連續退火加熱爐爐溫控制方法
2023-07-29 04:37:16 1
專利名稱：連續退火加熱爐爐溫控制方法
技術領域：
本發明涉及連續退火加熱爐爐溫控制方法。
背景技術：
連退加熱爐結構如圖1所示，整個爐子分為若干個區，每個區之間有隔熱牆，用於減少爐膛間熱氣相互幹擾。每個爐區都有獨立的控制，如煤氣流量、電壓、功率等，和爐溫測量手段。現有的連退加熱爐爐溫控制一般都採用單變量PID(比例積分微分運算器)控制方法，參見圖2，即以設定爐溫與實測爐溫的差為輸入，控制變量設定值為輸出的PID調節器。由於爐子本身的大慣性、長延時特性，加上連退的高速、連續、變規格工藝特性，使傳統的連退爐溫控制不能同時兼顧穩定性與快速性的要求。日本專利03-277722[JP 3277722 A]，公開了一種通過實際測量加熱段出口帶鋼的熱能來進行爐溫控制的方法。日本專利PUB.NO.52-028409[JP 52028409 A]，公開了一種改變加熱條件的爐溫控制方法，該方法只考慮帶鋼厚度變化對爐溫的影響。
發明內容本發明的目的在於提供一種連續退火加熱爐爐溫控制方法，該控制方法通過模型計算每個爐區帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動態響應特性。
本發明是這樣實現的一種連續退火加熱爐爐溫控制方法，其特徵是以爐區的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，採用多變量預測控制算法來計算出當前時刻最優的燃氣流量增量，通過調節燃氣流量增量，對連退加熱爐爐溫進行控制，其步驟如下第一步，計算入口帶溫，入口帶溫就是前爐區的出口帶溫，其數學表達式為 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區中帶鋼的長度，K為綜合吸熱係數，A3、A4、A5為與熱容相關的參數，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區的入口和出口帶溫，h[mm]為前爐區出口處的帶鋼厚度，v[m/min]為帶鋼速度，Tf[℃]為前爐區的爐溫；第二步，計算帶鋼秒流量，入口帶鋼秒流量反映了帶鋼從前一個爐區帶到本爐區熱量的大小，帶鋼秒流量為進入本爐區的帶鋼速度、寬度和厚度的乘積，即Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度；第三步，計算k時刻的爐溫Tf(k)，其數學表達式為Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFll(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，Fl(k-1)[m3/min]為k-1時刻的燃氣流量，Tsin(k-1)[℃]為k-1時刻的入口帶溫，由(1)式計算所得，Vh(k-1)為k-1時刻的入口秒流量，由(2)式計算所得，s11…s3n為模型參數；第四步，計算燃氣流量增量，多變量預測控制是根據設定的爐溫目標曲線和預測的爐溫曲線來計算下一時刻的控制增量，假設將來時刻燃氣量的變化為零，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，Vk＞0 (4)根據(3)式可以預測到將來p時刻內的爐溫值，從而也就能計算出將來p時刻內的設定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)… (5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這裡，r(p)為p時刻的設定值，根據預測控制原理，下一時刻的燃氣流量增量為ΔFl(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p) (6)式中，k1…kp為預測控制增益。
上述的連續退火加熱爐爐溫控制方法，對於第一爐區的入口帶溫可通過爐子前的帶溫測量儀測得；燃氣流量調節為煤氣流量調節。
本發明是考慮了爐區的入口帶溫和帶鋼秒流量對爐溫的影響，並根據模型預測將來時刻的爐溫變化，用多變量預測控制理論計算出當前時刻最優的煤氣流量增量。本發明主要包括三個模塊入口帶溫計算、入口帶鋼秒流量計算和多變量預測控制算法。本發明通過模型計算每個爐區帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動態響應特性。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1為連續退火加熱爐結構示意圖；圖2為現有的連退加熱爐爐溫控制方法框圖；圖3為本發明連續退火加熱爐爐溫控制方法框圖。
圖中1前爐區爐溫，2前爐區入口帶溫，3前爐區帶鋼厚度，4前爐區帶鋼寬度，5帶鋼速度，6入口帶溫，7帶鋼秒流量，8多變量預測控制。
具體實施方式
參見圖1、圖3，一種連續退火加熱爐爐溫控制方法，是以爐區的入口帶溫6、帶鋼秒流量7和爐溫為輸入量，採用多變量預測控制8算法來計算出當前時刻最優的煤氣流量增量，通過調節煤氣流量增量，對連退加熱爐爐溫進行控制，詳細描述如下1.入口帶溫6計算，對於第一爐區，入口帶溫6可以通過爐子前的帶溫測量儀測得，參見圖1。對於後續爐區，由於在爐內安裝帶鋼檢測儀非常困難，只能根據前爐區的運行狀況經過計算來估計。本爐區的入口帶溫6實際上就是前爐區的出口帶溫。而前爐區的出口帶溫可以通過前爐區的爐溫1、帶鋼入口溫度2、厚度3、速度5來求得 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區中帶鋼的長度，K為綜合吸熱係數，A3、A4、A5為與熱容相關的參數，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區的入口帶溫2和出口帶溫，h[mm]為前爐區出口處的帶鋼厚度3，v[m/min]為帶鋼速度5，Tf[℃]為前爐區的爐溫1。根據(1)式就可以用數值方法計算出前爐區的出口帶溫，也就是本爐區的入口帶溫6。
2.入口秒流量7計算，入口秒流量7反映了帶鋼從前一個爐區帶到本爐區熱量的大小，秒流量7越大，帶來的熱量越多，從而對本爐區爐溫的影響也越大。帶鋼秒流量7為進入本爐區的帶鋼速度5、寬度4和厚度3的乘積，即，Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度4。
3.多變量預測控制8算法，多變量預測控制8是根據設定的爐溫目標曲線和預測的爐溫曲線來計算下一時刻的控制增量。因此首先必須建立爐溫預測計算方法。根據加熱爐設備特性，影響爐溫變化的主要因素有煤氣流量、帶鋼厚度3、寬度4和速度5、入口帶溫6等。因此，k時刻的爐溫可以用前n時刻的煤氣流量、入口帶溫6和秒流量7的增量來計算，即Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFl(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，Tf(k)為k時刻的爐溫，Fl(k-1)[m3/min]為k-1時刻的煤氣流量，Tsin(k-1)[℃]為k-1時刻的入口帶溫6，由(1)式計算所得，Vh(k-1)為k-1時刻的入口秒流量7，由(2)式計算所得，s11…s3n為模型參數。
(3)式的表達形式有利於進行實時的爐溫預測計算，是預測控制算法8的基礎。假設將來時刻煤氣量的變化為零，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，k＞0 (4)根據(3)式可以預測到將來p時刻內的爐溫值，從而也就能計算出將來p時刻內的設定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)…(5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這裡，r(p)為p時刻的設定值。根據預測控制原理，下一時刻的煤氣流量增量為ΔFl(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p) (6)式中，k1…kp為預測控制增益。
經試驗可得到(1)式中的參數值為K＝0.4×10-10A3＝0.16264A4＝-0.25416×10-3A5＝0.53943×10-6A6＝-0.28215×10-9(3)式中的參數為n＝83，sij共有83項，前10項係數為
(6)式中的控制增益為k1～10＝
。
本發明可以推廣到任何連續處理線的加熱爐和均熱爐上，包括熱鍍鋅和電鍍鋅處理線，尤其對於像電工鋼這種對溫度要求極高的連續處理線。
權利要求
1.一種連續退火加熱爐爐溫控制方法，其特徵是以爐區的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，採用多變量預測控制算法來計算出當前時刻最優的燃氣流量增量，通過調節燃氣流量增量，對連退加熱爐爐溫進行控制，其步驟如下第一步，計算入口帶溫，入口帶溫就是前爐區的出口帶溫，其數學表達式為 Ts(0)＝Tsin式中，L[m]為前爐區中帶鋼的長度，K為綜合吸熱係數，A3、A4、A5為與熱容相關的參數，Ts(x)為距入口x米處的帶溫，是積分計算中的中間變量，Tsin和Tsout[℃]分別為前爐區的入口和出口帶溫，h[mm]為前爐區出口處的帶鋼厚度，v[m/min]為帶鋼速度，Tf[℃]為前爐區的爐溫；第二步，計算帶鋼秒流量，入口帶鋼秒流量反映了帶鋼從前一個爐區帶到本爐區熱量的大小，帶鋼秒流量為進入本爐區的帶鋼速度、寬度和厚度的乘積，即Vh＝v×w×h (2)式中，w[m]為帶鋼寬度；第三步，計算k時刻的爐溫Tf(k)，其數學表達式為Tf(k)＝s11ΔFl(k-1)+s12ΔFl(k-2)+…+s1nΔFl(k-n)+s1nFl(k-n-1)+s21ΔTsin(k-1)+s22ΔTsin(k-2)+…+s2nΔTsin(k-n)+s2nTsin(k-n-1) (3)+s31ΔVh(k-1)+s32ΔVh(k-2)+…+s3nΔVh(k-n)+s3nVh(k-n-1)式中，Fl(k-1)[m3/min]為k-1時刻的燃氣流量，Tsin(k-1)[℃]為k-1時刻的入口帶溫，由(1)式計算所得，Vh(k-1)為k-1時刻的入口秒流量，由(2)式計算所得，s11…s3n為模型參數；第四步，計算燃氣流量增量，多變量預測控制是根據設定的爐溫目標曲線和預測的爐溫曲線來計算下一時刻的控制增量，假設將來時刻燃氣量的變化為零，即ΔFl(k)＝ΔFl(k+1)＝…＝0，k＞0(4)根據(3)式可以預測到將來p時刻內的爐溫值，從而也就能計算出將來p時刻內的設定誤差，即E(1)＝r(1)-Tf(1)…(5)E(p)＝r(p)-Tf(p)這裡，r(p)為p時刻的設定值，根據預測控制原理，下一時刻的燃氣流量增量為ΔFl(1)＝k1E(1)+k2E(2)+…+kpE(p)(6)式中，k1…kp為預測控制增益。
2.根據權利要求1所述的連續退火加熱爐爐溫控制方法，其特徵是對於第一爐區的入口帶溫可通過爐子前的帶溫測量儀測得。
3.根據權利要求1所述的連續退火加熱爐爐溫控制方法，其特徵是燃氣流量調節為煤氣流量調節。
全文摘要
本發明涉及連續退火加熱爐爐溫控制方法。一種連續退火加熱爐爐溫控制方法，其特徵是以爐區的入口帶溫、帶鋼秒流量和爐溫為輸入量，採用多變量預測控制算法來計算出當前時刻最優的燃氣流量增量，通過調節燃氣流量增量，對連退加熱爐爐溫進行控制。本發明通過模型計算每個爐區帶鋼的熱能，考慮了帶鋼厚度、寬度、速度和入口帶溫對爐溫的影響，提高了加熱爐段的爐溫控制精度和動態響應特性。
文檔編號C21D1/26GK1873034SQ20051002632
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優先權日2005年5月31日
發明者周堅剛, 胡廣魁, 王海英 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司