基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法技术

本发明专利技术提供一种基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法，涉及冶金装备自动化领域，包括如下步骤：根据当前燃气燃烧形成热流分布，基于所述热流分布建立基于同工况条件的坯温、炉温耦合热平衡方程；用所述耦合影响系数矩阵对当前分区的温度波动进行调控，将相邻分区的影响增量叠加至当前分区中，得到当前分区的温度实际值。本发明专利技术通过构建坯温、炉温的耦合条件和解耦操作，有利于降低加热炉的高度非线性特征，利用机理

【技术实现步骤摘要】
基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法


[0001]本专利技术涉及冶金装备自动化领域，尤其涉及一种基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法。

技术介绍

[0002]在轧制过程中，轧制温度直接决定了轧件的变形难易程度和组织性能，因此制定合适的温度区间对于整个轧制过程是至关重要的。随着控制控冷技术的日益精细化，众多质量异议与轧制温度息息相关，如黑线、边裂、凸起、硬点等等问题，其中决定轧制温度的很重要的环节，除辊道冷却、除磷水冷、粗轧、精轧以及轧后水冷外，最关键的就是加热炉的升温过程和出炉坯料温度精度。因此，如何精确调控加热炉炉温和坯温，是决定出炉坯温以后续各工序段温度精度的最核心工序。
[0003]然而，在现有加热炉烧钢过程中，由于过度关注出炉坯温的精度，反而忽视了坯温和炉温的耦合性。由于缺少考虑温度时滞性的调控方法，经常导致坯温和炉温出现较大波动，稳定性差，尤其难以满足复杂的动态工况条件，导致炉温、坯温始终处于热量的不平衡状态。在实际调控过程中，由于缺少准确的边界条件，并且没有考虑炉温和坯温的不同步导热关系，使得坯温和炉温的温度场模型很难实现真正意义上的耦合，这种不同步时滞性的不平衡状态使得坯温和炉温的控制既紧密相关又明显相对独立。为了解决上述问题，有必要从两者的热平衡特性和导热差异入手，结合现场实际升温曲线，考虑边界条件的工况误差和热平衡时间，进行炉温、坯温的同步时域耦合，以获得精确的炉温、坯温曲线，实现两者的高效率协同调控，最大限度稳定复杂的炉况条件，降低炉内坯温、炉温与设定值的温度偏差，最终保证出炉温度精度，满足下游工序工艺需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法，为改善现有加热炉坯温、炉温的不同升温速率或热平衡时滞性造成的温度波动问题，通过同步构建坯温、炉温的热平衡边界条件，耦合分析同时刻的全炉况坯温和炉温变化规律，求解对不同区段的影响系数，从而获得解耦后的坯温、炉温分布曲线，有助于解决炉内坯温/炉温波动大、升温过程不规范以及出炉温度精度低的问题。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法，包括如下步骤：
[0007]S1、根据当前燃气燃烧形成热流分布，基于所述热流分布建立基于同工况条件的坯温、炉温耦合热平衡方程；
[0008]S2、获取黑匣子实测曲线，通过热电偶对黑匣子实测曲线进行实际验证后获得温度实测数据；
[0009]S3、将所述温度实测数据带入至坯温、炉温耦合热平衡方程中，得到坯温、炉温耦合模型的边界条件和初始条件；
[0010]S4、用所述坯温、炉温耦合模型进行实际坯温、炉温的软测量，得到各区的温度预报曲线；
[0011]S5、根据所述温度预报曲线得到预报曲线各点位置的自身影响系数和相邻影响系数；
[0012]S6、根据温升斜率将加热炉划分成若干分区，利用所述温度预报曲线各点位置的自身影响系数和相邻影响系数建立当前分区和前后相邻分区的耦合影响系数矩阵；
[0013]S7、用所述耦合影响系数矩阵对当前分区的温度波动进行调控，将相邻分区的影响增量叠加至当前分区中，得到当前分区的温度实际值；
[0014]S8、对所有分区执行S7，获得所有分区的温度实际值；
[0015]S9、根据所述所有分区的温度实际值，获得解耦后的炉温和坯温实际升温曲线；
[0016]S10、重复S1
‑
S9，直到当前坯温、炉温分别满足各自的设定目标曲线。
[0017]进一步地，所述坯温、炉温耦合模型的构建方法为：
[0018]分别对坯料和炉膛进行网格划分，其中对每根坯料进行三维差分温度场建模，对炉膛进行整体网格划分；
[0019]对炉膛温度进行曲线拟合后，形成以位置为变量的温度函数；
[0020]形成单根钢坯的瞬态温度子函数模块，以对应同位置的炉温分布或热流条件，并在同一时刻，同步计算炉内所有钢坯瞬态温度，分别调用对应位置的炉温分布或热流条件；
[0021]根据时间步长，耦合计算当前时刻的坯温、炉温分布，实现两者的瞬态同步计算过程，实时获取坯温、炉温的瞬态分布状态。
[0022]进一步地，所述自身影响系数K
i
为：
[0023][0024]其中，ΔT
i
为当前分区的炉温或坯温，Δt为维持时间，q
i
为单位热流密度。
[0025]进一步地，相邻影响系数W
i
为：
[0026][0027]相邻影响系数W
i+1
为：
[0028][0029]其中，ΔT
i
‑1和ΔT
i+1
为相邻分区的炉温或坯温。
[0030]进一步地，当前第i区解耦后影响系数K
′
i
为
[0031][0032]其中，ΔT
i
′
为补偿后的当前分区的炉温或坯温，q
i
‑1和q
i+1
为相邻分区的单位热流密度。
[0033]进一步地，所述目标曲线的获取步骤如下：
[0034]K1、根据基本工况参数，设定相应的烧钢参数；
[0035]K2、利用Level2系统获得当前工况的炉温、坯温耦合模型；
[0036]K3、将炉况参数同步带入至炉温、坯温耦合模型中进行步骤S
‑
S，得到解耦后的炉
温和坯温实际升温曲线；
[0037]K4、结合现场实际案例，设定典型炉况的解耦后炉温、坯温作为标准样本曲线，作为后续同工况案例的目标升温曲线，减少参数设定误差，有利于提高烧钢效率；
[0038]K5、在每个典型工况中，附加解耦前的升温曲线及工况误差曲线，便于分析坯温、炉温的同步耦合性以及相邻区段的影响系数，消除工况误差或区段耦合带来的升温曲线偏差；
[0039]K6、根据当前工况参数，自动选择最佳的目标升温曲线，利用Level1系统进行各区空燃比的闭环调控，使坯温、炉温的均方差始终保持最小；
[0040]K7、当坯温、炉温实际曲线分别与各自目标曲线的均方差最小时，认定为当前坯温、炉温满足设定要求，同时保证出炉坯温、燃耗、产能、污染物排放指标也符合目标要求。
[0041]本专利技术的有益效果在于：
[0042]本专利技术通过构建坯温、炉温的耦合条件和解耦操作，有利于降低加热炉的高度非线性特征，在此基础上，利用机理
‑
智能协同的方式，制定最佳的坯温、炉温目标曲线，进行加热炉的预判断、预调整和故障预警，有助于实现加热炉的大数据智慧烧钢，提升炉温、坯温的均匀性和稳定性，满足加热炉整体烧钢过程的微控和智控条件。
附图说明
[0043]为了更清楚的说明本专利技术的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据当前燃气燃烧形成热流分布，基于所述热流分布建立基于同工况条件的坯温、炉温耦合热平衡方程；S2、获取黑匣子实测曲线，通过炉顶、炉侧固定位置的热电偶对黑匣子实测曲线进行实际验证后获得温度实测数据；S3、将所述温度实测数据带入至坯温、炉温耦合热平衡方程中，得到坯温、炉温耦合模型的边界条件和初始条件；S4、用所述坯温、炉温耦合模型进行实际坯温、炉温的软测量，得到各区的温度预报曲线；S5、根据所述温度预报曲线得到预报曲线各点位置的自身影响系数和相邻影响系数；S6、根据温升斜率将加热炉划分成若干分区，利用所述温度预报曲线各点位置的自身影响系数和相邻影响系数建立当前分区和前后相邻分区的耦合影响系数矩阵；S7、用所述耦合影响系数矩阵对当前分区的温度波动进行调控，将相邻分区的影响增量叠加至当前分区中，得到当前分区的温度实际值；S8、对所有分区执行S7，获得所有分区的温度实际值；S9、根据所述所有分区的温度实际值，获得解耦后的炉温和坯温实际升温曲线；S10、重复S1
‑
S9，直到当前坯温、炉温分别满足各自的设定目标曲线。2.根据权利要求1所述的基于加热炉坯温、炉温协同预调控分区解耦的温控方法，其特征在于，所述坯温、炉温耦合模型的构建方法为：分别对坯料和炉膛进行网格划分，其中对每根坯料进行三维差分温度场建模，对炉膛进行整体网格划分；对炉膛温度进行曲线拟合后，形成以位置为变量的温度函数；形成单根...

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