一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及加熱爐軋鋼控制【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，包括如下步驟：（1）統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)節(jié)奏、出鋼溫度和各加熱段爐膛溫度的關(guān)系；（2）根據(jù)各加熱段爐膛給定溫度的粗調(diào)節(jié)范圍，利用（1）中生產(chǎn)節(jié)奏和出鋼溫度關(guān)系細(xì)分溫度調(diào)節(jié)范圍；（3）根據(jù)步驟（1）中關(guān)系，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)，各加熱段爐膛溫度與出鋼溫度的關(guān)系；（4）根據(jù)步驟（3）中關(guān)系，按照生產(chǎn)節(jié)奏對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；（5）根據(jù)出鋼溫度，對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；（6）將上述步驟（4）和（5）中各加熱段爐膛溫度補(bǔ)償與各加熱段爐膛基本控制溫度之和在上述步驟（2）中細(xì)分的溫度調(diào)節(jié)范圍中作為溫度控制器的輸入，實(shí)現(xiàn)各加熱段爐膛溫度準(zhǔn)確、穩(wěn)定控制。
【專利說(shuō)明】一種快速自動(dòng)適應(yīng)乳機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加熱爐軋鋼控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說(shuō)，本發(fā)明是一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加熱爐是鋼鐵冶金的常見設(shè)備，是軋鋼生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備之一，也是主要耗能設(shè)備。具有非線性、時(shí)變、分布參數(shù)特性。鋼坯加熱的質(zhì)量直接影響鋼材的質(zhì)量、產(chǎn)量、能源消耗和軋機(jī)壽命，而加熱爐爐溫的設(shè)定直接影響著加熱鋼坯的質(zhì)量。加熱爐傳統(tǒng)的控制方法是控制爐溫，由執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)，再配以空燃比，煙道殘氧量以及燃料流量與助燃空氣流量的交叉限幅控制等輔助控制方法以提高熱效率。其原理是基于經(jīng)驗(yàn)的爐溫設(shè)定，可保證出爐鋼坯正常軋制而不使軋機(jī)過荷受損，但是一般人工設(shè)定爐溫余量偏大，在生產(chǎn)工況波動(dòng)的情況下，容易造成過燒，從而降低了加熱質(zhì)量，導(dǎo)致鋼耗上升。
[0003]由于加熱爐內(nèi)的鋼坯溫度很難在線測(cè)量，尤其是鋼坯內(nèi)部的溫度無(wú)法直接測(cè)量，通常都是用計(jì)算機(jī)對(duì)鋼坯在爐內(nèi)的升溫過程進(jìn)行計(jì)算，過去這方面通常采用多元回歸的方法，例如武漢鋼鐵公司引進(jìn)的熱連軋加熱爐鋼坯升溫控制數(shù)學(xué)模型，但多元回歸模型的缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性不高，特別是生產(chǎn)條件與軋制節(jié)奏發(fā)生變化時(shí)。另外，有人應(yīng)用分布參數(shù)理論建立了數(shù)學(xué)模型，并通過近似集中參數(shù)模型研究加熱爐的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化，但是這種方法的缺點(diǎn)是計(jì)算工作量很大，要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)估計(jì)及控制，需要相當(dāng)規(guī)模的控制計(jì)算機(jī)。較實(shí)用的方法是通過分析加熱爐內(nèi)的熱交換機(jī)理建立實(shí)時(shí)控制模型，Timothy, A.Vesiocki等人采用動(dòng)態(tài)熱傳導(dǎo)分析的方法，通過分析鋼坯各結(jié)點(diǎn)的熱交換機(jī)理的方法對(duì)鋼坯溫度進(jìn)行控制，在被加熱鋼種不變的情況下，模型的穩(wěn)定性較好，加之操作人員多年的經(jīng)驗(yàn)積累，這種方法目前大多數(shù)鋼廠的加熱爐控制還在使用。Misaka.J和Takahash1.R采用總擴(kuò)括熱吸收率法在日本的Simitomo金屬工業(yè)公司建立了數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了鋼坯溫度的預(yù)測(cè)，取得了一定的節(jié)能效果。Pike等人運(yùn)用分布式參數(shù)理論建立加熱爐數(shù)學(xué)模型，并且應(yīng)用近似集中參數(shù)模型來(lái)研究加熱爐的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化問題。WiCk，H.J應(yīng)用卡爾曼濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐內(nèi)板坯的溫度分布估計(jì)，但該法的不足是必須取得板坯在加熱爐內(nèi)的表面溫度，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。針對(duì)多段式結(jié)構(gòu)的加熱爐，A.Kusters提出一種運(yùn)用多變量參數(shù)估計(jì)的方法，建立多區(qū)段步進(jìn)梁加熱爐的ARX模型。Dirk.S.，Arend.1C等描述了現(xiàn)代熱軋廠的一種控制系統(tǒng)。但是目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用的基本上都是簡(jiǎn)化的一維模型，多維模型因?yàn)橛?jì)算量巨大，目前還不能在線應(yīng)用，在一定程度上降低了模型的準(zhǔn)確性。
[0004]綜上所述，采用對(duì)鋼坯溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)及回歸算法等方法所得結(jié)果準(zhǔn)確性差，而且計(jì)算量大，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中很難推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，可實(shí)現(xiàn)加熱爐爐內(nèi)溫度準(zhǔn)確、穩(wěn)定控制。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，包括如下步驟:(I)通過數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器獲得生產(chǎn)節(jié)奏、出鋼溫度和各加熱段爐膛溫度的關(guān)系；(2)根據(jù)各加熱段爐膛給定溫度的粗調(diào)節(jié)范圍，利用步驟(1)中生產(chǎn)節(jié)奏和出鋼溫度關(guān)系細(xì)分溫度調(diào)節(jié)范圍；
(3)根據(jù)步驟(1)中關(guān)系，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)，各加熱段爐膛溫度與出鋼溫度的關(guān)系；(4)根據(jù)步驟(3)中關(guān)系，按照生產(chǎn)節(jié)奏對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；(5)根據(jù)出鋼溫度，對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；(6)將上述步驟(4)、步驟(5)中各加熱段爐膛溫度補(bǔ)償與各加熱段爐膛基本控制溫度之和在上述步驟(2)中細(xì)分的溫度調(diào)節(jié)范圍中作為溫度控制器的輸入，實(shí)現(xiàn)各加熱段爐膛溫度控制。
[0007]所述步驟(1)中所述數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器采用統(tǒng)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)。
[0008]所述步驟(5)中補(bǔ)償為閉環(huán)控制。
[0009]所述步驟(6)中溫度控制器采用PID控制算法。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、由于可以快速響應(yīng)生產(chǎn)節(jié)奏變化，則出爐溫度影響較小。2、由于采用的統(tǒng)計(jì)方法，共有特性包含其中，所以補(bǔ)償量比較合適，不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、由于出鋼溫度對(duì)爐膛溫度進(jìn)行閉環(huán)微調(diào)，則爐膛溫度的設(shè)定更加準(zhǔn)確，控制精度更高，出鋼溫度更加穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0013]以130t/h步進(jìn)式加熱爐為例，正常生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)鋼坯數(shù)量為60根，平均2分鐘出鋼I根，加熱爐子有效長(zhǎng)度為18m，分為預(yù)熱段，加熱段和均熱段，三段長(zhǎng)度相等。本發(fā)明爐內(nèi)溫度控制方法如圖1所示。
[0014]1.生產(chǎn)節(jié)奏計(jì)算器
生產(chǎn)節(jié)奏V是表征出鋼間隔的量，單位為“秒/根或秒/件”，從某根鋼坯進(jìn)爐開始計(jì)時(shí)一直到鋼坯出爐時(shí)截止的時(shí)間Ti (i=l, 2，……，60)，當(dāng)i〈60時(shí)，Ti不斷的累加時(shí)間，當(dāng)i>60 時(shí)，
T(i)=T(1-l), i為從入爐方向編號(hào)開始記1,2,……,60 v=Ti/60，60為加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)鋼坯的數(shù)量 Ti為爐膛內(nèi)第i位置的鋼坯在爐內(nèi)的時(shí)間，單位為秒。
[0015]2.數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器
數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器中包含了爐溫的分布，各鋼坯所處位置的溫度，時(shí)間加權(quán)平均值。假設(shè)各加熱段爐膛溫度在各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)之間按照位置均勻分布，均熱段溫度Tempi，加熱段溫度Temp2，預(yù)熱段溫度Temp3，換熱器前溫度Temp4，鋼坯出鋼溫度Temp5，鋼坯入爐溫度為Temp6 (i),將加熱爐總長(zhǎng)18m內(nèi)平均分為60段，
各鋼還的位置為 S(i) = (18/60)*i鋼坯處于預(yù)熱段的爐膛溫度為
Temp(i)=Temp4+(18/60)*i*((Temp3_Temp4)/6), i=l, 2,......, 20
鋼坯處于加熱段的爐膛溫度為
Temp(i)=Temp3+(18/60)* (i_20) *((Temp2_Temp3)/6)，i=21, 22，......,40
鋼坯處于均熱段的爐膛溫度為
Temp (i) =Temp2+(18/60) * (i_40) * ((Templ_Temp2) /6), i=41, 42,......, 60
求出每根鋼坯單位時(shí)間單位爐膛溫度對(duì)鋼坯出口溫度的影響
Temp_avg= Σ 160Temp (i)* (T (i)-T (i_l))/T (60)，i=l,2，......，60
Temp_avg為鋼還在爐膛內(nèi)時(shí)間加權(quán)爐膛溫度均值 Det_wd= (Temp5_Temp6(60))/ Temp_avg Det_sj= (Temp5_Temp6(60))/T(60)。
[0016]3.生產(chǎn)節(jié)奏變化量
Det_v=(v_v_l)*60，其中v_l為出鋼時(shí)這一時(shí)刻的生產(chǎn)節(jié)奏賦給上一時(shí)刻。
[0017]4.生產(chǎn)節(jié)奏補(bǔ)償爐膛溫度變化量 Det_temp= Det_wd * Det_sj* Det_v。
[0018]5.出鋼溫度控制器 出鋼溫度控制器采用PID控制算法，PID控制器的P取值為300-400，I的取值范圍是150-200，D的取值范圍是50-100，控制器的輸出為Det_cg。
[0019]6.爐膛溫度調(diào)節(jié)控制器 爐膛溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)定值為 Temp_SP=Temp_jb+ Det_t emp+Det_cg
爐膛溫度調(diào)節(jié)控制器采用PID控制器，其中P取值為200-300，I取值為100-150，D取值為30-60。
[0020]7.粗調(diào)范圍設(shè)定器
加熱段溫度的上限下限范圍是1140-1180°C，均熱段溫度的上限下限范圍是1150-1190°C。
【權(quán)利要求】
1.一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，包括如下步驟:(1)通過數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器獲得生產(chǎn)節(jié)奏、出鋼溫度和各加熱段爐膛溫度的關(guān)系；(2)根據(jù)各加熱段爐膛給定溫度的粗調(diào)節(jié)范圍，利用步驟(I)中生產(chǎn)節(jié)奏和出鋼溫度關(guān)系細(xì)分溫度調(diào)節(jié)范圍；(3)根據(jù)步驟(I)中關(guān)系，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)，各加熱段爐膛溫度與出鋼溫度的關(guān)系；(4)根據(jù)步驟(3)中關(guān)系，按照生產(chǎn)節(jié)奏對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；(5)根據(jù)出鋼溫度，對(duì)各加熱段爐膛溫度進(jìn)行補(bǔ)償；(6)將上述步驟(4)、步驟(5)中各加熱段爐膛溫度補(bǔ)償與各加熱段爐膛基本控制溫度之和在上述步驟(2)中細(xì)分的溫度調(diào)節(jié)范圍中作為溫度控制器的輸入，實(shí)現(xiàn)各加熱段爐膛溫度控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中所述數(shù)據(jù)關(guān)系計(jì)算器采用統(tǒng)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中所述補(bǔ)償為閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速自動(dòng)適應(yīng)軋機(jī)節(jié)奏的加熱爐爐內(nèi)溫度控制方法，其特征在于，所述步驟(6)中所述溫度控制器采用PID控制算法。
【文檔編號(hào)】B21B37/74GK103506406SQ201310501814
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】李鵬, 于現(xiàn)軍 申請(qǐng)人:北京和隆優(yōu)化科技股份有限公司