本发明专利技术涉及一种步进式板坯加热炉在线三维温度场数模系统，其属于自动化、计算机软件应用、热能技术相结合的综合技术领域。它由加热炉一级信号检测系统、网络通讯系统、三维温度场模型系统、数据结果验证系统组成。本发明专利技术利用三维传热数学模型计算方法，通过计算机应用软件计算出坯料在加热炉各位置、各时间段内动态温度分布，并通过等温面的方法显示出计算结果，应用在步进梁式的板坯加热炉上，实现了加热炉供热制度的优化配置，达到了提高产品质量，节能降耗的目的。
A mathematical model of on line three dimensional temperature field for progressive slab reheating furnace
The invention relates to an on-line three-dimensional temperature field digital mold system for a slab heating furnace, which belongs to the comprehensive technical field of combining automation, computer software application and heat energy technology. It is composed of heating furnace primary signal detection system, network communication system, 3D temperature field model system and data result verification system. The calculation method of three-dimensional heat transfer mathematical model by using the invention, calculated by the computer application software of billet in heating furnace, the position of each period of time, the dynamic temperature distribution, and through the method of isothermal surface shows the calculation results, the application in the reheating furnace of walking beam type, realize the optimal allocation of heating furnace heating system. In order to improve the quality of the products, the purpose of energy saving.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种步进式板坯加热炉在线三维温度场数模系统。它集信号检 测技术、自动化PLC技术、计算机网络通讯技术、数学模型技术、应用软件接 口技术及数据库存储技术与一体，共同完成加热炉在线三维温度场的数值模拟， 实现了铸坯在加热炉内的动态跟踪及动态温度分布。
技术介绍
近年来，随着钢铁冶金技术的不断进步，钢铁产品产量与质量的不断提高， 板坯加热炉作为板材生产线中的重要环节，在整个轧钢生产过程中起着举足轻 重的作用。主要原因是 一、加热炉的能量消耗直接关系到整个轧线的生产成 本；二、加热出的钢坯温度必须满足轧线的需要，钢坯不能欠烧、过烧，钢坯 温差必须满足温度要求，才能轧制出高质量的板材。因此，按照轧线的要求， 低耗、高质地加热出钢坯是我们所追求的目标。由于加热炉工况的多样化，某些反映加热炉状况的主要热工参数不能直接 或连续地检测(如钢坯在加热炉内的温度过程变化情况)，因此研究和开发 加热炉数学模型已成为当前冶金行业研究的热点之一。加热炉内铸坯的加热过 程是一个包含流体流动、化学反应、传热与传质等复杂的物理化学过程，因此， 针对不同的研究对象和研究目的，国内外学者提出了多种形式的加热炉数学模 型，但是不管哪种形式的离线、在线模型，大都采用了一维、二维的炉膛、坯 料传热数学模型，而同时考虑长、宽、高三个方向传热的三维加热炉炉膛、坯 料、冷却水印数学模型，到目前为止还没有发现在加热炉上实现在线控制的，所以想了解铸坯在加热炉中各位置、各时间段内温度分布情况(即动态温度分布情况)非常困难。
技术实现思路
本专利技术提供了一种步进式板坯加热炉在线三维温度场数模系统，它实现了 铸坯在加热炉内的动态跟踪及动态温度分布，从而进一步优化加热制度，降低 能耗，提高坯料加热质量，解决了现有技术中存在的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种步进式板坯加热炉 在线三维温度场数模系统，它由加热炉一级信号检测系统、网络通讯系统、数 据库系统、三维温度场模型系统组成，其中-加热炉一级信号检测系统用于坯料在入炉、炉膛、出炉阶段实时的数据检 测并把检测数据传入一级系统；网络通讯系统用于与一级系统、管理网系统连接分别把实时数据、生产管理信息数据传入系统数据库；数据库系统用于对坯料实时、历史数据存储，供三维温度场模型系统调用，进行数据交换；三维温度场模型系统用于坯料在整个加热过程中进行实时跟踪、动态温度 分布计算、结果分析显示、坯料信息存储以及实现系统自我诊断功能。本专利技术进一步的技术方案是，所述加热炉一级信号检测系统包括入炉信号 检测模块、炉膛内信号检测模块和出炉信号检测模块，其中入炉信号检测模块用于利用激光测距仪检测坯料尺寸；利用摄像仪图像处 理系统检测坯料在行进过程中的偏移，进行补偿计算修正尺寸；利用红外测温 仪检测入炉坯料的温度；并将这些变量传入一级系统；炉膛内信号检测模块用于炉膛内预热段、 一加热段、二加热段、均热段实时炉气温度的检测以及步进机构步进信号的检测、支撑梁水流量信号的检测， 并将这些信号传入一级系统；出炉信号检测模块用于坯料出炉温度的检测、触发信号的检测以及坯料出 炉的时间记录，并将这些信号传入一级系统。本专利技术进一步的技术方案是，所述网络通讯系统包括数据通讯模块和生产 管理数据通讯模块，其中数据通讯模块用于与一级系统连接把实时检测数据传入数据库系统； 生产管理数据通讯模块用于与生产管理MES系统连接把生产管理信息数据 传入数据库系统。本专利技术进一步的技术方案是，所述三维温度场模型系统包括生产过程数据 釆集模块、炉内坯料跟踪与温度场计算模块、出炉记录査询模块、仿真结果分 析显示模块、分析报表及数据管理模块、工艺参数保存模块、材料管理模块、 系统运行错误记录模块，其中生产过程数据采集模块用于对数据库系统实时的、历史的数据进行管理， 供其它模块随时根据需要进行数据调用；炉内坯料跟踪与温度场计算模块用于坯料在加热炉内的动态跟踪及坯料 瞬时温度场的计算；出炉记录查询模块用于对加热完成的每一块坯料的信息进行记录并供查 询与追溯；仿真结果分析显示模块用于利用等温面的方法将加热坯料温度的动态分 布进行显示，并对坯料进行温度最高、最低分布情况进行分析；分析报表及数据管理模块用于按日自动生成加热炉运行记录报表，报表数 据可以导出，供有关人员保存、分析、查询；工艺参数保存模块用于保存生产过程操作参数，形成参数历史数据库，并生成参数历史曲线图，供工程技术人员分析、查询；材料管理模块用于加热炉各钢种的热物性参数的保存，供模型计算调用；系统运行错误记录模块用于记录系统运行过程中产生的各种错误信息，供 工程技术人员进行设备调试，修复和完善系统。本专利技术采用上述三维温度场数模系统，利用三维传热数学模型计算方法， 通过计算机应用软件计算出坯料在加热炉中各位置、各时间段内的动态温度分 布情况，并通过等温面的方法显示出计算结果，应用在步进梁式的板坯加热炉 上，以实现加热炉供热制度的优化配置，达到提高产品质量、节能降耗的目的。附图说明图l为本专利技术的结构原理框图。图2为本专利技术三维温度场模型系统主程序流程图。图3为本专利技术瞬态温度场算法流程图。 具体实施例方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图， 对本专利技术进行详细阐述。如图1所示， 一种步进式板坯加热炉在线三维温度场数模系统，它由加热 炉一级信号检测系统、网络通讯系统、数据库系统、三维温度场模型系统组成， 其中加热炉一级信号检测系统用于坯料在入炉、炉膛、出炉阶段实时的数据检 测并把检测数据传入一级系统；网络通讯系统用于与一级系统、管理网系统连接分别把实时数据、生产管 理信息数据传入系统数据库；数据库系统用于对坯料实时、历史数据存储，供三维温度场模型系统调用，进行数据交换；三维温度场模型系统用于坯料在整个加热过程中进行实时跟踪、动态温度 分布计算、结果分析显示、坯料信息存储以及实现系统自我诊断功能。本专利技术进一步的技术方案是，所述加热炉一级信号检测系统包括入炉信号 检测模块、炉膛内信号检测模块和出炉信号检测模块，其中入炉信号检测模块用于利用激光测距仪检测坯料尺寸；利用摄像仪图像处 理系统检测坯料在行进过程中的偏移，进行补偿计算修正尺寸；利用红外测温 仪检测入炉坯料的温度；并将这些变量传入一级系统；炉膛内信号检测模块用于炉膛内预热段、 一加热段、二加热段、均热段实 时炉气温度的检测以及步进机构步进信号的检测、支撑梁水流量信号的检测， 并将这些信号传入一级系统；出炉信号检测模块用于坯料出炉温度的检测、触发信号的检测以及坯料出 炉的时间记录，并将这些信号传入一级系统。加热炉一级信号检测系统实施包括开关量信号和模拟量信号，其中一部分 信号为加热炉在投产时已经检测传入一级系统的信号，如入炉触发信号、炉内 各段炉气测温、出炉激光检测信号等；另外一部分模型计算中需要的信号，如 坯料入炉尺寸信号与温度信号等，在坯料入炉辊道侧安装激光测距仪与红外测 温仪进行检测，并传入一级系统。本专利技术进一步的技术方案是，所述网络通讯系统包括数据通讯模块和生产 管理数据通讯模块，其中数据通讯模块用于与一级系统连接把实时检测数据传入数据库系统； 生产管理数据通讯模块用于与生产管理MES系统连接把生产管理信息数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种步进式板坯加热炉在线三维温度场数模系统，其特征在于：它由加热炉一级信号检测系统、网络通讯系统、数据库系统、三维温度场模型系统组成，其中： 加热炉一级信号检测系统用于坯料在入炉、炉膛、出炉阶段实时的数据检测并把检测数据传入一级系统； 网络通讯系统用于与一级系统、管理网系统连接分别把实时数据、生产管理信息数据传入系统数据库； 数据库系统用于对坯料实时、历史数据存储，供三维温度场模型系统调用，进行数据交换； 三维温度场模型系统用于坯料在整个加热过程中进行实时跟踪、动态温度分布计算、结果分析显示、坯料信息存储以及实现系统自我诊断功能。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：焦吉成，商桂梅，邵蔚，孙卫华，赵传领，邓君堂，苏秀梅，陈昌华，张云明，马永力，黄亚飞，
申请(专利权)人：济南钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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