CN1940905A - 一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法，该方法首先根据可控制段热电偶温度、热电偶与板坯的位置以及中间坯实测温度的分段统计值，建立炉长方向和炉宽方向的炉气温度模型；再根据板坯当前位置确定的炉气温度和板坯的表面温度，确定传递给板坯的热流量；利用差分方程计算出板坯长度方向和厚度方向的温度分布；根据轧线中间板坯全长温度实测数据的统计值，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正。该方法克服了加热炉内沿炉宽方向的温度分布难以实时测量和板坯长度方向温度难以准确计算的问题，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平以及为轧线提供板坯出炉时更全面的信息。

Description

一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法

技术领域

本发明涉及热轧钢的成型加工，更具体地指一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法。

背景技术

热轧加热炉控制的主要目标为：根据板坯温度制度的要求，制订相应的加热工艺，以满足加热质量，轧线节奏的要求，并尽可能节能。准确计算板坯温度是实现这一目标的前提。常规的计算方法是根据当前的位置，用一维或二维差分方程来计算，差分方程的算法主要解决板坯内部的导热过程，该算法相对成熟，而如何把炉内的热过程转化为热传导方程的边界条件成为问题的关键。加热炉内板坯加热主要是通过对流和辐射进行的，这一热物理过程被归结为热流量的计算。热流量涉及两个关键的变量，一个是综合辐射系数，另一个就是炉气温度。其中炉气温度的计算是与炉内位置有关，加热炉一般分为预热段、加热段和均热段，每个段内上部和下部分别有两只热电偶，而仅靠两只热电偶是无法反映整个段的炉气温度分布的，所以一般都采用炉气分布模型。一般分为炉长方向和炉宽方向，在炉宽方向，即板坯长度方向的炉气分布有两种处理方法，一是选择两只热电偶的一只作为炉宽方向的温度，二是利用两只热电偶的温度及其位置建立一个直线方程，然后通过插值算出炉宽方向任意位置的炉气温度。这两种方法都不是很准确的方法，而且是静态的，不能动态变化。

热轧生产越来越关注板坯长度方向温度的分布情况，传统的计算方法很难满足生产的要求，尤其对于蓄热加热炉这一问题更加突出。蓄热加热的一个显著特点是燃烧器是成对工作的，并按一定的时间间隔进行交叉换向。正常工作时一只燃烧器按一定的比例把煤气和通过蓄热体的热空气喷射到炉膛，一边混合一边燃烧，而另一只把燃烧器产生的高温废气吸入蓄热箱，利用蓄热体进行蓄热，如此周期交替。在这种情况下，传统的方法不能反映沿炉宽方向的炉气温度分布。如果选择一只热电偶只能代表该热电偶所在位置的炉气温度，而无法代表炉宽方向的整体炉气温度分布。如果采用利用两只热电偶建立的直线方程也不能正确反映实际的情况。总之，蓄热燃烧的特点决定了板坯长度方向温度分布是不均匀的，为了准确刻画这种不均匀性，例如准确计算板坯头部、中部和尾部的温度，必须建立炉气温度分布模型，在此基础上确定板坯温度，并且能够随着工况的变化自动适应。但困难是，在正常生产时，加热炉内各段的温度分布是无法直接测量的，所以必须寻求一种新的确定炉板坯的温度方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法，以克服了现有方法的不足，且能够准确计算板坯长度方向的温度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，

一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

包括以下步骤：

a)首先根据可控制段热电偶温度、热电偶与板坯的位置以及中间坯实测温度的分段统计值，建立炉长方向和炉宽方向的炉气温度模型；

b)再根据板坯当前位置确定的炉气温度和板坯的表面温度，确定传递给板坯的热流量；

c)利用差分方程计算出板坯长度方向和厚度方向的温度分布；

d)根据轧线中间板坯全长温度实测数据的统计值，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正。

所述的步骤a)中，在建立炉宽方向的炉气温度分布模型时，利用加热炉内热电偶实测温度和位置以及中间坯实测温度映射到加热炉内的分段统计值来建立。

所述的炉宽方向的炉气温度分布模型表达式为：

                 T＝T_i+k×(POS-POS_i)

                 k＝(T_i-T_i-1)/(POS_i-POS_i-1)；i＝2，3，4，5

其中，POS是炉宽方向炉气温度模型的位置变量；T是位置变量POS对应的炉气温度，POS_i，i＝1，2，3，4，5是炉宽方向炉气温度模型各节点在炉宽方向的位置，而T_i，i＝1，2，3，4，5是POS_i对应的炉气温度。

所述的步骤a)中，在建立炉长方向的炉气温度模型中，要考虑到板坯位于可控制段、板坯位于可控制段之间或热回收段与预热段之间区的交叉区域、板坯位于热回收段的温度分布情况。

所述的步骤b)中，在确定传递给板坯的热流量时，主要根据板坯表面温度和当前的炉气温度，并遵循下式来计算出流入板坯表面的热流量：

$q=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{CG}}\×\{{\left(\frac{T_{\mathrm{GU}}+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{\mathrm{\θ}+273}{100}\right)}^4\};$

其中，

σ为波尔兹曼常数，

Φ_CG为板坯表面的总括吸收系数，由埋偶实验确定，

T_GU为板坯位置处炉气温度，

θ为板坯的表面温度。

所述的步骤c)中，在计算板坯长度方向和厚度方向的温度分布时，由步骤a)获得了板坯长度方向某个分段位置的热流量，利用差分方程计算厚度方向的温度分布以及平均温度。

所述的差分方程为C-N格式差分方程，

$\left[\begin{array}{ccccc}\frac{c_{P1}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0\\ -{\mathrm{\λ}}_{12}& 2(\frac{c_{P2}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0& 0\\ 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}\\ 0& 0& 0& -\mathrm{\λ}& \frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1^N\\ {\mathrm{\θ}}_2^N\\ {\mathrm{\θ}}_3^N\\ {\mathrm{\θ}}_4^N\\ {\mathrm{\θ}}_5^N\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}(\frac{c_P\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}-\mathrm{\λ}){\mathrm{\θ}}_1^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2d_x{q}_U\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_1^O+2\frac{c_{P2\mathrm{\γ}}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_2^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_3^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O+2\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_4^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_5^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^O+\frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_5^O+2d_x{q}_D\end{array}\right]$

其中，

c_Pi为各层比热，γ为板坯比重，λ为板坯热传导系数，

d_x为各层厚度，

θ_i ^N为板坯内部温度(本次计算值)，

θ_i ^O为板坯内部温度(上次计算值)，

q_U为板坯上表面热流，

q_D为板坯下表面热流，

Δt为差分模型计算步长，等于周期计算的时间。

所述的步骤d)中，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正时，

要根据板坯在粗轧后实测温度的分段统计值，并以左右两个热电偶位置对应的板坯实测温度为基准，进行比较学习。

在本发明所采用的技术方案中，炉气分布温度模型是根据加热炉内热电偶温度和热电偶与板坯的位置以及粗轧后中间坯的实测温度建立的，能够准确反映炉气温度分布的真实情况，并根据板坯当前位置确定传递给板坯的热流量；板坯温度采用差分方程，根据具体位置计算的热流量，按长度和厚度方向计算板坯的温度，能够准确地计算板坯的温度分布；根据轧线中间坯全长温度实测数据的统计值对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正。本发明可以准确计算板坯的温度，并利用粗轧后中间坯全长方向的实测温度，进行统计处理，映射到板坯在加热炉内的对应位置进行自动适应，提高了板坯温度的计算精度，能够更好地满足板坯加热质量的要求和轧线对板坯温度高精度控制的要求，从而克服了加热炉内沿炉宽方向的温度分布难以实时测量和板坯长度方向温度难以准确计算的问题，更好地对板坯长度方向的温度分布进行监督和控制，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平以及为轧线提供板坯出炉时更全面的信息。

附图说明

图1为本发明的确定热轧加热炉板坯温度方法的流程示意图。

图2为本发明炉宽方向的炉气温度分布计算流程示意图。

图3炉宽方向炉气温度分布模型学习(指修正，下同)流程示意图。

图4炉宽方向炉气温度分布模型原理示意图。

具体实施方式

为了能更清楚地理解本发明的内容，下面结合附图和具体的实施例进行进一步地详细说明：

本发明的对热轧加热炉板坯温度的确定方法主要是利用炉内热电偶和轧线中间坯的温度实测数据建立炉气温度分布模型，利用差分方程准确计算板坯温度，并且随着工况的变化进行自动适应修正，以能夠准确计算板坯长度方向的温度。

该方法描述如下：

请参阅图1所示，首先根据从仪表采集到的板坯在加热炉内炉长方向和炉宽方向的位置，利用模型计算板坯所在位置的炉气温度分布；再根据板坯当前位置的炉气温度和上一时刻的板坯表面温度以及由埋藕实验确定的综合辐射系数，按辐射传热计算公式确定环境传递给板坯的热流量；然后，利用差分格式的热传导方程计算板坯的温度分布，给出板坯长度方向和厚度方向的温度分布，并输出计算结果；同时判断在粗轧后温度测量仪表的数据是否可用，如果可用，应用学习算法对加热炉炉宽方向的炉气温度进行学习，否则，如果测量数据异常，则不进行学习。

针对上述流程，下面再结合图2，下面说明如何确定加热炉炉宽方向的炉气温度分布和如何利用粗轧后的板坯实测温度对炉宽方向的炉气温度进行学习。

首先读取板坯在加热炉内的位置数据和热电偶的测量值数据以及粗轧机组后的板坯温度测量数据，同时读取加热炉内热电偶位置和加热炉炉宽常数数据；然后把加热炉的宽度方向按长度分成若干段，使得除了两端的炉气温度，其它炉宽方向的炉气分布各节点落在宽度方向相应段的中间，进一步根据板坯在加热炉内的位置，可以确定落在各段内的板坯长度；把粗轧板坯全长方向的温度测量值平均分配到各个段内，结合炉内热电偶的测量值，确定炉气温度模型各节点的炉气温度；最后根据各节点的炉气温度和在炉宽方向的相应位置，确定炉宽方向的炉气温度分布。

图3则示意了炉宽方向炉气温度分布模型学习流程，同样，它首先确定炉宽方向炉气温度模型各节点对应的板坯在粗轧机组后温度测量仪表数据的统计值；然后分别计算炉宽方向炉气温度模型非热电偶位置对应的统计值和热电偶位置对应的统计值的偏差；最后把计算获得的偏差值和上一次的学习值进行平滑处理，并按板坯长度和厚度规格，钢种以及在炉时间进行分类保存，对炉宽方向的炉气温度模型系数进行更新。

在确定加热炉炉气温度分布模型时，炉气温度分布模型的计算包括两个步骤，首先建立按炉宽方向的炉气温度模型，用分段的折线表示，折线两个端点的坐标，一个是炉宽方向的位置，它是确定的；另一个是该点的炉气温度，其中两个热电偶对应的炉气温度由仪表获得，其余的根据粗轧后中间坯实测温度相应的分段统计值计算获得。根据炉宽方向的炉气温度模型就可以获得加热炉内板坯长度方向某个位置炉宽方向的炉气温度，然后把该炉气温度带入炉长方向的炉温分布模型，就得到计算热流量所需要的炉气温度。

根据上述所描述的方法，依次再具体说明如下，

一，炉气温度模型的建立

1，炉宽方向的炉气温度模型的确定

根据加热炉可控段左右二个热电偶实测温度，和这两个热电偶在炉宽方向的安装位置，建立炉宽方向的炉气温度分布。不论热电偶安装在炉墙两侧，还是炉膛宽度方向的左右，该方法都是适用的。以轧线侧作为参考，热电偶在炉膛宽度方向的左右，如图4所示，各点的坐标分别为：(POS₁，T₁)，(POS₂，T₂)，(POS₃，T₃)，(POS₄，T₄)，(POS₅，T₅)；其中位置2和位置4的坐标值是知道的，由热电偶的安装位置和热电偶的实测温度确定的；其它点的位置坐标也是确定的，1点的位置就是参考点，5点的位置加热炉的宽度决定，3点的位置根据实际情况指定，一般选炉宽的中间。可见，表示炉宽方向炉气温度分布的每段折线可以表示为：

                 T＝T_i+k×(POS-POS_i)

                 k＝(T_i-T_i-1)/(POS_i-POS_i-1)；i＝2，3，4，5

其中POS_i，i＝1，2，3，4，5是炉宽方向炉气温度模型各节点在炉宽方向的位置，而T_i，i＝1，2，3，4，5是POS_i对应的炉气温度；POS是炉宽方向炉气温度模型的位置变量；T是位置变量POS对应的炉气温度。

假设位置2和位置4是热电偶的位置，那么非热电偶对应位置的炉气温度T₁，T₃，T₅由下式求出：

                 T₁＝T₂+2*β₁*ΔTR₁；β₁∈[0，1]

                 ΔTR₁＝TR₁-TR₂；

                 T₅＝T₄+2*β₅*ΔTR₅；β₅∈[0，1]

                 ΔTR₅＝TR₅-TR₄；

                 T₃＝(T₂+T₄)/2+2*β₃*ΔTR₃；β₃∈[0，1]

                 ΔTR₃＝[TR₃-(TR₂+TR₄)/2]；其中β₁，β₃，β₅是增益系数；TR_i；i＝1，2，3，4，5是板坯在粗轧实测的板坯全长温度分段统计值，它是通过把粗轧机组后板坯全长温度实测值映射到炉宽方向长度相应段内，进行非线性滤波获得的。首先把炉宽方向分成若干段，并确定各段的长度，然后根据板坯在加热炉内的位置，确定板坯落在炉宽方向各个段内的长度，最后根据板坯全长在粗轧段等延伸变形的原则，确定落在炉宽方向各个段内的测量值，对每个段内的测量值进行分段统计。

加热炉炉宽方向长度分段如图4所示，各段的段长计算如下：

         l₁＝γ₁×(POS₂-POS₁)；γ₁∈(0，1)

         l₅＝γ₄×(POS₅-POS₄)；γ₄∈(0，1)

         l₂＝(POS₂-l₁)+γ₂×(POS₃-POS₂)；γ₂∈(0，1)

         l₃＝POS₃-l₁-l₂+γ₃×(POS₄-POS₃)；γ₃∈(0，1)

         l₄＝POS₅-l₁-l₂-l₃-l₅

其中，l_i，i＝1，2，3，4，5是沿炉宽长度方向各段的段长；γ_j，j＝1，2，3，4是分割系数。

板坯装炉时距离轧线侧炉墙的位置Δl可以由仪表测得，那么落在加热炉宽度方向各个分段的长度就可以计算出来。

slab_l₁＝l₁-Δl；Δl板坯距离轧机侧炉墙的距离，由仪表测量给出。

slab_l_i＝l_i；板坯落在第i炉气段的长度；i＝2，3，4

slab_l₅＝l₅+slab_L+Δl-Furnace_width；slab_L为板坯的长度，装料时由计划获得；Furnace_width为加热炉的宽度，是加热炉常数。

在粗轧后面测量仪表的采样频率是足够快的，而且是固定间隔采样的，可以保证在每个段长内有测量值。那么板坯长度方向的每个分段内的数据为：

$\mathrm{slab}\_m_i=m\×\frac{\mathrm{slab}\_l_i}{\mathrm{slab}\_L}$

其中，slab_m_i，i＝1，2，3，4，5是和炉宽分段对应的粗轧机组后板坯长度方向的每个分段内的测量值个数；m为粗轧机组后板坯长度方向温度测量值总的个数；

slab_l_i，i＝1，2，3，4，5是落在加热炉宽度方向各个分段的长度。

用非线性滤波器对每个段内的测量值进行处理，就可以获得分段统计值TR_i；i＝1，2，3，4，5。如果热电偶安装在位置1和位置5，以上的方法同样是适用的。

上述炉宽方向炉气温度计算是针对加热炉可控制段进行的，当板坯位于热回收段(炉尾部)时，用下式简单地计算炉宽方向温度为：

                 T_GU1＝T_py11

                 T_GD1＝T_py11+ΔT

其中ΔT为预热段上下热电偶的温度差，T_py11为尾部烟道热电偶温度；T_GU1是预热段上部的炉气温度，T_GD1预热段下部的炉气温度。

2，炉长方向的炉气温度分布模型的确定

用求得的炉宽方向炉气温度和板坯炉长方向位置，利用下面的炉长方向炉气温度分布模型，决定板坯位置处炉气温度。板坯炉长位置以抽出侧的位置检测LASER为零点。

●板坯位于可控制段(炉喉NOSE部以外)的情况

                          T_GU＝T_GUi

                          T_GD＝T_GDi

其中，T_GU为上部炉气温度，T_GUi为上部炉宽方向炉气修正温度，T_GD为下部炉气温度，T_GDi为下部炉宽方向炉气修正温度

●板坯位于可控制段之间或热回收段与预热段之间区域的交叉区域的情况

$T_{\mathrm{GU}}=T_{\mathrm{GU}(i-1)}+(Y_s-Y_i)\frac{T_{\mathrm{GUi}}-T_{\mathrm{GU}(i-1)}}{Y_i^{*}-Y_i}$

$T_{\mathrm{GD}}=T_{\mathrm{GD}(i-1)}+(Y_s-Y_i)\frac{T_{\mathrm{GDi}}-T_{\mathrm{GD}(i-1)}}{Y_i^{*}-Y_i}$

其中，T_GU为上部炉气温度，T_GUi为上部炉宽方向炉气修正温度，T_GD为下部炉气温度，T_GDi为下部炉宽方向炉气修正温度，Y_s为板坯炉长方向位置，Y_i为二段之间交叉区域前端位置(前一段段末位置)，Y_i ^*为二段之间交叉区域后端位置，i为当前所在段标识。

●板坯位于热回收段的情况

                       T_GU＝T_GU1+a_U(Y_S-Y)

                       T_GD＝T_GD1+a_D(Y_S-Y)其中，T_GU为上部炉气温度，T_GD为下部炉气温度，T_GU1为上部炉宽方向炉气修正温度，T_GD1为下炉宽方向炉气修正温度，Y_s为板坯炉长方向位置，Y为烟道处热电偶位置，α_D为上部炉气温度变换斜率GAIN，由埋偶实验确定，α_U为下部炉气温度变换斜率GAIN，埋偶实验确定。

二，热流量的计算

根据板坯表面温度和当前的炉气温度，计算出流入板坯表面的热流量。板坯表面的热量吸收是按总括吸收率Φ_CG的比例吸收的。

$q=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{CG}}\×\{{\left(\frac{T_{\mathrm{GU}}+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{\mathrm{\θ}+273}{100}\right)}^4\};$

其中：

σ：Stefan Boltzman常数

Φ_CG：板坯表面的总括吸收系数，由埋偶实验确定

T_GU：板坯位置处炉气温度

θ：板坯的表面温度

三，利用差分方程计算板坯的温度分布

由获得了板坯长度方向某个分段位置的热流量，利用C-N格式的差分方程计算厚度方向的温度分布以及平均温度。具体计算方法如下：

$\left[\begin{array}{ccccc}\frac{c_{P1}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0\\ -{\mathrm{\λ}}_{12}& 2(\frac{c_{P2}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0& 0\\ 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}\\ 0& 0& 0& -\mathrm{\λ}& \frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1^N\\ {\mathrm{\θ}}_2^N\\ {\mathrm{\θ}}_3^N\\ {\mathrm{\θ}}_4^N\\ {\mathrm{\θ}}_5^N\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}(\frac{c_P\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}-\mathrm{\λ}){\mathrm{\θ}}_1^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2d_x{q}_U\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_1^O+2\frac{c_{P2\mathrm{\γ}}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_2^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_3^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^{\text{O}}\\ \text{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O+2\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_4^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_5^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^O+\frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_5^O+2d_x{q}_D\end{array}\right]$

其中：

c_Pi为各层比热，γ为比重，λ为热传导系数，都是板坯的物理参数。

d_x：各层厚度

θ_i ^N：板坯内部温度(本次计算值)

θ_i ^O：板坯内部温度(上次计算值)

q_U：板坯上表面热流

q_D：板坯下表面热流

Δt：差分模型计算步长，等于周期计算的时间。

四，炉宽方向炉气温度的自动适应

实际热轧生产中，加热炉工况和加热板坯的钢种是变化的，要根据板坯在粗轧后实测温度的分段统计值，并以左右两个热电偶位置对应的板坯实测温度为基准，进行比较学习，具体如下：

首先确定的炉宽方向的分段，确定在加热炉内的板坯落在炉宽长度各个分段内的长度，然后根据等延长率原则确定粗轧后板坯全长温度实测值的分段方法，并根据相应段的数据进行非线性滤波获得统计值。

然后按板坯长度、钢种和在炉时间分类，对非热电偶位置对应的ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅分别进行学习。

                 ΔTR₁_new＝TR₁-TR₂

                 ΔTR₁＝ΔTR₁_old+α₁*(ΔTR₁_new-ΔTR₁_old)；α₁∈[0，1]

                 ΔTR₅_new＝TR₅-TR₄

                 ΔTR₅＝ΔTR₅_old+α₅*(ΔTR₅_new-ΔTR₅_old)；α₅∈[0，1]

                 ΔTR₃_new＝TR₃-(TR₄+TR₂)/2

                 ΔTR₃＝ΔTR₃_old+α₃*(ΔTR₃_new-ΔTR₃_old)；α₃∈[0，1]

其中，ΔTR₁_old，ΔTR₃_old，ΔTR₅_old分别等于学习前的ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅。

应用举例，

步进梁式加热炉，各控制段上部采用平焰烧嘴，下部采用蓄热烧嘴，板坯标准在炉时间210分钟，板坯温度预报模型的计算步长采用1分钟，炉宽方向炉气模型的位置点3取炉宽方向的中心位置，位置2和位置4为热电偶的位置，γ_i＝0.5，i＝1，2，3，4。预热段、加热段和均热段的上部，ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，β₁＝β₃＝β₅＝0；α₁＝α₂＝α₃＝0；预热段下部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，10，0，β₁＝β₃＝β₅＝0.5；α₁＝α₂＝α₃＝0；加热段下部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，15，0，β₁＝β₃＝β₅＝1；α₁＝α₂＝α₃＝0.01；均热段下部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，20，0，β₁＝β₃＝β₅＝1；α₁＝α₂＝α₃＝0.01。按照本发明的方法，计算板坯的温度分布，给出了板坯长度方向温度分布的情况，用于加热炉板坯加热过程的监控。

步进梁式加热炉，均热段上部采用平焰烧嘴，其它控制段采用蓄热烧嘴，板坯标准在炉时间210分钟，板坯温度预报模型的计算步长采用1分钟，炉宽方向炉气模型的位置点3取炉宽方向的中心位置，位置2和位置4为热电偶的位置，γ_i＝0.5，i＝1，2，3，4。预热段上部和下部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为-10，-5，-10，β₁＝β₃＝β₅＝0.5；α₁＝α₂＝α₃＝0.01；加热段上部和下部的ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为-8，-5，-8，β₁＝β₃＝β₅＝0.5；α₁＝α₂＝α₃＝0.01；加热段下部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，10，0，β₁＝β₃＝β₅＝0.5；α₁＝α₂＝α₃＝0.01；均热段上部ΔTR₁，ΔTR₃，ΔTR₅的初值为0，0，0，β₁＝β₃＝β₅＝1；α₁＝α₂＝α₃＝0.001。按照本发明的方法，计算板坯的温度分布，给出了板坯长度方向温度分布的情况，用于加热炉板坯加热过程的监控。

经试验表明，本发明可以利用板坯在粗轧后的实测温度和加热炉内热电偶的测量值，准确地计算加热炉内的炉气温度分布，间接地计算板坯处于加热炉内不同位置处的板坯温度分布，从而更好地对板坯长度方向的温度分布进行监督和控制，有利于提高加热炉内板坯的温度控制水平以及为轧线提供板坯出炉时更全面的温度控制信息。

Claims (8)

1、一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于，

该方法包括以下步骤：

a)首先根据可控制段热电偶温度、热电偶与板坯的位置以及中间坯实测温度的分段统计值，建立炉长方向和炉宽方向的炉气温度模型；

b)再根据板坯当前位置确定的炉气温度和板坯的表面温度，确定传递给板坯的热流量；

c)利用差分方程计算出板坯长度方向和厚度方向的温度分布；

d)根据轧线中间板坯全长温度实测数据的统计值，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正。

2、如权利要求1所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的步骤a)中，在建立炉宽方向的炉气温度分布模型时，利用加热炉内热电偶实测温度和位置以及中间坯实测温度映射到加热炉内的分段统计值来建立。

3、如权利要求2所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于，

所述的炉宽方向的炉气温度分布模型表达式为：

            T＝T_i+k×(POS-POS_i)

            k＝(T_i-T_i-1)/(POS_i-POS_i-1)；i＝2，3，4，5

其中，POS是炉宽方向炉气温度模型的位置变量；T是位置变量POS对应的炉气温度，POS_i，i＝1，2，3，4，5是炉宽方向炉气温度模型各节点在炉宽方向的位置，而T_i，i＝1，2，3，4，5是POS_i对应的炉气温度。

4、如权利要求1所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的步骤a)中，在建立炉长方向的炉气温度模型中，要考虑到板坯位于可控制段、板坯位于可控制段之间或热回收段与预热段之间区的交叉区域、板坯位于热回收段的温度分布情况。

5、如权利要求1所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的步骤b)中，在确定传递给板坯的热流量时，主要根据板坯表面温度和当前的炉气温度，并遵循下式来计算出流入板坯表面的热流量：

$q=\mathrm{\σ}\×{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{CG}}\×\{{\left(\frac{T_{\mathrm{GU}}+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{\mathrm{\θ}+273}{100}\right)}^4\};$

其中，

σ为波尔兹曼常数，

Φ_CG为板坯表面的总括吸收系数，由埋偶实验确定，

T_GU为板坯位置处炉气温度，

θ为板坯的表面温度。

6、如权利要求1所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的步骤c)中，在计算板坯长度方向和厚度方向的温度分布时，由步骤a)获得了板坯长度方向某个分段位置的热流量，利用差分方程计算厚度方向的温度分布以及平均温度。

7、如权利要求6所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的差分方程为C-N格式差分方程，

$\left[\begin{array}{ccccc}\frac{c_{P1}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0\\ -{\mathrm{\λ}}_{12}& 2(\frac{c_{P2}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0& 0\\ 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\λ}& 2(\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ})& -\mathrm{\λ}\\ 0& 0& 0& -\mathrm{\λ}& \frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}+\mathrm{\λ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1^N\\ {\mathrm{\θ}}_2^N\\ {\mathrm{\θ}}_3^N\\ {\mathrm{\θ}}_4^N\\ {\mathrm{\θ}}_5^N\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}(\frac{c_P\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}-\mathrm{\λ}){\mathrm{\θ}}_1^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2d_x{q}_U\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_1^O+2\frac{c_{P2\mathrm{\γ}}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_2^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_2^O+2\frac{c_{P3}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_3^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_3^O+2\frac{c_{P4}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_4^O+\mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_5^O\\ \mathrm{\λ}{\mathrm{\θ}}_4^O+2\frac{c_{P5}\mathrm{\γ}{d}_x^2}{\mathrm{\Δt}}{\mathrm{\θ}}_5^O+2d_x{q}_D\end{array}\right]$

其中，

c_Pi为各层比热，γ为板坯比重，λ为板坯热传导系数，

d_x为各层厚度，

θ_i ^N为板坯内部温度(本次计算值)，

θ_i ^O为板坯内部温度(上次计算值)，

q_U为板坯上表面热流，

q_D为板坯下表面热流，

Δt为差分模型计算步长，等于周期计算的时间。

8、如权利要求1所述的对热轧加热炉板坯温度的确定方法，

其特征在于：

所述的步骤d)中，对炉宽方向的炉气温度分布模型进行自动适应修正时，

要根据板坯在粗轧后实测温度的分段统计值，并以左右两个热电偶位置对应的板坯实测温度为基准，进行比较学习。

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