專利名稱：一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱軋鋼的成型加工，更具體地指一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法。
背景技術(shù)：
熱軋加熱爐控制的主要目標(biāo)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。準(zhǔn)確計(jì)算板坯溫度是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提。常規(guī)的計(jì)算方法是根據(jù)當(dāng)前的位置，用一維或二維差分方程來(lái)計(jì)算，差分方程的算法主要解決板坯內(nèi)部的導(dǎo)熱過(guò)程，該算法相對(duì)成熟，而如何把爐內(nèi)的熱過(guò)程轉(zhuǎn)化為熱傳導(dǎo)方程的邊界條件成為問(wèn)題的關(guān)鍵。加熱爐內(nèi)板坯加熱主要是通過(guò)對(duì)流和輻射進(jìn)行的，這一熱物理過(guò)程被歸結(jié)為熱流量的計(jì)算。熱流量涉及兩個(gè)關(guān)鍵的變量，一個(gè)是綜合輻射系數(shù)，另一個(gè)就是爐氣溫度。其中爐氣溫度的計(jì)算是與爐內(nèi)位置有關(guān)，加熱爐一般分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段，每個(gè)段內(nèi)上部和下部分別有兩只熱電偶，而僅靠?jī)芍粺犭娕际菬o(wú)法反映整個(gè)段的爐氣溫度分布的，所以一般都采用爐氣分布模型。一般分為爐長(zhǎng)方向和爐寬方向，在爐寬方向，即板坯長(zhǎng)度方向的爐氣分布有兩種處理方法，一是選擇兩只熱電偶的一只作為爐寬方向的溫度，二是利用兩只熱電偶的溫度及其位置建立一個(gè)直線方程，然后通過(guò)插值算出爐寬方向任意位置的爐氣溫度。這兩種方法都不是很準(zhǔn)確的方法，而且是靜態(tài)的，不能動(dòng)態(tài)變化。
熱軋生產(chǎn)越來(lái)越關(guān)注板坯長(zhǎng)度方向溫度的分布情況，傳統(tǒng)的計(jì)算方法很難滿足生產(chǎn)的要求，尤其對(duì)于蓄熱加熱爐這一問(wèn)題更加突出。蓄熱加熱的一個(gè)顯著特點(diǎn)是燃燒器是成對(duì)工作的，并按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行交叉換向。正常工作時(shí)一只燃燒器按一定的比例把煤氣和通過(guò)蓄熱體的熱空氣噴射到爐膛，一邊混合一邊燃燒，而另一只把燃燒器產(chǎn)生的高溫廢氣吸入蓄熱箱，利用蓄熱體進(jìn)行蓄熱，如此周期交替。在這種情況下，傳統(tǒng)的方法不能反映沿爐寬方向的爐氣溫度分布。如果選擇一只熱電偶只能代表該熱電偶所在位置的爐氣溫度，而無(wú)法代表爐寬方向的整體爐氣溫度分布。如果采用利用兩只熱電偶建立的直線方程也不能正確反映實(shí)際的情況?？傊?，蓄熱燃燒的特點(diǎn)決定了板坯長(zhǎng)度方向溫度分布是不均勻的，為了準(zhǔn)確刻畫這種不均勻性，例如準(zhǔn)確計(jì)算板坯頭部、中部和尾部的溫度，必須建立爐氣溫度分布模型，在此基礎(chǔ)上確定板坯溫度，并且能夠隨著工況的變化自動(dòng)適應(yīng)。但困難是，在正常生產(chǎn)時(shí)，加熱爐內(nèi)各段的溫度分布是無(wú)法直接測(cè)量的，所以必須尋求一種新的確定爐板坯的溫度方法，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，以克服了現(xiàn)有方法的不足，且能夠準(zhǔn)確計(jì)算板坯長(zhǎng)度方向的溫度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，包括以下步驟a)首先根據(jù)可控制段熱電偶溫度、熱電偶與板坯的位置以及中間坯實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，建立爐長(zhǎng)方向和爐寬方向的爐氣溫度模型；b)再根據(jù)板坯當(dāng)前位置確定的爐氣溫度和板坯的表面溫度，確定傳遞給板坯的熱流量；c)利用差分方程計(jì)算出板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布；d)根據(jù)軋線中間板坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正。
所述的步驟a)中，在建立爐寬方向的爐氣溫度分布模型時(shí)，利用加熱爐內(nèi)熱電偶實(shí)測(cè)溫度和位置以及中間坯實(shí)測(cè)溫度映射到加熱爐內(nèi)的分段統(tǒng)計(jì)值來(lái)建立。
所述的爐寬方向的爐氣溫度分布模型表達(dá)式為T＝Ti+k×(POS-POSi)k＝(Ti-Ti-1)/(POSi-POSi-1)；i＝2，3，4，5
其中，POS是爐寬方向爐氣溫度模型的位置變量；T是位置變量POS對(duì)應(yīng)的爐氣溫度，POSi，i＝1，2，3，4，5是爐寬方向爐氣溫度模型各節(jié)點(diǎn)在爐寬方向的位置，而Ti，i＝1，2，3，4，5是POSi對(duì)應(yīng)的爐氣溫度。
所述的步驟a)中，在建立爐長(zhǎng)方向的爐氣溫度模型中，要考慮到板坯位于可控制段、板坯位于可控制段之間或熱回收段與預(yù)熱段之間區(qū)的交叉區(qū)域、板坯位于熱回收段的溫度分布情況。
所述的步驟b)中，在確定傳遞給板坯的熱流量時(shí)，主要根據(jù)板坯表面溫度和當(dāng)前的爐氣溫度，并遵循下式來(lái)計(jì)算出流入板坯表面的熱流量q=σ×ΦCG×{(TGU+273100)4-(θ+273100)4};]]>其中，σ為波爾茲曼常數(shù)，ΦCG為板坯表面的總括吸收系數(shù)，由埋偶實(shí)驗(yàn)確定，TGU為板坯位置處爐氣溫度，θ為板坯的表面溫度。
所述的步驟c)中，在計(jì)算板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布時(shí)，由步驟a)獲得了板坯長(zhǎng)度方向某個(gè)分段位置的熱流量，利用差分方程計(jì)算厚度方向的溫度分布以及平均溫度。
所述的差分方程為C-N格式差分方程，cP1γdx2Δt+λ-λ000-λ122(cP2γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP3γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP4γdx2Δt+λ)-λ000-λcP5γdx2Δt+λθ1Nθ2Nθ3Nθ4Nθ5N]]>
=(cPγdx2Δt-λ)θ1O+λθ2O+2dxqUλθ1O+2cP2γdx2Δtθ2O+λθ3Oλθ2O+2cP3γdx2Δtθ3O+λθ4Oλθ3O+2cP4γdx2Δtθ4O+λθ5Oλθ4O+cP5γdx2Δtθ5O+2dxqD]]>其中，cPi為各層比熱，γ為板坯比重，λ為板坯熱傳導(dǎo)系數(shù)，dx為各層厚度，θiN為板坯內(nèi)部溫度(本次計(jì)算值)，θiO為板坯內(nèi)部溫度(上次計(jì)算值)，qU為板坯上表面熱流，qD為板坯下表面熱流，Δt為差分模型計(jì)算步長(zhǎng)，等于周期計(jì)算的時(shí)間。
所述的步驟d)中，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正時(shí)，要根據(jù)板坯在粗軋后實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，并以左右兩個(gè)熱電偶位置對(duì)應(yīng)的板坯實(shí)測(cè)溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)行比較學(xué)習(xí)。
在本發(fā)明所采用的技術(shù)方案中，爐氣分布溫度模型是根據(jù)加熱爐內(nèi)熱電偶溫度和熱電偶與板坯的位置以及粗軋后中間坯的實(shí)測(cè)溫度建立的，能夠準(zhǔn)確反映爐氣溫度分布的真實(shí)情況，并根據(jù)板坯當(dāng)前位置確定傳遞給板坯的熱流量；板坯溫度采用差分方程，根據(jù)具體位置計(jì)算的熱流量，按長(zhǎng)度和厚度方向計(jì)算板坯的溫度，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算板坯的溫度分布；根據(jù)軋線中間坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正。本發(fā)明可以準(zhǔn)確計(jì)算板坯的溫度，并利用粗軋后中間坯全長(zhǎng)方向的實(shí)測(cè)溫度，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，映射到板坯在加熱爐內(nèi)的對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)，提高了板坯溫度的計(jì)算精度，能夠更好地滿足板坯加熱質(zhì)量的要求和軋線對(duì)板坯溫度高精度控制的要求，從而克服了加熱爐內(nèi)沿爐寬方向的溫度分布難以實(shí)時(shí)測(cè)量和板坯長(zhǎng)度方向溫度難以準(zhǔn)確計(jì)算的問(wèn)題，更好地對(duì)板坯長(zhǎng)度方向的溫度分布進(jìn)行監(jiān)督和控制，有利于提高加熱爐內(nèi)板坯的溫度控制水平以及為軋線提供板坯出爐時(shí)更全面的信息。


圖1為本發(fā)明的確定熱軋加熱爐板坯溫度方法的流程示意圖。
圖2為本發(fā)明爐寬方向的爐氣溫度分布計(jì)算流程示意圖。
圖3爐寬方向爐氣溫度分布模型學(xué)習(xí)(指修正，下同)流程示意圖。
圖4爐寬方向爐氣溫度分布模型原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了能更清楚地理解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法主要是利用爐內(nèi)熱電偶和軋線中間坯的溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立爐氣溫度分布模型，利用差分方程準(zhǔn)確計(jì)算板坯溫度，并且隨著工況的變化進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正，以能夠準(zhǔn)確計(jì)算板坯長(zhǎng)度方向的溫度。
該方法描述如下請(qǐng)參閱圖1所示，首先根據(jù)從儀表采集到的板坯在加熱爐內(nèi)爐長(zhǎng)方向和爐寬方向的位置，利用模型計(jì)算板坯所在位置的爐氣溫度分布；再根據(jù)板坯當(dāng)前位置的爐氣溫度和上一時(shí)刻的板坯表面溫度以及由埋藕實(shí)驗(yàn)確定的綜合輻射系數(shù)，按輻射傳熱計(jì)算公式確定環(huán)境傳遞給板坯的熱流量；然后，利用差分格式的熱傳導(dǎo)方程計(jì)算板坯的溫度分布，給出板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布，并輸出計(jì)算結(jié)果；同時(shí)判斷在粗軋后溫度測(cè)量?jī)x表的數(shù)據(jù)是否可用，如果可用，應(yīng)用學(xué)習(xí)算法對(duì)加熱爐爐寬方向的爐氣溫度進(jìn)行學(xué)習(xí)，否則，如果測(cè)量數(shù)據(jù)異常，則不進(jìn)行學(xué)習(xí)。
針對(duì)上述流程，下面再結(jié)合圖2，下面說(shuō)明如何確定加熱爐爐寬方向的爐氣溫度分布和如何利用粗軋后的板坯實(shí)測(cè)溫度對(duì)爐寬方向的爐氣溫度進(jìn)行學(xué)習(xí)。
首先讀取板坯在加熱爐內(nèi)的位置數(shù)據(jù)和熱電偶的測(cè)量值數(shù)據(jù)以及粗軋機(jī)組后的板坯溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)讀取加熱爐內(nèi)熱電偶位置和加熱爐爐寬常數(shù)數(shù)據(jù)；然后把加熱爐的寬度方向按長(zhǎng)度分成若干段，使得除了兩端的爐氣溫度，其它爐寬方向的爐氣分布各節(jié)點(diǎn)落在寬度方向相應(yīng)段的中間，進(jìn)一步根據(jù)板坯在加熱爐內(nèi)的位置，可以確定落在各段內(nèi)的板坯長(zhǎng)度；把粗軋板坯全長(zhǎng)方向的溫度測(cè)量值平均分配到各個(gè)段內(nèi)，結(jié)合爐內(nèi)熱電偶的測(cè)量值，確定爐氣溫度模型各節(jié)點(diǎn)的爐氣溫度；最后根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的爐氣溫度和在爐寬方向的相應(yīng)位置，確定爐寬方向的爐氣溫度分布。
圖3則示意了爐寬方向爐氣溫度分布模型學(xué)習(xí)流程，同樣，它首先確定爐寬方向爐氣溫度模型各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的板坯在粗軋機(jī)組后溫度測(cè)量?jī)x表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值；然后分別計(jì)算爐寬方向爐氣溫度模型非熱電偶位置對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)值和熱電偶位置對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)值的偏差；最后把計(jì)算獲得的偏差值和上一次的學(xué)習(xí)值進(jìn)行平滑處理，并按板坯長(zhǎng)度和厚度規(guī)格，鋼種以及在爐時(shí)間進(jìn)行分類保存，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度模型系數(shù)進(jìn)行更新。
在確定加熱爐爐氣溫度分布模型時(shí)，爐氣溫度分布模型的計(jì)算包括兩個(gè)步驟，首先建立按爐寬方向的爐氣溫度模型，用分段的折線表示，折線兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，一個(gè)是爐寬方向的位置，它是確定的；另一個(gè)是該點(diǎn)的爐氣溫度，其中兩個(gè)熱電偶對(duì)應(yīng)的爐氣溫度由儀表獲得，其余的根據(jù)粗軋后中間坯實(shí)測(cè)溫度相應(yīng)的分段統(tǒng)計(jì)值計(jì)算獲得。根據(jù)爐寬方向的爐氣溫度模型就可以獲得加熱爐內(nèi)板坯長(zhǎng)度方向某個(gè)位置爐寬方向的爐氣溫度，然后把該爐氣溫度帶入爐長(zhǎng)方向的爐溫分布模型，就得到計(jì)算熱流量所需要的爐氣溫度。
根據(jù)上述所描述的方法，依次再具體說(shuō)明如下，一，爐氣溫度模型的建立1，爐寬方向的爐氣溫度模型的確定根據(jù)加熱爐可控段左右二個(gè)熱電偶實(shí)測(cè)溫度，和這兩個(gè)熱電偶在爐寬方向的安裝位置，建立爐寬方向的爐氣溫度分布。不論熱電偶安裝在爐墻兩側(cè)，還是爐膛寬度方向的左右，該方法都是適用的。以軋線側(cè)作為參考，熱電偶在爐膛寬度方向的左右，如圖4所示，各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(POS1，T1)，(POS2，T2)，(POS3，T3)，(POS4，T4)，(POS5，T5)；其中位置2和位置4的坐標(biāo)值是知道的，由熱電偶的安裝位置和熱電偶的實(shí)測(cè)溫度確定的；其它點(diǎn)的位置坐標(biāo)也是確定的，1點(diǎn)的位置就是參考點(diǎn)，5點(diǎn)的位置加熱爐的寬度決定，3點(diǎn)的位置根據(jù)實(shí)際情況指定，一般選爐寬的中間?？梢?jiàn)，表示爐寬方向爐氣溫度分布的每段折線可以表示為T＝Ti+k×(POS-POSi)k＝(Ti-Ti-1)/(POSi-POSi-1)；i＝2，3，4，5其中POSi，i＝1，2，3，4，5是爐寬方向爐氣溫度模型各節(jié)點(diǎn)在爐寬方向的位置，而Ti，i＝1，2，3，4，5是POSi對(duì)應(yīng)的爐氣溫度；POS是爐寬方向爐氣溫度模型的位置變量；T是位置變量POS對(duì)應(yīng)的爐氣溫度。
假設(shè)位置2和位置4是熱電偶的位置，那么非熱電偶對(duì)應(yīng)位置的爐氣溫度T1，T3，T5由下式求出T1＝T2+2*β1*ΔTR1；β1∈
ΔTR1＝TR1-TR2；T5＝T4+2*β5*ΔTR5；β5∈
ΔTR5＝TR5-TR4；T3＝(T2+T4)/2+2*β3*ΔTR3；β3∈
ΔTR3＝[TR3-(TR2+TR4)/2]；其中β1，β3，β5是增益系數(shù)；TRi；i＝1，2，3，4，5是板坯在粗軋實(shí)測(cè)的板坯全長(zhǎng)溫度分段統(tǒng)計(jì)值，它是通過(guò)把粗軋機(jī)組后板坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)值映射到爐寬方向長(zhǎng)度相應(yīng)段內(nèi)，進(jìn)行非線性濾波獲得的。首先把爐寬方向分成若干段，并確定各段的長(zhǎng)度，然后根據(jù)板坯在加熱爐內(nèi)的位置，確定板坯落在爐寬方向各個(gè)段內(nèi)的長(zhǎng)度，最后根據(jù)板坯全長(zhǎng)在粗軋段等延伸變形的原則，確定落在爐寬方向各個(gè)段內(nèi)的測(cè)量值，對(duì)每個(gè)段內(nèi)的測(cè)量值進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)。
加熱爐爐寬方向長(zhǎng)度分段如圖4所示，各段的段長(zhǎng)計(jì)算如下l1＝γ1×(POS2-POS1)；γ1∈(0，1)l5＝γ4×(POS5-POS4)；γ4∈(0，1)l2＝(POS2-l1)+γ2×(POS3-POS2)；γ2∈(0，1)l3＝POS3-l1-l2+γ3×(POS4-POS3)；γ3∈(0，1)l4＝POS5-l1-l2-l3-l5其中，li，i＝1，2，3，4，5是沿爐寬長(zhǎng)度方向各段的段長(zhǎng)；γj，j＝1，2，3，4是分割系數(shù)。
板坯裝爐時(shí)距離軋線側(cè)爐墻的位置Δl可以由儀表測(cè)得，那么落在加熱爐寬度方向各個(gè)分段的長(zhǎng)度就可以計(jì)算出來(lái)。
slab_l1＝l1-Δl；Δl板坯距離軋機(jī)側(cè)爐墻的距離，由儀表測(cè)量給出。
slab_li＝li；板坯落在第i爐氣段的長(zhǎng)度；i＝2，3，4slab_l5＝l5+slab_L+Δl-Furnace_width；slab_L為板坯的長(zhǎng)度，裝料時(shí)由計(jì)劃獲得；Furnace_width為加熱爐的寬度，是加熱爐常數(shù)。
在粗軋后面測(cè)量?jī)x表的采樣頻率是足夠快的，而且是固定間隔采樣的，可以保證在每個(gè)段長(zhǎng)內(nèi)有測(cè)量值。那么板坯長(zhǎng)度方向的每個(gè)分段內(nèi)的數(shù)據(jù)為slab_mi=m×slab_lislab_L]]>其中，slab_mi，i＝1，2，3，4，5是和爐寬分段對(duì)應(yīng)的粗軋機(jī)組后板坯長(zhǎng)度方向的每個(gè)分段內(nèi)的測(cè)量值個(gè)數(shù)；m為粗軋機(jī)組后板坯長(zhǎng)度方向溫度測(cè)量值總的個(gè)數(shù)；slab_li，i＝1，2，3，4，5是落在加熱爐寬度方向各個(gè)分段的長(zhǎng)度。
用非線性濾波器對(duì)每個(gè)段內(nèi)的測(cè)量值進(jìn)行處理，就可以獲得分段統(tǒng)計(jì)值TRi；i＝1，2，3，4，5。如果熱電偶安裝在位置1和位置5，以上的方法同樣是適用的。
上述爐寬方向爐氣溫度計(jì)算是針對(duì)加熱爐可控制段進(jìn)行的，當(dāng)板坯位于熱回收段(爐尾部)時(shí)，用下式簡(jiǎn)單地計(jì)算爐寬方向溫度為TGU1＝Tpy11TGD1＝Tpy11+ΔT其中ΔT為預(yù)熱段上下熱電偶的溫度差，Tpy11為尾部煙道熱電偶溫度；TGU1是預(yù)熱段上部的爐氣溫度，TGD1預(yù)熱段下部的爐氣溫度。
2，爐長(zhǎng)方向的爐氣溫度分布模型的確定用求得的爐寬方向爐氣溫度和板坯爐長(zhǎng)方向位置，利用下面的爐長(zhǎng)方向爐氣溫度分布模型，決定板坯位置處爐氣溫度。板坯爐長(zhǎng)位置以抽出側(cè)的位置檢測(cè)LASER為零點(diǎn)。
●板坯位于可控制段(爐喉NOSE部以外)的情況TGU＝TGUiTGD＝TGDi其中，TGU為上部爐氣溫度，TGUi為上部爐寬方向爐氣修正溫度，TGD為下部爐氣溫度，TGDi為下部爐寬方向爐氣修正溫度●板坯位于可控制段之間或熱回收段與預(yù)熱段之間區(qū)域的交叉區(qū)域的情況TGU=TGU(i-1)+(Ys-Yi)TGUi-TGU(i-1)Yi*-Yi]]>TGD=TGD(i-1)+(Ys-Yi)TGDi-TGD(i-1)Yi*-Yi]]>其中，TGU為上部爐氣溫度，TGUi為上部爐寬方向爐氣修正溫度，TGD為下部爐氣溫度，TGDi為下部爐寬方向爐氣修正溫度，Ys為板坯爐長(zhǎng)方向位置，Yi為二段之間交叉區(qū)域前端位置(前一段段末位置)，Yi*為二段之間交叉區(qū)域后端位置，i為當(dāng)前所在段標(biāo)識(shí)。
●板坯位于熱回收段的情況TGU＝TGU1+aU(YS-Y)TGD＝TGD1+aD(YS-Y)其中，TGU為上部爐氣溫度，TGD為下部爐氣溫度，TGU1為上部爐寬方向爐氣修正溫度，TGD1為下?tīng)t寬方向爐氣修正溫度，Ys為板坯爐長(zhǎng)方向位置，Y為煙道處熱電偶位置，αD為上部爐氣溫度變換斜率GAIN，由埋偶實(shí)驗(yàn)確定，αU為下部爐氣溫度變換斜率GAIN，埋偶實(shí)驗(yàn)確定。
二，熱流量的計(jì)算根據(jù)板坯表面溫度和當(dāng)前的爐氣溫度，計(jì)算出流入板坯表面的熱流量。板坯表面的熱量吸收是按總括吸收率ΦCG的比例吸收的。
q=σ×ΦCG×{(TGU+273100)4-(θ+273100)4};]]>其中σStefan Boltzman常數(shù)ΦCG板坯表面的總括吸收系數(shù)，由埋偶實(shí)驗(yàn)確定TGU板坯位置處爐氣溫度θ板坯的表面溫度三，利用差分方程計(jì)算板坯的溫度分布由獲得了板坯長(zhǎng)度方向某個(gè)分段位置的熱流量，利用C-N格式的差分方程計(jì)算厚度方向的溫度分布以及平均溫度。具體計(jì)算方法如下
cP1γdx2Δt+λ-λ000-λ122(cP2γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP3γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP4γdx2Δt+λ)-λ000-λcP5γdx2Δt+λθ1Nθ2Nθ3Nθ4Nθ5N]]>=(cPγdx2Δt-λ)θ1O+λθ2O+2dxqUλθ1O+2cP2γdx2Δtθ2O+λθ3Oλθ2O+2cP3γdx2Δtθ3O+λθ4Oλθ3O+2cP4γdx2Δtθ4O+λθ5Oλθ4O+cP5γdx2Δtθ5O+2dxqD]]>其中cPi為各層比熱，γ為比重，λ為熱傳導(dǎo)系數(shù)，都是板坯的物理參數(shù)。
dx各層厚度θiN板坯內(nèi)部溫度(本次計(jì)算值)θiO板坯內(nèi)部溫度(上次計(jì)算值)qU板坯上表面熱流qD板坯下表面熱流Δt差分模型計(jì)算步長(zhǎng)，等于周期計(jì)算的時(shí)間。
四，爐寬方向爐氣溫度的自動(dòng)適應(yīng)實(shí)際熱軋生產(chǎn)中，加熱爐工況和加熱板坯的鋼種是變化的，要根據(jù)板坯在粗軋后實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，并以左右兩個(gè)熱電偶位置對(duì)應(yīng)的板坯實(shí)測(cè)溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)行比較學(xué)習(xí)，具體如下首先確定的爐寬方向的分段，確定在加熱爐內(nèi)的板坯落在爐寬長(zhǎng)度各個(gè)分段內(nèi)的長(zhǎng)度，然后根據(jù)等延長(zhǎng)率原則確定粗軋后板坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)值的分段方法，并根據(jù)相應(yīng)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性濾波獲得統(tǒng)計(jì)值。
然后按板坯長(zhǎng)度、鋼種和在爐時(shí)間分類，對(duì)非熱電偶位置對(duì)應(yīng)的ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5分別進(jìn)行學(xué)習(xí)。
ΔTR1_new＝TR1-TR2ΔTR1＝ΔTR1_old+α1*(ΔTR1_new-ΔTR1_old)；α1∈
ΔTR5_new＝TR5-TR4ΔTR5＝ΔTR5_old+α5*(ΔTR5_new-ΔTR5_old)；α5∈
ΔTR3_new＝TR3-(TR4+TR2)/2ΔTR3＝ΔTR3_old+α3*(ΔTR3_new-ΔTR3_old)；α3∈
其中，ΔTR1_old，ΔTR3_old，ΔTR5_old分別等于學(xué)習(xí)前的ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5。
應(yīng)用舉例，步進(jìn)梁式加熱爐，各控制段上部采用平焰燒嘴，下部采用蓄熱燒嘴，板坯標(biāo)準(zhǔn)在爐時(shí)間210分鐘，板坯溫度預(yù)報(bào)模型的計(jì)算步長(zhǎng)采用1分鐘，爐寬方向爐氣模型的位置點(diǎn)3取爐寬方向的中心位置，位置2和位置4為熱電偶的位置，γi＝0.5，i＝1，2，3，4。預(yù)熱段、加熱段和均熱段的上部，ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，β1＝β3＝β5＝0；α1＝α2＝α3＝0；預(yù)熱段下部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，10，0，β1＝β3＝β5＝0.5；α1＝α2＝α3＝0；加熱段下部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，15，0，β1＝β3＝β5＝1；α1＝α2＝α3＝0.01；均熱段下部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，20，0，β1＝β3＝β5＝1；α1＝α2＝α3＝0.01。按照本發(fā)明的方法，計(jì)算板坯的溫度分布，給出了板坯長(zhǎng)度方向溫度分布的情況，用于加熱爐板坯加熱過(guò)程的監(jiān)控。
步進(jìn)梁式加熱爐，均熱段上部采用平焰燒嘴，其它控制段采用蓄熱燒嘴，板坯標(biāo)準(zhǔn)在爐時(shí)間210分鐘，板坯溫度預(yù)報(bào)模型的計(jì)算步長(zhǎng)采用1分鐘，爐寬方向爐氣模型的位置點(diǎn)3取爐寬方向的中心位置，位置2和位置4為熱電偶的位置，γi＝0.5，i＝1，2，3，4。預(yù)熱段上部和下部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為-10，-5，-10，β1＝β3＝β5＝0.5；α1＝α2＝α3＝0.01；加熱段上部和下部的ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為-8，-5，-8，β1＝β3＝β5＝0.5；α1＝α2＝α3＝0.01；加熱段下部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，10，0，β1＝β3＝β5＝0.5；α1＝α2＝α3＝0.01；均熱段上部ΔTR1，ΔTR3，ΔTR5的初值為0，0，0，β1＝β3＝β5＝1；α1＝α2＝α3＝0.001。按照本發(fā)明的方法，計(jì)算板坯的溫度分布，給出了板坯長(zhǎng)度方向溫度分布的情況，用于加熱爐板坯加熱過(guò)程的監(jiān)控。
經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明可以利用板坯在粗軋后的實(shí)測(cè)溫度和加熱爐內(nèi)熱電偶的測(cè)量值，準(zhǔn)確地計(jì)算加熱爐內(nèi)的爐氣溫度分布，間接地計(jì)算板坯處于加熱爐內(nèi)不同位置處的板坯溫度分布，從而更好地對(duì)板坯長(zhǎng)度方向的溫度分布進(jìn)行監(jiān)督和控制，有利于提高加熱爐內(nèi)板坯的溫度控制水平以及為軋線提供板坯出爐時(shí)更全面的溫度控制信息。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a)首先根據(jù)可控制段熱電偶溫度、熱電偶與板坯的位置以及中間坯實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，建立爐長(zhǎng)方向和爐寬方向的爐氣溫度模型；b)再根據(jù)板坯當(dāng)前位置確定的爐氣溫度和板坯的表面溫度，確定傳遞給板坯的熱流量；c)利用差分方程計(jì)算出板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布；d)根據(jù)軋線中間板坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的步驟a)中，在建立爐寬方向的爐氣溫度分布模型時(shí)，利用加熱爐內(nèi)熱電偶實(shí)測(cè)溫度和位置以及中間坯實(shí)測(cè)溫度映射到加熱爐內(nèi)的分段統(tǒng)計(jì)值來(lái)建立。
3.如權(quán)利要求2所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于，所述的爐寬方向的爐氣溫度分布模型表達(dá)式為T＝Ti+k×(POS-POSi)k＝(Ti-Ti-1)/(POSi-POSi-1)；i＝2，3，4，5其中，POS是爐寬方向爐氣溫度模型的位置變量；T是位置變量POS對(duì)應(yīng)的爐氣溫度，POSi，i＝1，2，3，4，5是爐寬方向爐氣溫度模型各節(jié)點(diǎn)在爐寬方向的位置，而Ti，i＝1，2，3，4，5是POSi對(duì)應(yīng)的爐氣溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的步驟a)中，在建立爐長(zhǎng)方向的爐氣溫度模型中，要考慮到板坯位于可控制段、板坯位于可控制段之間或熱回收段與預(yù)熱段之間區(qū)的交叉區(qū)域、板坯位于熱回收段的溫度分布情況。
5.如權(quán)利要求1所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的步驟b)中，在確定傳遞給板坯的熱流量時(shí)，主要根據(jù)板坯表面溫度和當(dāng)前的爐氣溫度，并遵循下式來(lái)計(jì)算出流入板坯表面的熱流量q=σ×ΦCG×{(TGU+273100)4-(θ+273100)4};]]>其中，σ為波爾茲曼常數(shù)，ΦCG為板坯表面的總括吸收系數(shù)，由埋偶實(shí)驗(yàn)確定，TGU為板坯位置處爐氣溫度，θ為板坯的表面溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的步驟c)中，在計(jì)算板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布時(shí)，由步驟a)獲得了板坯長(zhǎng)度方向某個(gè)分段位置的熱流量，利用差分方程計(jì)算厚度方向的溫度分布以及平均溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的差分方程為C-N格式差分方程，cP1γdx2Δt+λ-λ000-λ122(cP2γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP3γdx2Δt+λ)-λ000-λ2(cP4γdx2Δt+λ)-λ000-λcP5γdx2Δt+λθ1Nθ2Nθ3Nθ4Nθ5N]]>(cPγdx2Δt-λ)θ1O+λθ2O+2dxqUλθ1O+2cP2γdx2Δtθ2O+λθ3Oλθ2O+2cP3γdx2Δtθ3O+λθ4Oλθ3O+2cP4γdx2Δtθ4O+λθ5Oλθ4O+2cP5γdx2Δtθ5O+2dxqD]]>其中，cPi為各層比熱，γ為板坯比重，λ為板坯熱傳導(dǎo)系數(shù)，dx為各層厚度，θiN為板坯內(nèi)部溫度(本次計(jì)算值)，θiO為板坯內(nèi)部溫度(上次計(jì)算值)，qU為板坯上表面熱流，qD為板坯下表面熱流，Δt為差分模型計(jì)算步長(zhǎng)，等于周期計(jì)算的時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述的對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，其特征在于所述的步驟d)中，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正時(shí)，要根據(jù)板坯在粗軋后實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，并以左右兩個(gè)熱電偶位置對(duì)應(yīng)的板坯實(shí)測(cè)溫度為基準(zhǔn)，進(jìn)行比較學(xué)習(xí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)熱軋加熱爐板坯溫度的確定方法，該方法首先根據(jù)可控制段熱電偶溫度、熱電偶與板坯的位置以及中間坯實(shí)測(cè)溫度的分段統(tǒng)計(jì)值，建立爐長(zhǎng)方向和爐寬方向的爐氣溫度模型；再根據(jù)板坯當(dāng)前位置確定的爐氣溫度和板坯的表面溫度，確定傳遞給板坯的熱流量；利用差分方程計(jì)算出板坯長(zhǎng)度方向和厚度方向的溫度分布；根據(jù)軋線中間板坯全長(zhǎng)溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，對(duì)爐寬方向的爐氣溫度分布模型進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)修正。該方法克服了加熱爐內(nèi)沿爐寬方向的溫度分布難以實(shí)時(shí)測(cè)量和板坯長(zhǎng)度方向溫度難以準(zhǔn)確計(jì)算的問(wèn)題，有利于提高加熱爐內(nèi)板坯的溫度控制水平以及為軋線提供板坯出爐時(shí)更全面的信息。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1940905SQ200510030208
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者呂立華, 張健民, 沈際海 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司