专利名称：一种加热炉内钢坯温度跟踪的方法
技术领域：
本发明涉及加热炉技术领域，尤其涉及加热炉数学模型开发及自动控制技术领域。
背景技术：
加热炉是热轧生产中的重要设备，也是热轧产线耗能较大的设备之一，随着能源供应短缺与能源需求增长、过量的资源能源消耗量与有限的资源环境承载力的矛盾的突出，加之热轧产品和工艺装备的快速升级、高附加值钢板对加热炉加热工艺要求的不断提高，使加热炉面临节能降耗及提高自身控制水平的严峻挑战。
相关领域技术人员，针对上述问题进行了大量的研究工作，尤其在加热炉优化控制数学模型开发方面，关于加热炉内钢坯温度跟踪及预测模型，主要有两种一是，基于数据挖掘及统计理论开发的模型，其主要包括数据采集与数据挖掘分析两个模块。数据处理主要完成实时数据采集获取加热炉当前温热制度，然后通过数据挖掘分析模块将采集的生产数据处理成分析样本并按照一定的规则存储于数据库中，生产时从数据库中获取加热炉当前状态的最优炉温设定值并预测炉内钢坯温度；二是，基于热工专业理论开发的加热炉炉内钢坯温度预测模型，其核心是通过托偶实验获得加热炉总括热吸收率系数，然后将被加热钢坯的表面辐射热流密度描述为炉膛温度与其表面温度的黑体辐射力之差乘以总括热吸收率的形式，将该热流密度作为求解钢坯导热控制方程的边界条件，从而实现对钢坯内部温度场的跟踪计算。前者撇开了热工专业理论，样本的优劣直接影响炉温决策及钢温预报，从而影响加热炉控制效果，其用于指导实际生产显然无法合理实现加热炉最优控制及节能降耗宗旨；后者基于热工专业理论通过数学模型完成加热炉内钢坯温度场的预测，但其关键参数，即加热炉总括热吸收率，需要对不同钢种不同结构加热炉通过托偶实验获得。然而，托偶实验受测试技术、测试点分布及数量限制以及加热炉生产波动及钢种变化等诸多不确定因素的影响，每次试验都将耗费大量人力、物力、财力，加之考虑生产成本、生产效率及经济效益，其托偶实验不可能多次实施。。
发明内容
本发明针对上述技术问题，从加热炉炉膛内的传热机理出发，提出一种加热炉内钢坯温度跟踪的方法。避免了采用总括热吸收率法进行钢坯温度跟踪，受加热炉生产波动、钢种变化及高成本等诸多因素的影响。本发明解决所述技术问题主要采取如下技术方案一种加热炉内钢坯温度跟踪的方法，包括以下步骤SI)对加热炉和钢坯的计算参数进行初始化；S2)对加热炉进行计算段的划分；S3)对加热炉各计算段进行求解，并让计时器开始计时；
S4)对加热炉内钢坯进行温度跟踪；S5)对加热炉内钢坯进行位置跟踪；S6)判断是否到达温度跟踪周期，若未完成一次温度跟踪，则回到步骤S3继续计算；若完成一次温度跟踪，则结束本次温度跟踪。所述的方法，步骤SI初始化的参数包括加热炉参数(加热炉当前炉温、燃料量、空气量、炉墙厚度及物性参数、出钢节奏、炉气初始温度及炉墙初始温度场)、钢坯信息(钢坯几何尺寸、钢种、物性参数、钢坯初始温度场、钢坯位置)、计时器和计数器。所述的方法，步骤S2划分的方法包括根据加热炉内热电偶的数目及其在加热炉内的布置，将加热炉每个控制段划分为若干个计算段。所述的方法，步骤S3具体包括以下步骤S31)加热炉计算段计数器i从I开始计数，计时器开始计时；S32)对第i个计算段的炉气黑度进行动态补偿并求解该计算段的辐射全交换面积；S33)求解第i个计算段对流换热系数；S34)求解第i个计算段炉气能量守恒方程，计算获得该计算段炉气温度，并对炉气温度进行修正；S35)计算第i个计算段中炉墙段的表面热流密度；S36)求解第i个计算段炉墙导热差分方程，计算获得该计算段炉墙温度场；S37)计时器i加1，重复步骤S32至步骤S37直至完成加热炉所有计算段的计算。所述的方法，步骤S32具体包括按下式对各计算段的炉气黑度进行动态补偿Sr =1—e—碼—如kq按下式计算
权利要求
1.一种加热炉内钢坯温度跟踪的方法，其特征在于，包括以下步骤51)对加热炉和钢坯的计算参数进行初始化；52)对加热炉进行计算段的划分；53)对加热炉各计算段进行求解，并让计时器开始计时；54)对加热炉内钢坯进行温度跟踪；55)对加热炉内钢坯进行位置跟踪；56)判断是否到达温度跟踪周期，若未完成一次温度跟踪，则回到步骤S3继续计算；若完成一次温度跟踪，则结束本次温度跟踪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI初始化的参数包括加热炉参数、 钢坯位置、钢坯初始温度场、炉墙初始温度场、炉气初始温度场、计时器和计数器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2划分的方法包括根据加热炉内热电偶的数目及其在加热炉内的布置，将加热炉每个控制段划分为若干个计算段。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤531)加热炉计算段计数器i从I开始计数，计时器开始计时；532)对第i个计算段的炉气黑度进行动态补偿并求解该计算段的辐射全交换面积；533)求解第i个计算段对流换热系数；534)求解第i个计算段炉气能量守恒方程，计算获得该计算段炉气温度，并对炉气温度进行修正；535)计算第i个计算段中炉墙段的表面热流密度；536)求解第i个计算段炉墙导热差分方程，计算获得该计算段炉墙温度场；537)计时器i加1，重复步骤S32至步骤S37直至完成加热炉所有计算段的计算。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S32具体包括按下式对各计算段的炉气黑度进行动态补偿^ _ I _ ^~^q'iRC02 +.Rh2O )"^0Skq按下式计算.0.078 + 1.6 X Rr,O Y] χ ( σk=( , — _0.1 0.0000i。 q vVUU'v1000式中，ε g为补偿后的炉气黑度，P0为大气压力，Tg为炉气温度，s为炉气平均射线程长，Afr为与水蒸气相关的修正系数，及奶为与二氧化碳气体相关的修正系数；然后，计算炉气对钢坯的辐射全交换面积、炉气对炉墙的辐射全交换面积■和炉墙对钢坯的辐射全交换面积;钢坯对炉气的辐射全交换面积= GiS1、炉墙对炉气的辐射全交换面积 Wfli=G^1、钢坯对炉墙的辐射全交换面积@ = ^。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S33的对流换热系数包括第i个计算段炉气与炉墙的对流换热系数aw>1、炉气与钢坯段表面的对流换热系数as1、炉气对炉墙段内表面的对流换热系数a ^^和外界空气对炉墙段外表面的对流换热系数α-,ρ
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S34具体包括对于每个计算段，按下式求解其炉气段能量守恒方程Qcombustion+Qair+Qfuel+Qgas+Qconvec+Qradi+Qcool+Qother 式中，Qrambustim为燃料燃烧化学热，Q&为空气带入的物理热，Qfuel为燃料带入的物理热，Qgas为烟气载热，Qconvec为炉气对流换热量，Qradi为炉气辐射收入热量，QcooI为冷却介质吸收热量，Qother为其他方式热交换热量；其中，Qgas = Vi · (Tgj0ut-Tgji) · Cpjg, Vi为第i个计算段的烟气体积，Tgj0ut为烟气流出第 I个计算段时的温度，Tg,,为第i个计算段内烟气的温度，Cp,g为烟气的定压比热容；
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S35的计算方法包括按下式计算得到加热炉第i个计算段中炉墙段内表面的热流密度qin,i
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S36获得炉墙温度场的方法包括 根据炉墙导热差分方程计算获得该计算段的炉墙温度场，其炉墙导热差分方程根据以下导热控制方程离散获得
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S36获得钢坯温度场的方法包括 通过求解下面钢坯导热控制方程，获得钢坯内部温度场分布
全文摘要
本发明提供了一种加热炉内钢坯温度跟踪的方法，其包括以下步骤S1)对加热炉和钢坯的计算参数进行初始化；S2)对加热炉进行计算段的划分；S3)对加热炉各计算段进行求解，并让计时器开始计时；S4)对加热炉内钢坯进行温度跟踪；S5)对加热炉内钢坯进行位置跟踪；S6)判断是否到达温度跟踪周期，若未完成一次温度跟踪，则回到步骤S3继续计算；若完成一次温度跟踪，则结束本次温度跟踪。本发明避免了采用总括热吸收率法进行钢坯温度跟踪，受加热炉生产波动、钢种变化及高成本等诸多因素的影响。
文档编号C21D9/70GK102994730SQ20121050738
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者段广东, 王晓亮, 郑剑辉 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司