一种用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法与流程

技术特征：

1.一种用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于：所述的控制方法由模型计算机根据钢板的温度跟踪模型，计算钢板的最小在炉时间，确定淬火炉内各控制段的温度，计算钢板的运行速度，并由热处理计算机根据模型计算机给出的计算参数来控制炉温和钢板运行速度，在钢板温度达到给定保温温度后，根据剩余保温时间来控制淬火机的启动时刻和出钢时刻；

所述控制方法的具体步骤如下：

(1)模型计算机获取钢板和淬火炉的相关参数信息，并给定钢板的保温温度、在炉时间和保温时间，所述的参数信息包括钢板的标准加热工艺、钢板的热物性参数、淬火炉综合辐射系数以及设备参数；

(2)根据步骤(1)中获取的相关参数信息以及钢板在淬火炉的控制段位置和淬火炉内热电偶的温度，采用基于热传导方程的钢板温度跟踪模型，对钢板沿厚度方向进行分层划分，实时计算淬火炉内钢板厚度方向的温度分布；

(3)淬火炉各控制段的温度采用最大可行炉温，将步骤(2)在初始时刻计算得到的钢板温度作为初始温度，并通过所述的钢板温度跟踪模型，对钢板沿厚度方向各层温度和钢板的平均温度进行预测计算，并记录预测的平均温度达到给定保温温度所用的时间，即预测的加热时间；

(4)用给定的在炉时间减去计算得到的预测加热时间，得到预测的保温时间，如果预测的保温时间和给定的保温时间偏差大于设定的误差，则对给定的在炉时间进行修正，并重复步骤(3)，直到预测的保温时间和给定的保温时间的偏差小于设定的误差，此时得到的修正后的在炉时间即为最小在炉时间；

(5)模型计算机记录钢板平均温度达到给定保温温度的控制段，该控制段之后的各控制段均采用与该控制段相同的炉温，该控制段之前的各控制段均采用最大可行炉温，并根据最小在炉时间，计算钢板满足预测加热时间的运行速度；

(6)由模型计算机将步骤(5)中得到的淬火炉各控制段的炉温及钢板运行速度发送给热处理计算机，由热处理计算机根据计算得到的钢板运行速度和各控制段炉温，调节淬火炉温度和辊道的运行速度；

(7)热处理计算机记录钢板平均温度达到保温温度的时刻，并实时计算剩余保温时间，当剩余保温时间小于淬火机的滞后时间时，启动淬火机，打开喷水阀门，当剩余保温时间等于零时，保温结束，执行出钢控制。

2.根据权利要求1所述的用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，所述的钢板温度跟踪模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂f(x,t)}{\∂t}=a\·\frac{{\∂}^{2}f(x,t)}{{\∂x}^2}\\ f(x,0)=f_0\left(x\right)\\ \mathrm{\λ}\·\frac{\∂f}{\∂x}{|}_{x=\mathrm{\δ}}=q_{\mathrm{up}}\\ \mathrm{\λ}\·\frac{\∂f}{\∂x}{|}_{x=-\mathrm{\δ}}=q_{\mathrm{low}}\end{array}\right.$

其中，δ＝H/2，H为钢板厚度，m；为导温系数，m²/s；f₀(x)为钢板厚度方向的初始温度分布，℃；q_up为钢板上表面的热流，q_low为钢板下表面的热流，J；t为时间，s；c为钢板比热，J/(kg·K)；ρ为钢板密度，kg/m³；λ为钢板热导率，J/(m·s·K)。

3.根据权利要求2所述的用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于，钢板上、下表面的热流分别为：

$q_{\mathrm{up}}={\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{up}}\·\mathrm{\σ}\·(T_{\mathrm{up}\_\mathrm{gas}}^4-f_{\mathrm{up}\_\mathrm{sur}}^4)$

$q_{\mathrm{low}}={\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{low}}\·\mathrm{\σ}\·(T_{\mathrm{low}\_\mathrm{gas}}^4-f_{\mathrm{low}\_\mathrm{sur}}^4)$

其中，T_{up_gas}为钢板所在位置上部炉气温度；T_{low_gas}为钢板所在位置下部炉气温度，是计算时升温段采用的炉温；f_{up_sur}、f_{low_sur}分别为钢板上下表面温度；σ为玻尔兹曼物理常数；ε_up、ε_low分别为 淬火炉上部和下部综合辐射系数，由埋偶实验确定。

4.根据权利要求1所述的用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，对给定在炉时间进行修正的方法为：

t′₀＝t₀-△t

其中，t′₀为对给定的在炉时间进行修正后的值，t₀为给定的在炉时间，Δt为预测的保温时间和给定的保温时间的偏差。

5.根据权利要求1所述的用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，所述的钢板运行速度计算方法如下：

$V=\frac{L-l}{t_{\min }}$

其中L为淬火炉炉长，l为钢板长度，t_min为计算得到的钢板最小在炉时间。

6.根据权利要求1所述的用于厚钢板热处理的在炉时间控制方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，剩余保温时间为：

$T_R=t_s^{\mathrm{set}}-|t_{\mathrm{current}}-t_{\mathrm{start}}|$

其中，T_R为剩余保温时间，为给定的保温时间，t_start为钢板达到保温温度的时刻，t_current为当前时刻。