一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法與流程

2023-06-01 19:27:31 2

本發明屬於軋鋼熱工自動控制領域，具體涉及一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法。
背景技術：
：熱軋帶鋼的加熱溫度與產品質量密切相關，是影響熱軋帶鋼組織性能的關鍵因素之一。在生產中，為使鋼材便於軋制，就必須根據鋼種本身特性的不同而採取不同的加熱規範，其中最重要的參數就是板坯在不同位置的加熱目標溫度確定。帶鋼在軋制過程中，出於表面質量、溫度精度、尺寸精度等不同質量要求特性，需要設定不同的加熱過程。但在目前的大生產過程中，由於板坯品種繁多，且板坯入爐的初始溫度波動較大，對實際的過程控制影響較大，具體表現為：板坯的入爐溫度波動的均值在289℃左右，極端情況下相鄰板坯的入爐溫差甚至超過800℃。而目前段末溫度的控制公差，預熱段末一般為±40℃，加熱段末為±40℃。而傳統的加熱爐爐型燒嘴配置條件能力差，只能以物理段為單位進行調整，而通常一個物理段內有8-12塊左右不同入爐溫度、不同段末溫度要求的板坯。如此大的入爐溫度波動造成操作人員的人工幹預非常頻繁，調整效果也差強人意，容易出現低溫板坯未達下限而高溫板坯超上限的情況出現。1580產線出於加強冷熱混裝板坯過程溫度的控制能力，在2013年對1#加熱爐進行了重新設計和改造，但關於板坯的過程溫度控制方法仍然參照原有傳統加熱爐爐型進行控制。沒有對控制功能優化，從根本上提高板坯過程溫度控制精度。技術實現要素：為解決以上問題，本發明提供了一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，根據脈衝式加熱爐脈衝燒嘴設置的物理位置，以及板坯加熱工藝的要求，將原有的板坯過程溫度設定細化，使板坯在爐內每一個物理控制區內均有明確的目標控制要求，並根據板坯當前溫度調整爐氣溫度，進而周期掃描控制脈衝燒嘴的開啟時間，從而達到可以根據軋線的需要，精確控制每一塊板坯的的加熱過程控制，將板坯冷熱混裝的負面影響大幅降低，其技術方案具體如下：一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，通過對虛擬段的預熱段、加 熱段、均熱段分別控制實現，所述的預熱段包括預熱段上部與預熱段下部，所述的加熱段包括加熱段上部與加熱段下部，所述的均熱段包括均熱段上部與均熱段下部，其特徵在於：根據爐長方向等距設置脈衝燒嘴數目，根據脈衝燒嘴數目將預熱段上部、預熱段下部、加熱段上部、加熱段下部、均熱段上部、均熱段下部分別劃分成1—一4個控制區，並將預熱段上部、預熱段下部、加熱段上部、加熱段下部、均熱段上部、均熱段下部兩兩建立邏輯控制關係，通過對每個控制區的周期性控制形成對整個虛擬段的控制。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：所述的對每個控制區的控制包括如下步驟：s1：過程控制計算機在接受板坯入爐信號後，讀取當前板坯所在控制區的熱電偶信號檢測值t1；s2：過程控制計算機根據虛擬段段末目標溫度計算得出當前控制區目標溫度t2；s3：過程控制計算機根據當前控制區目標溫度t2、當前板坯溫度、軋制節奏周期，計算出當前控制區的爐氣溫度設定值t3；s4：將熱電偶信號檢測值t1與當前控制區的爐氣溫度設定值t3進行比較，當t1≥t3時，進入步驟s5，當t1＜t3時，進入步驟s6；s5：關閉當前控制區的脈衝燒嘴；s6：開啟當前控制區的脈衝燒嘴。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：根據脈衝燒嘴數目將預熱段上部、預熱段下部各自劃分成3個邏輯控制區；將加熱段上部、加熱段下部各自劃分成4個邏輯控制區；將均熱段上部劃分1個邏輯區，將均熱段下部劃分左右對稱的2個邏輯控制區，所述虛擬段由此形成17個可控制區。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：步驟s1中，所述的當前板坯所在控制區的熱電偶信號檢測值t1，通過爐氣溫度分布計算模型，對爐長和爐寬放行進行爐氣溫度周期性差分計算得出。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：步驟s2中，所述的虛擬段段末目標溫度根據板坯出鋼記號、特殊質量號、入爐溫度等級及加熱爐爐號四個綜合因素索引得出。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：步驟s3中，所述的根據當前控制區目標溫度t2、當前板坯溫度、軋制節奏周期，計算出當前控制區的爐氣溫度設定值t3，依據以下函數關係完成：步驟s3中，所述的根據當前控制區目標溫度t2、當前板坯溫度、軋制節奏周期，計算出當前控制區的爐氣溫度設定值t3，依據以下函數關係確定：其中：δtf：爐溫變更量(常數)(默認δtf＝50℃)，η：影響係數，tek：根據標準爐溫(或上一次的必要爐溫)、軋制節奏和當前板坯溫度計算的段預測出口溫度；其中：δtfc：最適合的必要爐溫變更量，text：變化δtf後的段目標出口計算溫度，t3＝t1+δtfc。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：所述的入爐溫度等級為4個等級，所述4個等級依次為0℃-300℃；300℃-500℃；500℃-700℃；700℃以上。根據本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，其特徵在於：所述的當前控制區目標溫度t2根據相鄰虛擬段的段末目標溫度及燒嘴的物理位置進行差分計算確定，具體為：其中，ti：當前控制區所在虛擬段段末目標溫度，ti-1：當前控制區所在虛擬段前一虛擬段段末目標溫度，pi：當前控制區所在虛擬段長度方向段末物理坐標，pi-1：當前控制區所在虛擬段長度方向段初物理坐標，pt：當前控制區長度方向物理坐標。本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，根據脈衝式加熱爐脈衝燒嘴設置的物理位置，以及板坯加熱工藝的要求，將原有的板坯過程溫度設定細化，使板坯在爐內每一個物理控制區內均有明確的目標控制要求，並根據板坯當前溫度調整爐氣溫度，進而周期掃描控制脈衝燒嘴的開啟時間，從而達到可以根據軋線的需要，精確控制每一塊板坯的的加熱過程控制，將板坯冷熱混裝的負面影響大幅降低；能夠大幅降低傳統加熱爐物理段設置較少，段內板坯入爐溫差、目標溫度差異大相互幹擾的影響。附圖說明圖1為本發明中一個控制區的板坯加熱過程溫度控制流程圖。圖2為本發明中的板坯當前控制區目標溫度t2的確定流程圖。具體實施方式下面，根據說明書附圖和具體實施方式對本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法作進一步具體說明。如圖1、2所示的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，通過對虛擬段的預熱段、加熱段、均熱段分別控制實現，所述的預熱段包括預熱段上部與預熱段下部，所述的加熱段包括加熱段上部與加熱段下部，所述的均熱段包括均熱段上部與均熱段下部，其中，根據爐長方向等距設置脈衝燒嘴數目，根據脈衝燒嘴數目將預熱段上部、預熱段下部、加熱段上部、加熱段下部、均熱段上部、均熱段下部分別劃分成1——4個控制區，並將預熱段上部、預熱段下部、加熱段上部、加熱段下部、均熱段上部、均熱段下部兩兩建立邏輯控制關係，通過對每個控制區的周期性控制形成對整個虛擬段的控制。其中，所述的對每個控制區的控制包括如下步驟：s1：過程控制計算機在接受板坯入爐信號後，讀取當前板坯所在控制區的熱電偶信號檢測值t1；s2：過程控制計算機根據虛擬段段末目標溫度計算得出當前控制區目標溫度t2；s3：過程控制計算機根據當前控制區目標溫度t2、當前板坯溫度、軋制節奏周期，計算出當前控制區的爐氣溫度設定值t3；s4：將熱電偶信號檢測值t1與當前控制區的爐氣溫度設定值t3進行比較，當t1≥t3時，進入步驟s5，當t1＜t3時，進入步驟s6；s5：關閉當前控制區的脈衝燒嘴；s6：開啟當前控制區的脈衝燒嘴。其中，根據脈衝燒嘴數目將預熱段上部、預熱段下部各自劃分成3個邏輯控制區；將加熱段上部、加熱段下部各自劃分成4個邏輯控制區；將均熱段上部劃分1個邏輯區，將均熱段下部劃分左右對稱的2個邏輯控制區，所述虛擬段由此形成17個可控制區。步驟s1中，所述的當前板坯所在控制區的熱電偶信號檢測值t1，通過爐氣溫度分布計算模型，對爐長和爐寬放行進行爐氣溫度周期性差分計算得出。步驟s2中，所述的虛擬段段末目標溫度根據板坯出鋼記號、特殊質量號、入爐溫度等級及加熱爐爐號四個綜合因素索引得出；所述的入爐溫度等級為4個等級，所述4個等級依次為0℃-300℃；300℃-500℃；500℃-700℃；700℃以上。步驟s3中，所述的根據當前控制區目標溫度t2、當前板坯溫度、軋制節奏周期，計算出當前控制區的爐氣溫度設定值t3，依據以下函數關係完成：首先，利用板坯溫度預報模型計算出段末溫度；然後，給定固定的爐溫變更量再一次求出利用板坯溫度預報模型計算出段末溫度；最後，利用兩次的計算結果求出影響係數，即：其中：δtf：爐溫變更量(常數)(默認δtf＝50℃)η：影響係數tek：根據標準爐溫(或上一次的必要爐溫)、軋制節奏和當前板坯溫度計算的段預測出口溫度；為了減小板坯段出口預報溫度和出口段目標溫度的偏差，需要改變的爐溫量為：其中：δtfc：最適合的必要爐溫變更量text：變化δtf後的段目標出口計算溫度然後計算當前控制區的爐氣溫度設定值t3t3＝t1+δtfc。所述的當前控制區目標溫度t2根據相鄰虛擬段的段末目標溫度及燒嘴的物理位置進行差分計算確定，具體為：其中，ti：當前控制區所在虛擬段段末目標溫度，ti-1：當前控制區所在虛擬段前一虛擬段段末目標溫度，pi：當前控制區所在虛擬段長度方向段末物理坐標，pi-1：當前控制區所在虛擬段長度方向段初物理坐標，pt：當前控制區長度方向物理坐標。實施例本實施例按照根據脈衝燒嘴數目將預熱段上部、預熱段下部各自劃分成3個邏輯控制區；將加熱段上部、加熱段下部各自劃分成4個邏輯控制區；將均熱段上部劃分1個邏輯區，將均熱段下部劃分左右對稱的2個邏輯控制區，所述虛擬段由此形成17個可控制區的分區模式進行控制，具體細分方法如下表：按照上述方法對1#加熱爐衝式燒嘴進行優化設計後，將可控制供熱段原來的6個段擴展為17個可控制區。溫度的調節能力得到大幅增加。可單獨控制段數傳統加熱爐脈衝式加熱爐預熱段26加熱段28均熱段231.鋼種分類索引規則建立為精確索引各品種板坯的段末溫度控制要求，需要建立相關的索引規則，綜合各方面因素考慮，板坯加熱過程目標溫度分出鋼記號、特殊質量號、開爐數、入爐溫度等級四項，分別介紹如下：1)出鋼記號1580產線目前共軋制192個出鋼記號，為確加熱過程控制工藝的可擴展性，因此品種鋼按照出鋼記號進行分類，可以從理論確保每種鋼都可以賦予其獨特的加熱升溫過程。出鋼記號索引目前共有192項，產線後續如有新鋼種開發生產，則可以繼續添加賦值。2)特殊質量號同一出鋼記號的鋼，由於合同需求、表面指數和分選度、下工序去向等因素的不同，可能會有不同的加熱過程要求，出於這一因素考慮，為辨別同一鋼種的不同加熱需求，通過上述合同需求、表面指數和分選度、下工序去向三類參數確定了特殊質量號這一索引，共25項。具體賦值過程如下：3)使用爐考慮不同加熱爐間的爐體結構不同，同一類鋼種進入了不同的加熱爐後其段末溫度控制要求不一致。為確區分保爐型結構的差異，建立了使用爐這一索引項，共有1、2、3三個值，進入了1#脈衝式加熱爐進行加熱的板坯該項參數賦值為1。4)入爐溫度等級1580產線熱送熱裝水平較高，板坯入爐從常溫到將近1000℃的範圍內波動。而不同的入爐溫度對於板坯各段的溫度控制有直接影響，因此必須根據入爐的不同而區別設定段末目標溫度，出於這一因素考慮，建立了入爐溫度等級這一索引項，共有1、2、3、4三個值，分別代表0-300℃、300℃-500℃、500℃-700℃，700℃以上入爐的板坯。根據上述方法，對各類鋼種精確索引規則如下表所示：按照上述方法，每一出鋼記號理論上可以賦予25*3*4＝300項不同的加熱過程要求，完全可以滿足當前的質量控制需求，且保留了充分的可擴展性。2.虛擬段末溫度自動控制品種鋼分類索引規則建立後，必須參照原有工藝制度對各類鋼種的虛擬段末溫度控制要求進行初始賦值，賦值對象包括最小在爐時間、預熱段末溫度、加熱段末溫度三項。初始賦值根據當前產線的控制要求，按照鍍錫板、普炭鋼、鐵素體等大類進行了分類。後續可以根據產線需求作靈活調整。完成上述分類索引和初始賦值工作後，為在加熱控制模型中實現各出鋼記號的自動控制，在控制模型中建立了特殊爐溫控制表格。每一鋼種進入加熱爐後，加熱模型便會根據其出鋼記號、特殊質量號、當前開爐數、入爐溫度等級四個參數自動確定當前板坯的預熱段末和加熱段末溫度控制要求。同時熱負荷計算模型會根據工況的變化，以一分鐘/次的計算頻率，修正加熱爐內的溫度控制，實現段末溫度控制的精確化和自動化。典型鋼種入爐後的段末溫度自動控制初始賦值如下表所示：3.實際控制區段末溫度自動控制為精確控制每對脈衝燒嘴的開啟時序和燃燒時間，需要對控制區內的對應板坯明確目標溫度的要求。在上述虛擬段末溫度自動控制完成的前提下，實際控制區內的目標溫度根據燒嘴的物理位置進行差分計算後明確，具體計算方法如下：其中，ti：當前控制區所在虛擬段段末目標溫度，ti-1：當前控制區所在虛擬段前一虛擬段段末目標溫度，pi：當前控制區所在虛擬段長度方向段末物理坐標，pi-1：當前控制區所在虛擬段長度方向段初物理坐標，pt：當前控制區長度方向物理坐標。經過上述虛擬段段末目標溫度的確定以及實際控制段目標溫度的計算，1#脈衝式加熱爐加熱過程可以分19段進行過程溫度的控制，同時可以利用三個虛擬段目標溫度實現與其他爐型的加熱過程溫度對比，提高控制精度的同時，也為分析和降低爐間差異提供了手段。17個實際溫度控制區由28隻「高效低nox雙通道拓展溫度場燒嘴」以及均熱段平焰燒嘴構成，除均熱段上部段外(虛擬段7段，實際段16a/b/c區)，其餘均採用脈衝燃燒控制方式。17個控制區根據當前區內的板坯實際溫度，結合板坯目標溫度和軋制節奏，自動計算出各區的加熱負荷，脈衝燒嘴以每個掃描周期(1分鐘)內的燃燒時間長短來滿足熱負荷需求。位於爐子兩側對稱布置的一對燒嘴做為一個獨立溫控區，且可根據需要將兩側對稱的燒嘴實現「對稱式」供熱與「非對稱」式供熱，可靈活調整爐寬方向溫度場及坯料頭尾溫度分布以適應軋機對不同鋼種，實現不同入爐溫度板坯的特殊需求。本發明的一種脈衝式加熱爐冷熱混裝板坯的過程溫度控制方法，根據脈衝式加熱爐脈衝燒嘴設置的物理位置，以及板坯加熱工藝的要求，將原有的板坯過程溫度設定細化，使板坯在爐內每一個物理控制區內均有明確的目標控制要求，並根據板坯當前溫度調整爐氣溫度，進而周期掃描控制脈衝燒嘴的開啟時間，從而達到可以根據軋線的需要，精確控制每一塊板坯的的加熱過程控制，將板坯冷熱混裝的負面影響大幅降低；能夠大幅降低傳統加熱爐物理段設置較少，段內板坯入爐溫差、目標溫度差異大相互幹擾的影響。當前第1頁12