CN115141926A - 一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环形加热炉中钢坯加热过程控制技术领域，公开了一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法。包括建立规则编辑器，并进一步生成及优化钢坯目标升温曲线，钢坯目标升温曲线TL的表达式为：TL＝[TP1,TP2…,TPN]*δ其中，TL为钢坯在炉内沿位置逐渐升温的目标值曲线，[TP1,TP2…,TPN]为对应位置的钢坯目标温度值，δ为可调整系数，δ具体值可根据热工工程师的烧钢经验、钢坯出炉温度的检测反馈及均温时间确定。得到合理的钢坯目标升温曲线。
Description
技术领域
本发明属于环形加热炉中钢坯加热过程控制技术领域，本发明涉及一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法。
背景技术
环形加热炉是热轧过程中重要的设备之一，主要是给圆柱坯加热。环形加热炉也是整个热轧线上耗能最多的设备，但随着能源的过度消耗，对各个热加工厂都提出了优化加热工艺和控制水平提高等要求，但国内大部分钢厂在加热炉控制方面都建立在个人经验基础上，缺乏高效和降低成本方法，这就对环形加热炉炉温自主优化控制提出要求。
环形加热炉的工艺目的是使得钢坯温度在出炉端满足轧制工艺要求，因此，钢坯温度可作为控制目标，以此实现对炉温的优化控制。在实现环形加热炉炉温自主控制中，钢坯目标升温曲线具有指导作用，是整个炉温优化控制过程中前提。已有的钢坯升温曲线的特点：一是，基于热工学以数值模拟得到理论上且单一的钢坯目标升温曲线；二是，钢坯目标升温曲线的约束条件存在不可靠性，对参数的优化没有确定的优化目标值，较宽泛。
钢坯目标升温曲线的生成需要可靠的约束条件，以此来指导实际生产时的炉温。以上提到的钢坯目标升温曲线的生成缺少可靠的约束条件，并且以环形加热炉为背景生成钢坯目标升温曲线的方法急需开发。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，得到合理的钢坯目标升温曲线。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，包括建立规则编辑器，并进一步生成及优化钢坯目标升温曲线，钢坯目标升温曲线TL的表达式为：
TL＝[TP1,TP2…,,TPn]*δ
其中，TL为钢坯在炉内沿位置逐渐升温的目标值曲线，[TP1,TP2…,,TPn]为对应位置的钢坯目标温度值，δ为可调整系数，δ具体值可根据热工工程师的烧钢经验、钢坯出炉温度的检测反馈及均温时间确定。
1)建立规则编辑器，根据已有的热工学领域中的传热数学模型，结合c#建立规则编辑器；规则编辑器是面向热工工程师生成钢坯目标升温曲线及静态优化的可编辑平台，输入及计算的相关数据保存于数据库中并应用于生产，达到炉温优化的目的。
2)利用当前应用的加热制度(钢厂已有的环形加热炉烧钢时的温度约束及加热时间准则)中各炉段的温度上下限逆向转化为指导钢坯升温的目标钢坯升温曲线及其范围。
3)以钢坯最小加热时间在规则编辑器中生成的钢坯目标升温曲线随位置的变化，曲线缓慢上升，消除横轴为时间带来生产节奏不稳定的影响。
4)在基准曲线的基础上依据目标出炉温度和均温时间进行人机交互的静态优化有三种。第一，只确定目标出炉温度，调整系数保证钢坯进入均温段之前满足出炉温度要求；第二，确定目标出炉温度和均温时间，均温时间转换为钢坯在炉内的均温路径，调整系数使得钢坯在达到均温路径之前满足目标出炉温度要求；第三，给出炉段内多钢种时每根钢坯可优化范围，依据钢坯加热质量要求的温度偏移值，确定优化范围，保证钢坯质量的前提下优化曲线。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)根据热工学技术的传热数学模型，建立炉内及钢坯(圆坯)内部的传热数学模型，结合c#建立规则编辑器，在热工工程师确认的情况下可随时修改钢坯目标升温曲线，更改加热规则；
2)加热制度中给出的各炉段温度上下限，用来保证钢坯升温曲线生成的合理性和实用性；
3)钢坯目标升温曲线的横轴为钢坯在炉内的位置，纵坐标为钢坯目标温度，横轴不是以时间作参考是为了防止停炉等其他因素对生产节奏带来的影响，如果横轴以时间作为参考，当发生停炉时，时间会无限大，直接导致温度设定的不合理性，且实现钢坯到达某一位置时，根据钢坯位置跟踪(环形加热炉带动钢坯前进是依靠炉底转盘的旋转，记录钢坯装炉时的角度，每次加上转盘旋转码值，得到实时跟踪钢坯位置)，实现炉段温度设定满足此钢坯加热环境温度值；
4)当给出目标出炉温度和均温时间时，通过人机交互方式确定δ值，得到合理的钢坯目标升温曲线。
5)依据钢坯加热质量要求的温度偏移值给出炉段内存在多钢种时对应每根钢坯可优化范围，在实际生产中，炉段内钢种质量要求比较高的按照此类钢坯目标升温曲线范围的下限烧，钢种质量要求相对较为宽泛的钢坯可按此类照钢坯目标升温范围的上限烧，保证这一炉段内的所有钢坯在都能满足升温过程的前提下，对炉温优化设定也有很大的改进。以此在同一炉段内存在不同目标升温的钢坯可以选取合适的δ值确保钢坯都能满足要求。
附图说明
图1为本发明的方法实际应用的环形加热实际生产画面示意图。
图2为生成的钢坯目标升温曲线的规则编辑器示意图。
图3为钢坯目标升温曲线的生成条件流程图。
图4为规则编辑器的各模块结合图。
图5为钢坯直径选择图
图6为输入加热制度
图7为比例系数调整
图8为计算加热时间按钮
图9为数据库中存储的部分数据
图10为基于钢坯温度的炉温自主控制按钮
图11为基于钢坯温度的炉温状态评价
图12为基于钢坯目标温度控制的实际钢坯升温过程
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
根据图3的钢坯目标升温曲线生成流程建立图4中的规则编辑器模块，进一步在图2中实现具体的操作得到钢坯目标升温曲线，包括以下步骤：
步骤一：依据热工专家烧钢经验建立图4规则编辑器各模块；
具体地，包括传热数学模型、加热制度、钢种选择、系数调节、钢坯目标升温曲线、出炉温度要求和均温时间要求7部分内容；
(1)传热数学模型。以热工学技术的传热数学学科建立钢坯内部传热数学模型，作为生成钢坯目标升温曲线的工具。
(2)加热制度。是用以约束司炉工用以正确操作炉温设定的温度策略，也是属于专家的知识库，在钢坯目标升温曲线中是不可省略的条件之一。
(3)钢种选择。钢坯目标升温曲线的生成对应的是特定的某一种钢坯，在选择钢种时，就直接确定钢坯的直径、碳含量和加热制度等其他钢坯特点。在曲线生成之前选定钢种。
(4)系数调节。系数对于钢坯目标升温曲线的生成有着决定性作用，使用加热制度生成两条曲线，分别为上限和下限钢坯升温曲线，在上限和下限之间则可调整系数改变曲线生成的趋势。系数调整窗口的建立也是实现人机交互的操作功能，是本发明的一个优势。
(5)出炉温度要求。出炉温度是钢坯在离开环形加热炉时使用温度检测设备测量的钢坯通体温度，出炉温度决定着钢坯目标升温曲线的整个升温过程，通过反馈来调整系数值。
(6)均温时间要求。在任何给钢坯加热的环形加热炉中都有均温段，均温段的作用就是减小钢坯整体的温度偏差，保证钢坯均匀性良好。
(7)钢坯目标升温曲线。钢坯目标升温是整个系统建立最终实现的结果，钢坯目标升温曲线的生成相关数据将会被保存在Oracle11g数据库中，在需要的时候可随时调取。
步骤二：加热制度与传热数学模型的结合方法；
具体地，传热数学模型是得出钢坯随时间地变化温度也逐渐变化，加热制度作为输入条件，输出为钢坯目标升温曲线。加热制度包括各炉段温度上下限和钢坯最小加热时间，炉段炉温的上下限用来约束钢坯目标升温曲线生成的范围，保证在范围内生成钢坯目标升温曲线都是可以作为炉温设定的依据，保证钢坯目标升温曲线的可靠性，且需把最小加热时间转换为位置，具体如下：
环形加热炉存在一个最小的生产节奏v，才能保证完成产量要求。依据环形加热炉的正常生产速度和钢坯在炉内加热的最小时间要求，确定钢坯在炉内的位置。以位置作为钢坯目标升温曲线，可消除生产节奏的不稳定带来的影响，无论是正转、反转、生产节奏快或慢，都可保证对应位置有对应温度，位置计算可表示为
p＝v*t
钢坯目标升温曲线生成及优化；
钢坯目标升温曲线生成：具体地，炉段炉温的上下限，用来约束钢坯目标升温曲线生成的范围，保证在范围内生成钢坯目标升温曲线都是可以作为炉温设定的依据，保证钢坯目标升温曲线的可靠性，可表示为公式
T'up＝F(Ttu,p)
T'd＝F(Ttd,p)
依据温度上下限得到两条钢坯目标升温曲线，分别是钢坯温度上限与钢坯温度下限，可得到一个钢坯目标升温曲线的约束范围，最终选取的钢坯目标升温曲线就在这个范围之间，其公式可表述为：
T'a＝F1(T'up,T'd)*δ
其中，T′up为钢坯上限温度；T′d为钢坯下限温度；Ttu为加热制度上限温度；Ttd为加热制度下限温度；p为钢坯在环炉内的位置；v为环炉生产平均速度；t为钢坯在炉最小要求时间；T′a为钢坯目标温度值；δ为比例系数，取值范围(0，1)。
综上所述，钢坯目标升温曲线T'a的表达式也可表示为：
T'a＝F1(T'up,T'd)*δ＝TL＝[TP1,TP2…,,TPn]*δ
其中，[TP1,TP2…,,TPn]为对应环形加热炉内被加热钢坯旋转到任何的角度所在位置的温度值，钢坯在环形加热炉内加热时，任何位置都有对应的钢坯温度值。
优化：具体地，主要依据人机交互式调整系数。
(1)确定出炉温度，不确定均温时间。加热制度中没有给出明确的均温时间，钢坯进入均温段时就必须达到出炉温度要求，保证钢坯在炉内有一定的均温时间。
(2)确定出炉温度和均温时间。加热制度给出确定的出炉温度和均温时间，根据下式得出目标均温周长和钢坯有效加热周长，确定钢坯在环形加热炉内达到有效加热周长时，需达到钢坯出炉温度要求，可以人机交互的方式调整系数满足出炉温度和均温时间要求。
Lh＝L-La
式中，ta为目标均温时间；Tm为钢坯加热最小总时间；L为环形加热炉有效周长；La为目标均温周长；Lh为钢坯有效加热周长。
(3)给定炉段内多钢种情况下的钢坯优化范围。环形加热炉内有时并不是一种钢坯在加热，而会在一个炉段内存有许多种钢坯，在这种情况下，依据炉段内每根钢坯目标升温曲线进行综合炉温评价，在设定炉温时会满足所有钢种温度要求，其表达式为
式中，T′up为钢坯上限温度；T′d为钢坯下限温度；v为环炉生产平均速度；t为钢坯在炉最小要求时间；T′a为钢坯目标温度值；δ为比例系数；TL为优化后的钢坯目标升温曲线；λ为在上下边界约束范围内的调整系数，
步骤三：搭建规则编辑器；
具体地，根据热工学技术的传热数学模型，结合C#建立规则编辑器。规则编辑器是以热工专家对炉温操作的经验，面向热工工程师生成钢坯目标升温曲线及静态优化的可编辑平台，输入及计算的相关数据保存于数据库中并应用于生产，达到炉温优化的目的。
具体地，可把界面分为钢种选择模块、加热制度模块、比例系数调整模块、计算加热时间模块以及模型计算曲线生成模块等，以下对对几个模块进行详细介绍：
(1)钢种选择模块
钢坯目标升温曲线的生成的第一步是钢种的选择，不同的钢种对应不同的钢坯目标升温曲线。环形加热炉中是以直径的不同划分为不同的钢种，需要实现的功能如图5所示。
(2)加热制度模块
钢坯目标升温方法是以加热制度作为约束条件，每一钢种都有对应的加热制度，包括各炉段的温度上下限、出炉温度和均温时间。对于一个钢种有一个固定的均温时间、一个出炉温度和最小加热时间，因此，三个变量分别建立一个可输入文本框即可。但是，炉温上下限是对应7个炉段和一个热回收段，就需要插入一个gridcontrol控件来建立列表，对应8个炉段。本设计界面选择的gridcontrol来自于C#中的DevExpress插件，DevExpress插件为C#建立画面提供大量的控件。gridcontrol控件设计好之后如图6右半部分所示，可在对应炉段和温度上下限的列表下输入具体的温度要求。
(3)比例系数调整模块
钢种选择和加热制度输入之后，需要选取合适的比例系数，人机交互式的生成及优化系数得到合适的钢坯目标升温曲线，对应的显示窗口如图7所示。
(4)计算加热时间模块
在以上的条件的支持下，可以对钢坯在每个炉段内加热的时间进行计算，每炉段内的加热时间是根据每个炉段的长度与环形加热炉加热周长之比，再与总时间相乘得到，点击计算加热时间按钮可得到如图8所示每段的加热时间。
(5)模型计算曲线生成模块
根据以上计算的炉段加热时间，点击模型计算可得出升温曲线和钢坯离段温度，如图2所示。在曲线生成这一部分使用到的控件为chartcontrol，以曲线的形式展示规则编辑器对数据的处理结果。
(6)数据库中存储在C#程序中建立接口类IHeatModeService，接口包含成员的方法、属性，且不能直接被实例化，本文使用网络http协议实现接口类的定义及实体和对象的映射，可实现规则编辑器中所涉及到的输入和计算数据存储与读写，图9为存到数据库中的部分数据，对于其他程序块的调用也通过对象实体映射的方法直接读取相关数据。
步骤四：规则编辑器使用；
具体地，
1、选择规则编辑，打开画面；
2、打开直径下拉菜单，进行钢种选择；
3、输入对应钢种的加热制度，包括炉温上下限、加热总时间、目标均温时间和目标出炉温度；
4、在线智能计算可选可不选，不选属于人机交互式静态调整系数，选择属于智能在线动态调整系数；
5、点击计算加热时间，得出对应8个炉段的加热时间；
6、点击模型计算，得出离段温度(钢坯离开某一炉段的温度)和钢坯目标升温曲线；
7、最后点击保存，相关数据会直接保存到数据库。
按照以上步骤可实现钢坯目标升温曲线以及静态优化曲线，保存作为加热规则库，可供其他模块使用，实现优化炉温设定的目的。
步骤五：钢坯目标升温曲线具体应用；
具体地，如图10所示，选择钢温控制按钮后，再选择各炉段的基于钢坯温度控制按钮，既可以依据钢坯目标升温曲线进行对炉温设定，执行钢温控制的前提是，需先选择自动烧钢、设定有效和炉温控制。如图11所示，其中加热状态是依据钢坯目标升温曲线与炉内实时计算的钢坯温度差值进行评判的结果。
步骤六：应用结果
具体地，依据钢坯目标升温曲线进行对炉温设定的相关操作和过程数据在上文中做出介绍，图12所示为依据钢坯目标升温曲线设定得到的实际生产中的钢坯升温过程结果与目标升温曲线对比。对两条曲线的介绍如下：
(1)偏上的曲线为实时对环形加热炉内钢坯升温芯部温度的计算曲线；另一条则为依据规则编辑器在线优化比例系数得到的钢坯目标升温曲线。依据目标钢坯升温曲线对炉温设定的结果会使得炉内钢坯基本按照理想目标升温曲线逐渐升温。
(2)钢坯目标升温曲线的中部出现波动的现象。原因有两个，第一，在规则编辑器中钢坯目标升温曲线生成的横坐标为钢坯对应炉内的位置，而与实时计算的芯部温度曲线对比的横坐标为时间；第二，是环形加热炉在生产的过程中出现倒转或停炉的情况，生产节奏变成负值，对应位置倒回上一次计算的位置，则会发生在时间轴里目标温度下降的趋势。
(3)实时计算的钢坯芯部温度曲线也出现较小的波动，但依然升温。因为在出现反转时，整个炉内气氛会随着炉盘的倒转而倒流，会导致上一炉段的温度高于原本未倒转的温度，钢坯会继续升温，但速率没有原来的快。
应用例
如图1所示：钢坯位置跟踪的目的是保持钢坯在加热过程中钢坯位置记录的准确性，具体内容如下：
(1)钢坯信息初始化
钢坯加热生产计划(又称钢坯PDI)是钢坯加热过程的生产指导信息，将伴随着钢坯的整个加热周期，钢坯信息初始化就是在确定某钢坯开始加热后(上料完成)，根据钢坯PDI生成一个钢坯信息记录，并与钢坯实体之间建立一一对应关系。
在没有实现坯料库全自动管理之前，钢坯PDI信息确认过程可能需要操作人员进行干预，以消除信息指定过程中可能存在的不确定性。此时，计算机的职责是提示操作人员当前计划的执行状态，同时提供便于操作的人机交互窗口，并直观地显示待操作数据。
自主控制系统建立了PDI获取和管理系统，该系统承担两项功能：从MES获取计划信息，或在本地录入生产计划信息。
钢坯信息初始化还要完成钢坯加热过程工艺目标参数的指定，例如钢坯目标升温曲线等，用于实时计算钢坯温度偏差。
(2)钢坯炉前位置跟踪
在钢坯完成上料确认后，系统将根据加热炉炉前区域各类检测装置的检测结果，判定钢坯当前位置，目的是为操作人员提供直观的炉前钢坯分布状态。
(3)钢坯装炉事件处理
自主控制系统提供钢坯装炉操作功能，也允许操作人员根据自己的工作习惯在基础控制系统(原控制系统)中操作钢坯装炉。
系统实时监视炉前钢坯的存在状态，并结合其它事件信息，判定钢坯是否完成进炉操作。当系统发现钢坯完成进炉操作后，记录钢坯进到炉内的位置，确定钢坯的初始温度。
系统标识钢坯进入加热炉，用于指示钢坯温度跟踪系统开始该钢坯的温度跟踪。
(4)钢坯炉内位置修正
在钢坯进入加热炉后，自主控制系统将根据与基础控制系统定时同步得到的钢坯位置信息，跟踪修正炉内钢坯的位置状态，以保证钢坯温度跟踪系统能够准确计算钢坯环境温度。
钢坯炉内位置修正的另一项任务是判定钢坯是否出炉，借此监视钢坯出炉事件的确定性。
钢坯位置跟踪功能实现方式将与基础控制系统开发团队协商解决。
钢坯炉内位置修正还负责计算钢坯当前运行速度和速度变化趋势，用于支持系统判定当前的生产节奏。
(5)钢坯出炉事件处理
自主控制系统提供钢坯出炉操作功能，也允许操作人员根据已有的工作习惯在基础控制系统中操作钢坯出炉。
系统发现有钢坯出炉事件后，记录出炉钢坯信息的同时，将钢坯出炉温度等信息发送给MES(选项)。
如图2所示，将热工工艺定义的“基于炉温约束和加热时间约束的加热制度”映射为“基于钢坯目标升温过程的钢坯升温过程加热规则(集)”。规则生成过程是人机交互过程，由热工专家利用自主控制系统提供的规则生成平台，将针对某类钢种的炉温约束和加热时间约束转换为“钢坯工艺温度”(工艺规定的检测对象，如芯部温度或平均温度等)的变化过程。系统将目标钢坯升温过程曲线(横坐标：位置，纵坐标：钢温)组合成新的基于钢坯温度的加热规则。系统保存加热规则直至下次修改，并为其它子系统提供使用规则服务。
如图3所示，钢坯目标升温曲线的生成条件流程图；
步骤一：选择规则编辑，打开画面；
步骤二：打开直径下拉菜单，进行钢种选择；
步骤三：输入对应钢种的加热制度，包括炉温上下限、加热总时间、目标均温时间和目标出炉温度；
步骤四：在线智能计算可选可不选，不选属于人机交互式静态调整系数，选择属于智能在线动态调整系数；
步骤五：点击计算加热时间，得出对应8个炉段的加热时间；
步骤六：点击模型计算，模型计算公式：
其中，L为钢坯在炉内沿位置逐渐升温的初始计算升温曲线，为系数优化提供模型参考，[TP1,TP2…,,TPn]为对应位置的钢坯目标温度值，
为当前正在生产使用的加热制度(包括各炉段温度上下限和加热最小时间)；Q为传热数学模型。
得出离端温度(钢坯离开某一炉段的温度)和钢坯目标升温曲线；
步骤七：最后点击保存，相关数据会直接保存到数据库。
按照以上步骤可实现钢坯目标升温曲线以及静态优化曲线，保存作为加热规则库，可供其他模块使用，实现优化炉温设定的目的。
本发明所提供的一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，以温度场模型为计算温度随时间变化的工具，且以加热制度(包括各炉段温度设定的上下限、加热时间、钢坯出炉温度要求三部分)为约束条件，假设环形加热炉匀速运动，得到钢坯在炉内对应位置的目标升温曲线。
本发明所提供的一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，已经通过c#程序编写成规则编辑器平台，如图2所示。此规则编辑器平台可供热工工程师使用，通过调整钢种、输入加热制度和系数可以快速的生成钢坯目标升温曲线，以供环形加热炉炉温优化控制提供目标参考值。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (3)
1.一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，其特征是，包括建立规则编辑器，并进一步生成及优化钢坯目标升温曲线，钢坯目标升温曲线TL的表达式为：
TL＝[TP1,TP2…,,TPn]*δ
其中，TL为钢坯在炉内沿位置逐渐升温的目标值曲线，[TP1,TP2…,,TPn]为对应位置的钢坯目标温度值，δ为可调整系数，δ具体值可根据热工工程师的烧钢经验、钢坯出炉温度的检测反馈及均温时间确定。
2.如权利要求1所述的一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，其特征是，具体地，
步骤一：建立规则编辑器各模块；
包括传热数学模型、加热制度、钢种选择、系数调节、钢坯目标升温曲线、出炉温度要求和均温时间要求7部分内容；
(1)传热数学模型；以热工学技术的传热数学学科建立钢坯内部传热数学模型，作为生成钢坯目标升温曲线的工具；
(2)加热制度；是用以约束司炉工用以正确操作炉温设定的温度策略，也是属于专家的知识库；
(3)钢种选择；钢坯目标升温曲线的生成对应的是特定的某一种钢坯，在选择钢种时，就直接确定钢坯的直径、碳含量和加热制度等其他钢坯特点；在曲线生成之前选定钢种；
(4)系数调节；系数对于钢坯目标升温曲线的生成有着决定性作用，使用加热制度生成两条曲线，分别为上限和下限钢坯升温曲线，在上限和下限之间则可调整系数改变曲线生成的趋势；
(5)出炉温度要求；出炉温度是钢坯在离开环形加热炉时使用温度检测设备测量的钢坯通体温度，出炉温度决定着钢坯目标升温曲线的整个升温过程，通过反馈来调整系数值；
(6)均温时间要求；在任何给钢坯加热的环形加热炉中都有均温段，均温段的作用就是减小钢坯整体的温度偏差，保证钢坯均匀性良好；
(7)钢坯目标升温曲线；钢坯目标升温是整个系统建立最终实现的结果，钢坯目标升温曲线的生成相关数据将会被保存在Oracle11g数据库中，在需要的时候可随时调取；
步骤二：加热制度与传热数学模型的结合方法；
传热数学模型是得出钢坯随时间地变化温度也逐渐变化，加热制度作为输入条件，输出为钢坯目标升温曲线；加热制度包括各炉段温度上下限和钢坯最小加热时间，炉段炉温的上下限用来约束钢坯目标升温曲线生成的范围，保证在范围内生成钢坯目标升温曲线都是可以作为炉温设定的依据，保证钢坯目标升温曲线的可靠性，且需把最小加热时间转换为位置；
步骤三：搭建规则编辑器；
根据热工学技术的传热数学模型，结合C#建立规则编辑器。规则编辑器是以热工专家对炉温操作的经验，面向热工工程师生成钢坯目标升温曲线及静态优化的可编辑平台，输入及计算的相关数据保存于数据库中并应用于生产，达到炉温优化的目的；
步骤四：规则编辑器使用；
实现钢坯目标升温曲线以及静态优化曲线，保存作为加热规则库；
步骤五：钢坯目标升温曲线应用。
3.权利要求1所述的一种指导钢坯加热过程控制的钢坯目标升温曲线生成方法，其特征是，步骤二：加热制度与传热数学模型的结合方法；
具体如下：
环形加热炉存在一个最小的生产节奏v，才能保证完成产量要求；依据环形加热炉的正常生产速度和钢坯在炉内加热的最小时间要求，确定钢坯在炉内的位置；以位置作为钢坯目标升温曲线，可消除生产节奏的不稳定带来的影响，无论是正转、反转、生产节奏快或慢，都可保证对应位置有对应温度，位置计算可表示为
p＝v*t
钢坯目标升温曲线生成及优化；
钢坯目标升温曲线生成：具体地，炉段炉温的上下限，用来约束钢坯目标升温曲线生成的范围，保证在范围内生成钢坯目标升温曲线都是可以作为炉温设定的依据，保证钢坯目标升温曲线的可靠性，可表示为公式
T′up＝F(Ttu,p)
T′d＝F(Ttd,p)
依据温度上下限得到两条钢坯目标升温曲线，分别是钢坯温度上限与钢坯温度下限，可得到一个钢坯目标升温曲线的约束范围，最终选取的钢坯目标升温曲线就在这个范围之间，其公式可表述为：
T′a＝F1(T′up,T′d)*δ
其中，T′up为钢坯上限温度；T′d为钢坯下限温度；Ttu为加热制度上限温度；Ttd为加热制度下限温度；p为钢坯在环炉内的位置；v为环炉生产平均速度；t为钢坯在炉最小要求时间；T′a为钢坯目标温度值；δ为比例系数，取值范围(0，1)；
综上所述，钢坯目标升温曲线T′a的表达式也可表示为：
T′a＝F1(T′up,T′d)*δ＝TL＝[TP1,TP2…,,TPn]*δ
其中，[Tp1,Tp1...,Tpn]为对应环形加热炉内被加热钢坯旋转到任何的角度所在位置的温度值，钢坯在环形加热炉内加热时，任何位置都有对应的钢坯温度值。
优化：具体地，主要依据人机交互式调整系数；
(1)确定出炉温度，不确定均温时间；加热制度中没有给出明确的均温时间，钢坯进入均温段时就必须达到出炉温度要求，保证钢坯在炉内有一定的均温时间；
(2)确定出炉温度和均温时间；加热制度给出确定的出炉温度和均温时间，根据下式得出目标均温周长和钢坯有效加热周长，确定钢坯在环形加热炉内达到有效加热周长时，需达到钢坯出炉温度要求，可以人机交互的方式调整系数满足出炉温度和均温时间要求；
Lh＝L-La
式中，ta为目标均温时间；Tm为钢坯加热最小总时间；L为环形加热炉有效周长；La为目标均温周长；Lh为钢坯有效加热周长；
(3)给定炉段内多钢种情况下的钢坯优化范围；环形加热炉内有时并不是一种钢坯在加热，而会在一个炉段内存有许多种钢坯，在这种情况下，依据炉段内每根钢坯目标升温曲线进行综合炉温评价，在设定炉温时会满足所有钢种温度要求，其表达式为
式中，T′up为钢坯上限温度；T′d为钢坯下限温度；v为环炉生产平均速度；t为钢坯在炉最小要求时间；T′a为钢坯目标温度值；δ为比例系数；TL为优化后的钢坯目标升温曲线；λ为在上下边界约束范围内的调整系数。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115828772A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-21 | 科大智能物联技术股份有限公司 | 一种融合正向机理与机器学习的钢坯温度的快速计算方法 |
| CN116385354A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-07-04 | 北京瓦特曼智能科技有限公司 | 圆形钢坯的偏移越界检测方法、设备及介质 |
| CN116622977A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-08-22 | 大连新瑞晨自动化科技有限公司 | 基于双目标轨迹的加热炉钢坯升温过程控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102994731A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-27 | 中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司 | 加热炉炉内坯料优化加热曲线计算系统及方法 |
| CN106636610A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-10 | 浙江中控研究院有限公司 | 一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法 |
| CN106906352A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-06-30 | 重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 | 一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法 |
| CN111809040A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-23 | 深圳城市节能环保科技有限公司 | 一种轧钢加热炉的控制方法和装置 |
-
2022
- 2022-06-23 CN CN202210717094.9A patent/CN115141926B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102994731A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-27 | 中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司 | 加热炉炉内坯料优化加热曲线计算系统及方法 |
| CN106636610A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-10 | 浙江中控研究院有限公司 | 一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法 |
| CN106906352A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-06-30 | 重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 | 一种轧钢加热炉钢坯混装时的加热方法 |
| CN111809040A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-23 | 深圳城市节能环保科技有限公司 | 一种轧钢加热炉的控制方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 柯华立等: "板坯加热炉升温曲线研究及应用", 《冶金自动化》, pages 1 - 2 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115828772A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-21 | 科大智能物联技术股份有限公司 | 一种融合正向机理与机器学习的钢坯温度的快速计算方法 |
| CN115828772B (zh) * | 2023-02-14 | 2023-05-09 | 科大智能物联技术股份有限公司 | 一种融合正向机理与机器学习的钢坯温度的快速计算方法 |
| CN116385354A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-07-04 | 北京瓦特曼智能科技有限公司 | 圆形钢坯的偏移越界检测方法、设备及介质 |
| CN116385354B (zh) * | 2023-02-15 | 2023-09-29 | 北京瓦特曼智能科技有限公司 | 圆形钢坯的偏移越界检测方法、设备及介质 |
| CN116622977A (zh) * | 2023-03-13 | 2023-08-22 | 大连新瑞晨自动化科技有限公司 | 基于双目标轨迹的加热炉钢坯升温过程控制方法 |
| CN116622977B (zh) * | 2023-03-13 | 2024-02-02 | 大连新瑞晨自动化科技有限公司 | 基于双目标轨迹的加热炉钢坯升温过程控制方法 |
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