專利名稱：熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱軋過程中加熱爐爐溫的動態(tài)控制方法。
背景技術(shù)：
熱軋加熱爐一般都是三段或四段式的步進(jìn)式連續(xù)加熱爐，過程控制的主要功能為根據(jù)板坯溫度制度的要求，制訂相應(yīng)的加熱工藝，以滿足加熱質(zhì)量，軋線節(jié)奏的要求，并盡可能節(jié)能。加熱爐板坯在爐時間一般都在120分鐘以上，加熱爐全長幾十米，如果沒有一個動態(tài)的控制方法，很難實現(xiàn)加熱過程的自動控制。控制的關(guān)鍵是動態(tài)地給出每個段的目標(biāo)溫度和快速準(zhǔn)確地預(yù)報未來的板坯溫度，并根據(jù)必要爐溫加權(quán)設(shè)定各段的爐氣溫度。常用的方法有兩種，一種是每時每刻都以最終的出爐目標(biāo)溫度為基準(zhǔn)，帶來的問題是不能合理地分配熱負(fù)荷，因為加熱曲線是非線性的，所以在均熱段前面的預(yù)報結(jié)果是非優(yōu)的。另一種方法根據(jù)各段的在爐剩余時間來確定各段目標(biāo)溫度，并從當(dāng)前板坯所在的位置一直計算到出爐位置，其不足是計算量大，而且各段目標(biāo)溫度受各段在爐時間預(yù)測精度的影響，波動大。為了確保熱軋工藝所要求的目標(biāo)溫度和均熱度，必須在考慮了所有影響板坯加熱的因素后，對加熱爐爐溫設(shè)定值進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整。加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定的主要內(nèi)容包括板坯溫度預(yù)報模型；動態(tài)確定板坯各段的目標(biāo)溫度；計算單塊板坯達(dá)到所在段目標(biāo)溫度所需要的爐溫，也稱作必要爐溫；對段內(nèi)所有板坯的必要爐溫進(jìn)行加權(quán)設(shè)定。
現(xiàn)有的板坯溫度預(yù)報模型有兩種類型，一是指數(shù)模型，它是一個代數(shù)模型，只能給出板坯的平均溫度，無法預(yù)報板坯的上下表面溫度；二是一維的差分模型，它為了給出平均溫度，要對板坯厚度方向分層，層數(shù)的多少直接影響計算精度，層數(shù)多，精度相對好了，但計算量也大了，層數(shù)少，計算量小了，但精度又無法滿足要求。現(xiàn)有板坯在各段目標(biāo)溫度的確定方法有兩種，一種是板坯一裝爐就確定好了，以后也不變，這是一種靜態(tài)的方法，無法滿足熱軋生產(chǎn)的要求；另外一種方法是根據(jù)板坯離出爐還剩多少時間以及在各段剩余時間，按給定的升溫斜率來動態(tài)確定各段段末的目標(biāo)溫度，由于時間是估計的，所以該方法給出的目標(biāo)溫度波動較大。由于一塊板坯從裝入加熱爐到抽出去，需經(jīng)過預(yù)熱段、第一加熱段、第二加熱段和均熱段，總的時間在120分鐘以上，現(xiàn)有計算方法是從板坯到均熱段出口的必要溫度都計算，不僅計算量大，而且由于時間估計不準(zhǔn)，預(yù)報精度也受到影響，有的計算段的溫度不用，浪費了計算資源。還有現(xiàn)有的加熱爐各段爐氣溫度的加權(quán)設(shè)定，是利用一些規(guī)則，其缺點是繁瑣，而且加權(quán)系數(shù)跳躍大。因此現(xiàn)有的加熱爐爐溫動態(tài)控制方法存在許多不足，不能很好地滿足熱軋生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，該設(shè)定控制方法可以快速準(zhǔn)確地預(yù)報板坯的溫度，實時調(diào)整段末目標(biāo)溫度，更好地滿足板坯加熱質(zhì)量、軋線節(jié)奏的要求，并節(jié)約能源，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)計算工作量大、精度差的缺陷。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是按下列四個步驟進(jìn)行(1)采用板坯溫度預(yù)報模型計算板坯所在段的段末溫度，該計算方法是前向遞推的；(2)按板坯移動距離，動態(tài)計算板坯各段段末的目標(biāo)溫度；(3)計算板坯當(dāng)前段所需要的爐氣溫度，即必要爐溫；(4)考慮當(dāng)前段所有板坯的差異進(jìn)行專家經(jīng)驗加權(quán)設(shè)定。
上述的熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，所述預(yù)報模型是從板坯當(dāng)前位置按一定的時間步長預(yù)測段末溫度，模型參數(shù)的計算是前向遞推的，并且只計算板坯的上下表面溫度和平均溫度。
上述的熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，所述均熱段的目標(biāo)溫度由系統(tǒng)預(yù)先確定，第二加熱段的目標(biāo)溫度根據(jù)工藝要求的均熱度確定，第一加熱段和預(yù)熱段的目標(biāo)溫度是根據(jù)給定的板坯移動單位距離的溫升速率確定。
本發(fā)明采用的板坯溫度預(yù)報模型是前向遞推的，簡單有效，無需復(fù)雜的計算，并且只需計算板坯上下表面溫度和平均溫度；是按板坯位置計算各段段末的目標(biāo)溫度，而不是時間，由于加熱爐各段的長度是固定的，每次板坯移動的也是固定的，所以根據(jù)板坯位置計算各段段末的目標(biāo)溫度更為穩(wěn)定準(zhǔn)確；在進(jìn)行必要爐溫計算時，只計算當(dāng)前段的必要爐溫，不僅解決了控制上的非線性問題，而且計算負(fù)荷大大減??；在實際設(shè)定時，考慮了各個段的板坯差異，利用專家經(jīng)驗進(jìn)行加權(quán)設(shè)定，加權(quán)系數(shù)是連續(xù)變化的。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確地預(yù)報板坯的溫度，實時調(diào)整段末目標(biāo)溫度，更好地滿足板坯加熱質(zhì)量、軋線節(jié)奏的要求，并節(jié)約能源，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)計算工作量大、精度差的缺陷。
具體實施方式
一種熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是按下列四個步驟進(jìn)行(1)采用板坯溫度預(yù)報模型計算板坯所在段的段末溫度，該計算方法是前向遞推的；(2)按板坯移動距離，動態(tài)計算板坯各段段末的目標(biāo)溫度；(3)計算板坯當(dāng)前段所需要的爐氣溫度，即必要爐溫；(4)考慮當(dāng)前段所有板坯的差異進(jìn)行專家經(jīng)驗加權(quán)設(shè)定。
下面具體說明上述的每個步驟。
1.板坯溫度預(yù)報模型，板坯溫度預(yù)報模型的功能是從板坯當(dāng)前位置按一定的時間步長預(yù)測段末溫度，在加熱爐板坯加熱過程控制中，對爐內(nèi)每一塊都要進(jìn)行預(yù)測，如果模型計算量大，勢必要增加計算負(fù)荷，影響過程控制的實時性。本模型技術(shù)在預(yù)報時不需要計算每一層的溫度，只需要計算上下表面溫度和平均溫度，而且模型參數(shù)的計算是前向遞推的，計算簡單，速度快。具體計算方法如下板坯上表面溫度θ(H2,t)=Σi=04(-1)iAi(t)+Σj=14(-1)j-1Bj(t)]]>板坯下表面溫度θ(-H2,t)=Σi=04(-1)iAi(t)+Σj=14(-1)j-1Bj(t)]]>板坯平均溫度θm(t)＝A0(t)上面各式的模型系數(shù)通過下式遞推獲得A0(t)A1(t)A2(t)A3(t)A4(t)B1(t)B2(t)B3(t)B4(t)=1000000000m1(t)000000000m2(t)000000000m3(t)000000000m4(t)000000000m1*(t)000000000m2*(t)000000000m3*(t)000000000m4*(t)A0(0)A1(0)A2(0)A3(0)A4(0)B1(0)B2(0)B3(0)B4(0)]]>+a2·(φS+φI)·t/(λ·H)p1·K·(1-m1(t))p2·K·(1-m2(t))p3·K·(1-m3(t))p4·K·(1-m4(t))q1·R·(1-m1*(t))q2·R·(1-m2*(t))q3·R·(1-m3*(t))q4·R·(1-m4*(t))]]>上式中λ為板坯熱傳導(dǎo)率，ρ為板坯比重，cp為板坯比熱，三者是被加熱板坯的物理參數(shù)，實際中是給定的。
a2=λρ·cp,]]>為板坯熱擴(kuò)散系數(shù)。
mi(t)=exp{-4·i2·a2·π2·tH2}--(i=1~4)]]>mj*(t)=exp{-(2j-1)2·a2·π2·tH2}--(j=1~4)]]>t計算步長，采用周期間隔時間(1～2分鐘)H板坯厚度K=(φS+φI)·H2·λ,]]>R=(φS+φI)·H4·λ]]>φS=ϵS·σ·[(TS+273)4-(θ(H2,0)+273)4]]]>φI=ϵI·σ·[(TI+273)4-(θ(-H2,0)+273)4]]]>εS板坯位置處上部總合輻射系數(shù)，由埋偶實驗確定εI板坯位置處下部總合輻射系數(shù)，由埋偶實驗確定σStefann-Boltzmann常數(shù)TS板坯位置處上部爐溫，由爐內(nèi)熱電偶給出TI板坯位置處下部爐溫，由爐內(nèi)熱電偶給出p1＝-0.106694，p2＝0.03125，p3＝-0.0183，p4＝0.007812q1＝0.821068，q2＝-0.101245，q3＝0.0452020，q4＝-0.032482.動態(tài)確定段目標(biāo)溫度，為了滿足板坯升溫速度的要求，一般加熱爐分為預(yù)熱段、第一加熱段、第二加熱段和均熱段。均熱段的目標(biāo)溫度是由計劃確定的，即由系統(tǒng)預(yù)先確定，第二加熱段的目標(biāo)溫度是根據(jù)工藝要求的均熱度確定的，第一加熱段和預(yù)熱段的目標(biāo)溫度是根據(jù)給定的板坯移動單位距離的溫升速率確定的。具體方法如下均熱段目標(biāo)溫度θ5*=θobj*;θobj]]>為出爐目標(biāo)溫度。
第二加熱段目標(biāo)溫度θ4*=θobj*-ΔθJ;]]>ΔθJ為確保目標(biāo)均熱度的均熱帶制約溫度，取值范圍15～30℃。
第一加熱段目標(biāo)溫度θ3*=β·θ4*·l3pre+θ3·l4β·l3pre+l4;]]>β為第一加熱帶與第二加熱帶的升溫速率比(取值為0.9～1.2)，θ3為當(dāng)前位置的板坯跟蹤溫度，l4為第二加熱段的段長，l3pre為當(dāng)前位置板坯在第一加熱段的剩余段長。
預(yù)熱段的目標(biāo)溫度θ2*=α·θ4*·l2pre+θ2·(l3+l4)α·l2pre+l3+l4;]]>α為預(yù)熱帶與加熱帶的升溫速率比；θ2為預(yù)熱帶內(nèi)當(dāng)前溫度；l4為第二加熱段的段長，l3為第一加熱段的段長，l2pre為當(dāng)前位置板坯在預(yù)熱段的剩余段長，θ4*為第二加熱帶目標(biāo)溫度，α為預(yù)熱帶與加熱帶的升溫速率比(取值為0.9～1.2)。
3.必要爐溫的計算，所謂必要爐溫就是被計算的板坯在當(dāng)前位置為了達(dá)到段目標(biāo)溫度所必須要求的爐氣溫度，本設(shè)定控制方法只需要計算板坯在所在段內(nèi)的必要爐溫，不需要預(yù)測該板坯在其它段的情況，從而大大簡化計算。具體方法如下首先求出表示第i段爐溫的改變對第j段出口溫度的影響因子ηi，j，其中i，j＝2，3，4，5分別代表預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段和均熱段。
ηi,j=ΔToutiΔTj]]>式中ΔTj表示第j段爐溫的改變量；ΔTouti是第i段出口溫度相對于ΔTj的變化量。
板坯需要改變的爐溫為ΔTFj(k)=ΔTMDjηj(k)]]>其中ΔTFj(k)第j塊帶鋼在第K段的爐溫改變量；ΔTMDj帶鋼j預(yù)報溫度和目標(biāo)溫度的偏差；ηj(k)帶鋼j第k段的影響因子；z帶鋼j存在段；最后，帶鋼j必要爐溫為TFj(k)＝TFSj(k)+ΔTFj(k)式中TFj(k)帶鋼j第k段爐溫設(shè)定；
TFSj(k)帶鋼j第k段標(biāo)準(zhǔn)爐溫；ΔTFj(k)帶鋼j第k段爐溫調(diào)整量。
4.爐溫的加權(quán)設(shè)定，加熱爐一段內(nèi)有多塊板坯，每一塊板坯又對應(yīng)一個必要爐溫，而最終只能設(shè)定一個爐溫，所以要對不同的板坯有所側(cè)重，本設(shè)定控制方法采用加權(quán)平均的方法，其特點是權(quán)值針對不同的情況連續(xù)變化的，變化的規(guī)律是根據(jù)專家經(jīng)驗確定的。
θsetk=Σi=1n(μi*wi*TFi(k))/Σi=1n(wi*μi)]]>θsetk第k段設(shè)定爐溫(℃)；n第k段的板坯塊數(shù)；μi第i塊板坯是否為特殊坯，特殊坯取為10，否則為1；wi設(shè)定用的加權(quán)數(shù)值，它是根據(jù)專家經(jīng)驗給出的，確定方法如下首先，計算K段內(nèi)的必要爐溫和平均必要爐溫的偏差ΔTi=TFi(k)-ΣinTFi(k)/n]]>然后，根據(jù)下面的規(guī)則分級確定如果上式給出的偏差最大值大于10即MAX(ΔTi)＞10，則wi=1/60*ΔTi+0.5;ΔTi∈[-30,30]1;ΔTi>300;ΔTi<-30]]>如果上式給出的偏差最大值MAX(ΔTi)≤10，則wi=9/40*ΔTi+27/40;ΔTi∈[-30,10]0.1;ΔTi<-30]]>實施例1在四個加熱爐生產(chǎn)時，板坯溫度預(yù)報模型的計算步長采用2分鐘，利用當(dāng)前的爐氣溫度和該段的剩余在爐時間，從板坯的當(dāng)前位置一直計算到該板坯所在段的段末位置，獲得板坯段末預(yù)報溫度；接下來計算板坯的段末目標(biāo)溫度，ΔθJ取30℃，α取1，β取1；最后按照本發(fā)明的方法，計算板坯的必要爐溫，并綜合所有板坯必要爐溫進(jìn)行加權(quán)設(shè)定。
實施例2在三個加熱爐生產(chǎn)時，板坯溫度預(yù)報模型的計算步長采用1分鐘，利用當(dāng)前的爐氣溫度和該段的剩余在爐時間，從板坯的當(dāng)前位置一直計算到該板坯所在段的段末位置，獲得板坯段末預(yù)報溫度；接下來計算板坯的段末目標(biāo)溫度，ΔθJ取15℃，α取1，β取1.1；最后按照本發(fā)明的方法，計算板坯的必要爐溫，并綜合所有板坯必要爐溫進(jìn)行加權(quán)設(shè)定。
經(jīng)試驗表明，本發(fā)明可以準(zhǔn)確地預(yù)報板坯的溫度，可根據(jù)板坯的位置和板坯的溫度動態(tài)地調(diào)整板坯所在段的段目標(biāo)溫度，合理地設(shè)定各個段的爐氣溫度，從而更好地滿足板坯加熱質(zhì)量、軋線節(jié)奏的要求，并且減少了人工干預(yù)及人為變差，節(jié)約了能耗。
權(quán)利要求
1.一種熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是按下列四個步驟進(jìn)行(1)采用板坯溫度預(yù)報模型計算板坯所在段的段末溫度，該計算方法是前向遞推的；(2)按板坯移動距離，動態(tài)計算板坯各段段末的目標(biāo)溫度；(3)計算板坯當(dāng)前段所需要的爐氣溫度，即必要爐溫；(4)考慮當(dāng)前段所有板坯的差異進(jìn)行專家經(jīng)驗加權(quán)設(shè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是預(yù)報模型是從板坯當(dāng)前位置按一定的時間步長預(yù)測段末溫度，模型參數(shù)的計算是前向遞推的，并且只計算板坯的上下表面溫度和平均溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是均熱段的目標(biāo)溫度由系統(tǒng)預(yù)先確定，第二加熱段的目標(biāo)溫度根據(jù)工藝要求的均熱度確定，第一加熱段和預(yù)熱段的目標(biāo)溫度是根據(jù)給定的板坯移動單位距離的溫升速率確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱軋過程中加熱爐爐溫的動態(tài)控制方法。一種熱軋加熱爐爐溫動態(tài)設(shè)定控制方法，其特征是按下列四個步驟進(jìn)行(1)采用板坯溫度預(yù)報模型計算板坯所在段的段末溫度，該計算方法是前向遞推的；(2)按板坯移動距離，動態(tài)計算板坯各段段末的目標(biāo)溫度；(3)計算板坯當(dāng)前段所需要的爐氣溫度，即必要爐溫；(4)考慮當(dāng)前段所有板坯的差異進(jìn)行專家經(jīng)驗加權(quán)設(shè)定。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確地預(yù)報板坯的溫度，實時調(diào)整段末目標(biāo)溫度，更好地滿足板坯加熱質(zhì)量、軋線節(jié)奏的要求，并節(jié)約能源，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)計算工作量大、精度差的缺陷。
文檔編號F27B21/00GK1840715SQ20051002480
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者呂立華, 張健民, 唐東, 陳永剛, 秦建超 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司