一种连续退火炉加热段炉温控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及连续退火炉技术，尤其涉及连续退火炉加热段炉温控制技术。
【背景技术】
[0002] 连续退火炉热处理过程效率很高，它用来生产抗张力强度大和塑性强的带钢。对 于连续退火炉机组的设计制造而言，国内基本处于进口状态，根据现代带钢连续退火机组 的大型化、产品多样化、高质量和低成本的发展趋势，对于连续退火机组的模型化和算机自 动控制系统的设计，尤其是连续退火炉的模型化和优化控制是国内亟待研发设计的技术。 带钢连续退火炉具有如下特性，连续退火炉一般分为预热段、加热段、均热段等多段，分段 多且各段传热特性几乎完全不同，炉子有效长度超长。此外，由于带钢规格、热处理周期、走 带速度等经常变化，使炉况不稳，炉子热惯性时间远大于带钢在炉内的滞留时间。综上，连 续退火炉在运行过程中会存在炉温扰动，或者由于带钢刚种、尺寸等的变化，在带钢在生产 线上生产时炉温并不适合该带钢，而炉温对于带钢来说细微的差别就会使得带钢的质量产 生较大差别，因此，应当对炉温的这种偏差进行监控和调整，从而生产高质量的带钢。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的目的是一种连续退火炉加热段炉温控制系统及方法，对连续退 火炉运行时的工况进行监控，并且对带钢退火过程的工况进行控制，特别在带钢规格变换 时，及时控制调节炉温，可以较平稳地过渡各种变换情况，使带钢生产率、成材率提高，节省 成本。
[0004] 为解决上述问题，本发明提出一种连续退火炉加热段炉温控制系统，包括：基础自 动化设备，过程控制设备，以及生产过程执行管理设备；其中，
[0005] 基础自动化设备连接控制退火炉内工况的现场装置，接收过程控制设备下发的炉 子控制报文以控制调节炉温，并持续向过程控制设备发送现场装置实时采集的退火炉内工 况信息的第一工况报文；
[0006] 生产过程执行管理设备获取带钢在加热段内加工时的生产线状态信息并依此生 成第二工况报文，并持续向过程控制设备发送该第二工况报文；
[0007] 过程控制设备接收并解析所述第一工况报文和第二工况报文，每次在根据炉内工 况信息和生产线状态信息获得的带钢实际温度和设定的带钢目标温度之间存在的偏差超 出设定范围时，均重新设定加热段炉温值并形成炉子控制报文发送给基础自动化设备从而 控制炉温。
[0008] 根据本发明的一个实施例，所述退火炉内工况信息包括炉温，炉内生产线传送速 度，炉压，带钢温度。
[0009] 根据本发明的一个实施例，生产线状态信息包括退火曲线，及以下任意几个的组 合：带钢长度、带钢宽度、带钢厚度、带钢密度、带钢钢种。
[0010] 为解决上述问题，本发明还提出一种连续退火炉加热段炉温控制方法，基础自动 化设备根据现场装置实时采集的退火炉内工况信息形成第一工况报文并持续将其发送给 过程控制设备；生产过程执行管理设备获取带钢在加热段内加工时的生产线状态信息而形 成第二工况报文并持续将其发送给过程控制设备；该方法包括：
[0011] 步骤S1 :过程控制设备根据生产过程执行管理设备发送的退火曲线进行初始化， 对加热段的各分部炉温值赋初值，过程控制设备将炉温值发送给基础自动化设备以控制炉 温，进入步骤S2 ;
[0012] 步骤S2 :过程控制设备处于报文接收状态，若接收第一工况报文和/或第二工况 报文则进入步骤S3 ;
[0013] 步骤S3 :过程控制设备根据退火炉内工况信息中的带钢入口温度和带钢出口温 度进行有效热能计算，将有效热能结果值和设定的目标有效热能值进行比较，若有效热能 结果值和目标有效热能值存在的偏差超出设定范围，则进入步骤S4,否则返回执行步骤 S2 ；
[0014] 步骤S4 :根据有效热能结果值重新设定加热段的各分部的炉温值，过程控制设备 根据设定的炉温值形成炉子控制报文发送给基础自动化设备从而控制调节炉温，返回执行 步骤S2通过迭代方式减少有效热能结果值和目标有效热能值存在的偏差以调节炉温。
[0015] 根据本发明的一个实施例，所述加热段分为至少三对加热区，将没每对加热区分 成若干个分部。
[0016] 根据本发明的一个实施例，过程控制设备设定加热段各分部的炉温值的方法包 括：
[0017] 将第一加热区的第一分部的入口值设置为过程控制设备所设定的赋值、出口值设 置为其入口值加上dt;将第一加热区的第二分部的入口值设置为第一加热区的第一分部 的出口值、出口值设置为第二分部的入口值加上dt;第一加热区的后续分部依此类推；
[0018] 将第二加热区的第一分部的入口值设置为第一加热区的第一分部的入口值加上 退火曲线中设定的俩加热区间的步长、出口值设置为其入口值加上dt;将第二加热区的第 二分部的入口值设置为第二加热区的第一分部的出口值、出口值设置为第二分部的入口值 加上dt;第一加热区的后续分部依此类推；
[0019] 第二加热区之后的加热区依此类推；
[0020] 其中
[0021] to为带钢出口温度；ti为带钢入口温度；elements为所有加热区的分部数总和。
[0022] 根据本发明的一个实施例，在步骤S1中，将第一加热区的第一分部的入口值初始 化设置为接近室温值。
[0023] 根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，过程控制设备根据退火炉内工况信息中 的带钢入口温度和带钢出口温度进行有效热能计算的公式为
[0025] 其中，y为有效热能结果值，m_flow为带钢流量，enth(to)为带钢出口温度to下 的热洽，enth(ti)为带钢入口温度ti下的热；)；含，STEFAN为斯蒂芬-波滋曼常数，fact为福 射系数，surf为福射面积。
[0026] 根据本发明的一个实施例，在步骤S4中，根据有效热能结果值重新设定加热段的 各分部的炉温值的方法为
[0027]如果y〈0,tr=to,否则
[0028] 其中，tr为用以设置将第一加热区的第一分部的入口值的过程控制设备所设定的 赋值。
[0029] 根据本发明的一个实施例，基础自动化设备根据加热段的热传导公式确定带钢出 口温度，公式如下：
[0030] 0 0 ?伞?S? (TF4_TB4) =v?t?w?P?C? (TBE-TBI)
[0031] 其中，TF为加热段炉温，TB为带钢温度，〇 ^为斯蒂芬-波滋曼常数，巾为辐射系 数，S为热交换面积，v为炉内生产线传送速度，t为带钢厚度，C为热容，P为带钢密度， TBE，TBI分别为加热段热传导的带钢出口温度和带钢入口温度。
[0032] 采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：通过基础自动化 设备实时监控退火炉内的工况，并不断地将工况信息以报文形式发送给过程控制设备，并 且，通过生产过程执行管理设备监控带钢在生产线上生产时的生产线状态信息，并不断地 将生产线状态信息以报文信息发送给过程控制设备，过程控制设备一方面可以监控退火炉 所有工作状态下的工况，另一方面专门地对带钢生产时的情况进行监控，在带钢的刚种、尺 寸等情况发生变化时，而使得带钢实际温度和设定的带钢目标温度之间存在的偏差超出设 定范围时，通过反复迭代（过程控制设备和基础自动化设备、生产过程执行管理之间的多 次信息交互）控制炉温使得偏差不断减小，从而实现在带钢变换时炉温的平稳过渡。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明一个实施例的连续退火炉加热段炉温控制系统的结构框图；
[0034] 图2为本发明一个实施例的连续退火炉加热段炉温控制方法的流程示意图；
[0035] 图3为本发明一个实施例的连续退火炉加热段的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0037] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以 很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况 下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0038] 本发明的连续退火炉分例如包括预热段、加热段和均热段。
[0039]