧5道次轧制，卷箱成卷模式，据（1.1）、（1.5）、（1.7）公式计算，如表1所示。
表1. 满足驻炉时间时轧制间隔时间
实施案例5：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
加热炉全部钢种无特殊驻炉时间要求并且满足驻炉时间110分钟，炉内可装60块钢坯，加热炉内坯料为SPHC材质，钢坯尺寸见表2，粗轧由5道轧制转换至7道次轧制，卷箱成卷模式，据（1.1、）（1.5）、（1.6）、（1.7）公式计算，如表2所示。
表2. 粗轧道次转换轧制间隔时间
实施案例6：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
加热炉全部钢种无特殊驻炉时间要求并且满足驻炉时间110分钟，炉内可装60块钢坯，加热炉内坯料为SPHC材质，钢坯尺寸见表3，粗轧5道次轧制，卷箱由成卷模式转换至直通模式，据（1.1）、（1.5）、（1.7）、（1.8）公式计算，如表3所示。
表3. 卷箱模式转换轧制间隔时间
实施案例7：基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法具体如下所述。
加热炉全部钢种无特殊驻炉时间要求并且满足驻炉时间110分钟，炉内可装60块钢坯，加热炉内坯料为SPHC材质，粗轧5道次轧制，卷箱成卷模式，粗轧入口由于卷箱异常产生震荡停留时间5秒，据（1.1）、（1.5）、（1.7）公式计算，震荡时间自动增加到下一条的出钢节奏中，如表4所示。
表4. 粗轧区产生震荡时轧制间隔时间
Claims (3)
1.一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）按各钢种驻炉时间控制标准，设计建立标准数据库，并通过对在炉板坯的跟踪，实现对各钢种驻炉时间的控制及是否满足的判断，以确定加热炉出钢间隔时间，用FT表示；
（2）系统采集每条钢的钢坯尺寸、中间坯设定厚度和成品设定厚度数据，出炉钢坯在出钢请求信号发出状态下收集本条钢的粗轧末道次温度、粗轧轧制速度及终轧设定温度数据，并同时识别粗轧轧制道次、卷箱直通及卷取模式，以确定加热后的板坯在粗轧区和精轧区所需的轧制时间；
（3）根据步骤（2）中的各参数数据采集，运用大数据回归分析的方法拟合出粗轧区和精轧区所需的轧制时间计算公式，具体如下：
粗轧使用5道次轧制：RMT = 114 + 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh -2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
粗轧使用7道次轧制：RMT = 147+ 0.0058*SlabW + 0.0057*SlabL - 1.18*MidTh -2.18*Top_RM_Speed - 0.0249*CalRMTemp
卷箱采用成卷模式：FMT = 80.48 - 0.0033*SlabW - 3.3816*CoilT + 0.008*SlabL- 0.71*MidTh + 0.27*CalRMTemp - 0.35*FXT
卷箱采用直通模式：FMT = 202.6 - 0.004240*SlabW - 2.373*CoilT + 0.005013*SlabL+ 0.540*MidTh + 0.16937*CalRMTemp - 0.3862*FXT；
其中RMT为粗轧区所需的轧制时间，与板坯宽度SlabW、板坯长度SlabL、中间坯厚度MidTh、粗轧最高速度Top_RM_Speed和末道次计算温度CalRMTemp有关；FMT为精轧区所需的轧制时间，除板坯宽度、板坯长度、中间坯厚度和末道次计算温度外还与终轧设定温度FXT和成品厚度CoilT有关；其中末道计算温度为板坯出炉前二级模型据钢坯加热时间、粗轧轧制道次和中间坯厚度自动计算数据；
（4）选择公式进行时长判断：比较加热炉的出钢间隔时间FT、粗轧所需的轧制时间RMT和精轧所需的轧制时间FMT，取最长的时间来控制加热炉的出钢节奏，即确定钢坯的轧制间隔时间：
若FT＞RMT＞FMT或FT＞FMT＞RMT，FT为轧制间隔时间
若RMT＞FMT＞FT或RMT＞FT＞FMT，RMT为轧制间隔时间
若FMT＞RMT＞FT或FMT＞FT＞RMT，FMT为轧制间隔时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，其特征在于：当粗轧区域由于异常情况产生震荡，系统自动集采震荡时间，在所述步骤（4）中轧制间隔时间基础上自动加震荡时间并输出到下一条所需的轧制间隔时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的热轧线全自动加热炉出钢控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，加热炉出钢间隔时间的确定，加热炉从前到后分一加热段、二加热段、三加热段和均热段，影响全自动出钢的钢坯驻炉时间分四种情况：一是仅有总驻炉时间要求的钢种；二是既有总驻炉时间要求，又有均热段驻炉时间要求的钢种；三是既有总驻炉时间要求，又有三加热段+均热段驻炉时间要求的钢种；四是既有总驻炉时间要求，又有一加热段驻炉时间要求的钢种，具体计算公式如下：
第一种情况：FT1=t1/（n1+10）
第二种情况：FT2=t2/n2
第三种情况：FT3=t3/n3
第四种情况：FT4=t4/n4
若四种情况中有两种及以上并存时，加热炉的出钢间隔时间FT=（FT1、FT2、FT3、FT4）中的最大值；
式中：FT为实际加热炉出钢间隔时间；FT1/FT2/FT3/FT4为四种情况的加热炉出钢间隔时间；t1为总驻炉时间下限值,n1为本条钢入炉前两个加热炉的所装板坯总块数,考虑加热炉装满板坯期间有一次精轧换辊，每次换辊时间与装炉十块板坯时间相当，因此总块数为(n1+10)；t2为此钢种在均热段要求的最低驻炉时间，n2为本条钢进入均热段前均热段所装板坯的块数；t3为此钢种要求的在三加热段和均热段最低驻炉时间，n3为本条钢进入三加热段前三加热段和均热段所装板坯的块数；t4为此钢种要求的在一加热段的最低驻炉时间，n4为本条钢进入一加热段前一加热段所装板坯的块数。
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