一种加热炉多目标递进优化及预警方法技术

本发明专利技术提供一种加热炉多目标递进优化及预警方法，涉及冶金装备自动化领域，包括如下步骤，建立同工况条件下的炉温、坯温同步耦合机理模型；获取当前炉况参数；将当前炉况参数带入至炉温、坯温同步耦合机理模型中，将单位时间内燃耗、污染物和烧损与目标值的偏差带入至总体优化函数中，得到总优化目标函数；本发明专利技术基于机理

【技术实现步骤摘要】
一种加热炉多目标递进优化及预警方法


[0001]本专利技术涉及冶金装备自动化领域，尤其涉及一种加热炉多目标递进优化及预警方法。

技术介绍

[0002]随着轧制线对轧件组织性能和形状尺寸精度的要求越来越高，相关关键技术开始追踪溯源，以从整体上获得最佳的轧制条件。如轧制过程中的氧化铁皮过重、边部裂边、变形抗力偏大以及能耗过高等问题，在很大程度上与加热炉的坯料加热路径、出炉温度精度及内外均匀性有关。而对于加热炉而言，除避免坯料欠烧、过烧、过热及温度波动高、内外温差大等缺陷外，还需要考虑加热炉本身的能耗指标和烟气排放的污染指标。因而，加热炉的烧钢过程是典型的多目标优化问题。
[0003]现有的加热炉优化模型，大都采用了出炉温度、内外温差甚至能耗和烧损以及各自加权的总体评价函数。这在一定程度上能够反映基本的烧钢效率和烧钢精度。
[0004]然而，现有的总体评价函数存在以下问题：一是坯温、炉温预报精度不准，其中炉温采用炉顶或炉壁热电偶温度测量值，无法反映坯料附近温度变化，并且坯料温度无法实时测量，受制于模型预报精度，无法准确预报坯料内外温度曲线；二是缺少预警机制，对于烧钢节奏变化、炉压波动、空燃比不稳以及残氧量、污染物超标等问题，无法给予趋势预报和故障预警，在数学模型中很少考虑动态边界条件，导致炉温、坯温的时滞性、扰动性比较明显，缺少高精度机理预报模型和大数据智能分析。综上所述，有待专利技术一种可以精确预报胚温和炉温的，具有预警机制的加热炉优化方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种加热炉多目标递进优化及预警方法，解决了现有加热炉优化模型的总体评价函数无法精确预报胚温和炉温的问题。对现有加热炉的烧钢制度和测控系统进行技术提升，以提高烧钢效率和加热炉产能，使其更好地匹配轧机生产节奏，满足最终产品的组织性能和形状尺寸指标要求。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种基于机理
‑
智能协同的加热炉多目标递进优化方法，包括如下步骤：
[0008]建立同工况条件下的炉温、坯温同步耦合机理模型；
[0009]基于所述炉温、坯温同步耦合机理模型，获得坯温软测量预报曲线和炉温软测量预报曲线；
[0010]基于坯温软测量预报曲线和炉温软测量预报曲线获取炉温标准差曲线和坯温标准差曲线；
[0011]以所述炉温标准差曲线和坯温标准差曲线作为收敛条件，首先进行炉温坯温的耦合计算，同步迭代得到最佳坯温炉温的预报曲线；
[0012]在所述的最佳坯温炉温预报曲线中，设置出口坯温及内外温差作为第一优化条
件，使出口坯温始终满足目标设定值；
[0013]根据目标需求，设置不同的加权因子，设置单位时间燃耗与目标值的偏差和权因子，设置污染物与目标值的偏差和权因子，设置烧损与目标值的偏差和权因子；
[0014]将所述单位时间燃耗与目标值的偏差和权因子、污染物与目标值的偏差和权因子和设置烧损与目标值的偏差和权因子代入至坯温炉温同步耦合机理模型，得到多目标优化函数；
[0015]对多目标优化函数进行递进式迭代求解；
[0016]调控炉内空燃比，使炉温、坯温曲线分别与所述当前工况炉温目标曲线和当前工况坯温目标曲线一致；
[0017]在满足炉温、坯温温控精度基础上，优化调控单位时间内天然气燃耗为最小，同时保证炉温、坯温的温度曲线与所述当前工况坯温目标曲线和当前工况炉温目标曲线一致；
[0018]在满足炉温、坯温温控精度和天然气燃耗最小的基础上，优化调控污染物为最少，使污染物排放量达到规定标准；
[0019]在满足炉温、坯温温控精度、天然气燃耗最小和调控污染物最少的基础上，优化调控钢坯的加热时间，使钢坯烧损度达到规定标准。
[0020]进一步地，所述炉温、坯温同步耦合机理模型的建立步骤如下：
[0021]虚拟加热炉和坯料的耦合环境；
[0022]将炉膛认定为物理体进行动态场量建模；
[0023]设置炉膛温度与坯料温度互为边界条件；
[0024]得出炉温、坯温同步耦合机理模型。
[0025]进一步地，所述当前炉况的误差特征值包括炉压波动、空气/燃气流量和压力波动和残氧量。
[0026]进一步地，所述炉温的软测量预报曲线的公式为：
[0027]T
f
＝A+Bx+Cx2+Dx3+Ex4+Fx5[0028]所述坯温的软测量预报曲线的公式为：
[0029]T
s
＝a+bx+cx2+dx3+ex4+fx5[0030]所述炉温标准曲线的公式为：
[0031][0032]所述坯温标准曲线的公式为：
[0033][0034]其中，x为加热炉长坐标，A、B、C、D、E、F为炉温目标特征系数，a、b、c、d、e、f为坯温目标各阶特征系数；
[0035]所述当前工况的炉温目标曲线的公式为：
[0036][0037]所述当前工况的坯温目标曲线的公式为：
[0038][0039]其中，为当前炉况的炉温误差特征值，为当前炉况的坯温误差特征值；
[0040]所述炉温调控偏差曲线的公式为：
[0041][0042]所述胚温调控偏差曲线的公式为：
[0043]ΔT
s
＝T
s
‑
T
s+
[0044]其中，T
f
为实际炉温，T
s
为实际坯温；
[0045]设沿炉长划分n个节点，炉温标准差曲线的公式为：
[0046][0047]其中，ΔT
fi
是当前炉温温度曲线上第i个点温度值，μ
f
是炉温平均值；
[0048]坯温标准差曲线的公式为：
[0049][0050]其中，ΔT
si
是当前炉温温度曲线上第i个点温度值，μ
s
是炉温平均值；
[0051]设定炉温和坯温的权因子ξ，所述最佳坯温炉温的预报曲线的公式为：
[0052]ψ
T
＝min[ξσ
f
+(1
‑
ξ)σ
s
][0053]出口坯温及其内外温差的优化函数为：
[0054][0055]其中，T
sout
为炉坯料表面温度，为坯料表面目标值，ΔT
sout
为出口坯料内外温差，为目标偏差，ζ出口坯温权因子；
[0056]所述多目标优化函数为：
[0057]ψ＝w
T
ψ
T
+w
Tout
ψ
Tout
+w1ΔG1+w2ΔG2+w3ΔG3[0058]其中，ΔG1为单位时间燃耗与目标值的偏差，ΔG2为污染物与目标值的偏差，ΔG3为烧损与目标值的偏差，w1为单位时间燃耗的权因子，w2为污染物的权因子，w3为烧损燃耗的权因子，w
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加热炉多目标递进优化方法，其特征在于，包括如下步骤：建立同工况条件下的炉温、坯温同步耦合机理模型；基于所述炉温、坯温同步耦合机理模型，获得坯温软测量预报曲线和炉温软测量预报曲线；基于坯温软测量预报曲线和炉温软测量预报曲线获取炉温标准差曲线和坯温标准差曲线；以所述炉温标准差曲线和坯温标准差曲线作为收敛条件，首先进行炉温坯温的耦合计算，同步迭代得到最佳坯温炉温的预报曲线；在所述的最佳坯温炉温预报曲线中，设置出口坯温及内外温差作为第一优化条件，使出口坯温始终满足目标设定值；根据目标需求，设置不同的加权因子，设置单位时间燃耗与目标值的偏差和权因子，设置污染物与目标值的偏差和权因子，设置烧损与目标值的偏差和权因子；将所述单位时间燃耗与目标值的偏差和权因子、污染物与目标值的偏差和权因子和设置烧损与目标值的偏差和权因子代入至坯温炉温同步耦合机理模型，得到多目标优化函数；对多目标优化函数进行递进式迭代求解；调控炉内空燃比，使炉温、坯温曲线分别与所述当前工况炉温目标曲线和当前工况坯温目标曲线一致；在满足炉温、坯温温控精度基础上，优化调控单位时间内天然气燃耗为最小，同时保证炉温、坯温的温度曲线与所述当前工况坯温目标曲线和当前工况炉温目标曲线一致；在满足炉温、坯温温控精度和天然气燃耗最小的基础上，优化调控污染物为最少，使污染物排放量达到规定标准；在满足炉温、坯温温控精度、天然气燃耗最小和调控污染物最少的基础上，优化调控钢坯的加热时间，使钢坯烧损度达到规定标准。2.根据权利要求1所述的加热炉多目标递进优化方法，其特征在于，所述炉温、坯温同步耦合机理模型的建立步骤如下：虚拟加热炉和坯料的耦合环境；将炉膛认定为物理体进行动态场量建模；设置炉膛温度与坯料温度互为边界条件；得出炉温、坯温同步耦合机理模型。3.根据权利要求1所述的加热炉多目标递进优化方法，其特征在于，所述当前炉况的误差特征值包括炉压波动、空气/燃气流量和压力波动和残氧量。4.根据权利要求1所述的加热炉多目标递进优化方法，其特征在于，所述炉温的软测量预报曲线的公式为：T
f
＝A+Bx+Cx2+Dx3+Ex4+Fx5所述坯温的软测量预报曲线的公式为：T
s
＝a+bx+cx2+dx3+ex4+fx5所述炉温标准曲线的公式为：
所述坯温标准曲线的公式为：其中，x为加热炉长坐标，A、B、C、D、E、F为炉温目标特征系数，a、b、c、d、e、f为坯温目标各阶特征系数；所述当前工况的炉温目标曲线的公式为：所述当前工况的坯温目标曲线的公式为：T
s+
＝T
s*
+T
s
‑
其中，T
s
‑
为当前炉况的炉温误差特征值，为当前炉况的坯温误差特征值；所述炉温调控偏差曲线的公式为：所述胚温调控偏差曲线的公式为：ΔT
s
＝T
s
‑
T
s+
其中，T
f
为实际炉温，T
s
为实际坯温；设沿炉长划分n个节点，炉温标准差曲线的公式为：其中，ΔT
fi
是当前炉温温度曲线上第i个点温度值，μ
f
是炉温平均值；坯温标准差曲线的公式为：其中，ΔT
si
是当前炉温温度曲线上第i个点温度值，μ
s
是炉温平均值；设定炉温和坯温的权因子ξ，所述最佳坯温炉温的预报曲线的公式为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利坡，张永顺，张艳闯，侯英武，单天仁，鲁照照，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：