一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法与流程

本发明涉及冶金中的节能减耗领域，尤其涉及一种应用于冶金领域中的热轧、厚板等生产工序中为其精确计量板坯在加热炉中的燃料消耗量的计量系统。
背景技术：
：目前，全球性的资源短缺、气候变暖问题已成为共同面临的热点话题，随之而来的清洁生产、绿色产品、节能减耗等课题也成为企业发展和生存中必不可少的研究对象，对某种产品的生产过程的具体能耗也是企业所需关注的问题之一。而在钢铁生产领域的热轧、厚板等生产工序中，热轧加热炉对钢坯进行二次加热，是钢铁产品能源消耗的主要组成部分之一，因此对加热炉中一块板坯在整个加热过程中的燃料消耗进行分析计算，从而明确该类钢种、该类规格产品的燃料消耗量，是进一步采取节能降耗措施的前提。因此，各家钢铁生产企业都把测算不同类别板坯在加热炉内燃料消耗作为能源管理的重要工作。现有技术下的板坯在加热炉中的加热过程包括以下情况：板坯在步进梁式连续式加热炉(该种类型的加热炉为目前所普遍使用的加热炉)内依靠步进梁的上升、平移、下降来完成行进的，在此同时获得燃料热量进行加热升温，一般按炉长即板坯行进方向，将有燃料供应的供应段分为热回收段(无燃料供给)、预热段、加热段(或进一步分为第一加热段、第二加热段)、均热段，每一段对燃料供应进行计量。在生产过程中，板坯按轧制计划连续装入炉内、步进升温，然后出炉；按加热工艺，不同钢种其各段目标温度不同，甚至段内加热时间也会不同。而现有技术下的传统加热炉板坯燃料消耗计量方法为：在加热炉上安装煤气流量检查装置，计量某段时间加热炉总的煤气消耗量，除以该段时间内生产的板坯总重量，得出该段时间加热炉所生产板坯的平均吨钢燃料消耗。因此传统加热炉板坯燃耗计量的最小单位为某座加热炉某段时间的平均吨钢燃料消耗，无法计量某个钢种、某块板坯的吨钢燃料消耗，因此也无法计量某个钢种或某个板坯在加热炉中生产的燃料成本。然后，经过长期的现场操作和数据记录发现，由于热轧连续式加热炉生产时，炉 内同时有不同品种规格的多块板坯且板坯还在不断被装入、抽出、前行工序，因此炉内在某一时刻每一段会有多块板坯，甚至可能是多块不同钢种的板坯，使得要较准确地计量单块板坯的燃料消耗非常困难，也就不能实现不同钢种、不同规格、不同加热工艺的板坯燃料消耗量的计量，难以进行成本分析和价值分析，也就难以进行钢铁产品的全生命周期能耗评价和节能降耗。申请号为CN201410207601.X的中国专利，一种反应堆内非燃料可燃毒物燃耗的计算方法，该专利内容主要是关于核反应堆内可燃毒物燃耗的计算，与本方案应用领域不同、策略不同、起到的效果也不同，不具可比性。而申请号为CN201310110389.0的中国专利，一种计算连续式加热炉板坯燃耗的方法，该对比专利的应用范围以及解决的问题与本发明近似，但是该专利内容与本发明有着重要区别：一是该对比专利是直接用加热炉各段燃气流量监测值进行计算，当板坯处于热回收段以及预热段不烧时会出现板坯不消耗燃料的结果，这是不符合实际情况的，而本发明是根据热工原理对于全炉的燃料监测数据进行了热负荷分配计算，解决了原有专利存在的问题；二是该对比专利计算单块板坯的燃料消耗比例时是根据板坯的理论吸热量计算权重，没有考虑到实际生产过程中不同钢种在一起加热时热工工艺控制策略的差异、也没有考虑到不同规格板坯在一起加热时吸热速率和比例的差异，导致根据理论吸热权重计算出来的品种钢燃耗与实际情况不同。例如，根据该方法出现了传热速率低(硬度组高)、加热温度高的钢种其燃耗要比传热速率快(硬度组低)、加热温度低的钢种燃耗低的情况，这与实际情况是矛盾的。而本发明解决了上述问题，利用板坯宽度计算“坯宽比”解决了吸热比例的分配问题，利用“温差比”的计算解决了传热速率差异以及加热工艺控制策略分配的问题，使得根据本方案计算出来的板坯燃耗更为准确。综上所述，现有技术下尚无能够应对全炉的燃料监测数据进行了热负荷分配计算方法，也难以解决对实际生产过程中不同钢种在一起加热时热工工艺控制策略的差异、导致根据理论吸热权重计算出来的品种钢燃耗与实际情况不同的问题。技术实现要素：为了解决现有技术下难以准确计量单块板坯的燃料消耗，也不能实现不同钢种、不同规格、不同加热工艺的板坯燃料消耗量的全炉的燃料监测数据的热负荷分配计算的问题，从而产生了难以进行成本分析和价值分析，也就难以进行钢铁产品的全生命 周期能耗评价和节能降耗的问题。本发明提供了一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，利用加热炉现有的煤气测量装置就能实现加热炉内不同板坯燃料消耗的准确计量，实现了将加热炉总的燃料消耗量分配到具体的板坯上，从而实现了炉内不同板坯煤气消耗量的计量，且用户可以根据不同板坯的煤气消耗量对于不同钢种、不同加热工艺以及不同生产条件下的板坯燃料单耗进行计算，从而可以确定不同品种、不同规格产品的热轧燃料成本，可以用于分析产品的燃耗原因和为用户制定不同品种的价格以及生产比例安排提供数据支持。本发明的具体流程如下所述：一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，包括加热炉产线，其特征在于，所述的热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法具体包括如下步骤：1)数据输入步骤，先输入炉长方向的各段热负荷分配比例系数，其中，热回收段R0为1.0，预热段R1为0.6，第一热加段R2为0.7，第二加热段R3为0.8，均热段R4为0.9；2)数据采集步骤，包括采集加热炉内各供热段的瞬时燃料消耗数据flowi、利用在线安装的热电偶进行采集的加热炉内各供热段的炉温数据CPLTMPx、板坯表面温度跟踪数据和板坯宽度信息Slabwidthj，其中应注意板坯表面温度跟踪数据分为slabTj上表温度和slabTj下表温度；3)数据处理步骤，结合步骤1)和步骤2)的数据，分别计算加热炉上部各段瞬时热负荷FFLowrup和下部各段瞬时热负荷FFLowrdn，其中r值取0～4，即分别代表步骤1)中的热回收段R0、预热段R1、第一热加段R2、第二加热段R3和均热段R4，具体计算如下：热回收段R0的上部热负荷FFLow0up＝FFLow1up×(1-R1)/R1，热回收段R0的下部热负荷FFLow0dn＝FFLow1dn×(1-R1)/R1；预热段R1的上部热负荷FFLow1up＝(flow1+FFLow2up×(1-R2)/R2)×R1，预热段R1的下部热负荷FFLow1dn＝(flow2+FFLow2dn×(1-R2)/R2)×R1；第一热加段R2的上部热负荷FFLow2up＝(flow3+FFLow3up×(1-R3)/R3)×R2，第一热加段R2的下部热负荷FFLow2dn＝(flow4+FFLow3dn×(1-R3)/R3)×R2；第二加热段R3的上部热负荷FFLow3up＝(flow5+flow7×(1-R4))×R3，第二加热段R3的下部热负荷FFLow3dn＝(flow6+flow8×(1-R4))×R3；均热段R4的上部热负荷FFLow4up＝flow7×R4，均热段R4的下部热负荷FFLow4dn＝flow8×R4；4)计算加热炉各段不同板坯的上部段热消耗比例系数UPij和下部段热消耗比例 系数为DPij，其中，上部温差upair_slabTj＝Upairtemp上部炉温-slabTj上表温度下部温差dnair_slabTj＝Dnairtemp下部炉温-slabTj下表温度上部温差比upzoneTj=upair_slabTj/(Σj=1nupair_slabTj)]]>下部温差比dnzoneTj=dnair_slabTj/(Σj=1ndnair_slabTj)]]>板坯宽度比slabWRj=slabwidthj/(Σj=1nslabwidthj)]]>上部热消耗比例系数UPij＝average(slabWRj,upzoneTj)下部热消耗比例系数DPij＝average(slabWRj,dnzoneTj)；5)计算单位时间内的板坯燃料消耗量Qij＝FFLowrup×UPij+FFLowrdn×DPij6)最后得出板坯总的燃料消耗量Qjtotal=Σi=1mQij.]]>本发明的构思要点在于，将加热炉各供热段分为上下控制段，上下控制段的板坯热消耗比例计算方法相同。具体热消耗比例计算需要考虑到了传热学原理以及热工制度，计算段内炉温与每块板坯表面温度的温差，计算段内每块板坯的温差比，计算段内每块板坯的坯宽比。每块板坯的温差比与每块板坯的坯宽比求平均，从而得到该板坯在段内的热消耗比例。另外本发明步骤中计算炉温与板坯表面温差时需要先进行炉温数据有效性检验，避免异常热电偶数据干扰计算准确性。而步骤3)中的热负荷计算时对于加热炉各供热段的煤气消耗量按照炉气流动方向进行热负荷分配计算，分配比例根据加热炉工艺特点进行制定。使用本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法获得了如下有益效果：1.本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，实现了将加热炉总的燃料消耗量分配到具体的板坯上，从而实现了炉内不同板坯煤气消耗量的计量。2.本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，使得用户可以根据不同板 坯的煤气消耗量对于不同钢种、不同加热工艺以及不同生产条件下的板坯燃料单耗进行计算，从而可以确定不同品种、不同规格产品的热轧燃料成本。3.本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，可以用于分析产品的燃耗原因和为用户制定不同品种的价格以及生产比例安排提供数据支持，同时满足了节能减耗，绿色生产的需求。附图说明图1为现有技术下的板坯在加热炉中的加热过程的示意图；图2为本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法的计算流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法做进一步的描述。结合参考图1和图2所示，一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，包括加热炉产线，其特征在于，所述的热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法具体包括如下步骤：1)数据输入步骤，先输入炉长方向的各段热负荷分配比例系数，其中，热回收段R0为1.0，预热段R1为0.6，第一热加段R2为0.7，第二加热段R3为0.8，均热段R4为0.9；2)数据采集步骤，包括采集加热炉内各供热段的瞬时燃料消耗数据flowi、利用在线安装的热电偶进行采集的加热炉内各供热段的炉温数据CPLTMPx、板坯表面温度跟踪数据和板坯宽度信息Slabwidthj，其中应注意板坯表面温度跟踪数据分为slabTj上表温度和slabTj下表温度；3)数据处理步骤，结合步骤1)和步骤2)的数据，分别计算加热炉上部各段瞬时热负荷FFLowrup和下部各段瞬时热负荷FFLowrdn，其中r值取0～4，即分别代表步骤1)中的热回收段R0、预热段R1、第一热加段R2、第二加热段R3和均热段R4，具体计算如下：热回收段R0的上部热负荷FFLow0up＝FFLow1up×(1-R1)/R1，热回收段R0的下部热负荷FFLow0dn＝FFLow1dn×(1-R1)/R1；预热段R1的上部热负荷FFLow1up＝(flow1+FFLow2up×(1-R2)/R2)×R1，预热段R1的下部热负荷FFLow1dn＝(flow2+FFLow2dn×(1-R2)/R2)×R1；第一热加段R2的上部热负荷FFLow2up＝(flow3+FFLow3up×(1-R3)/R3)×R2， 第一热加段R2的下部热负荷FFLow2dn＝(flow4+FFLow3dn×(1-R3)/R3)×R2；第二加热段R3的上部热负荷FFLow3up＝(flow5+flow7×(1-R4))×R3，第二加热段R3的下部热负荷FFLow3dn＝(flow6+flow8×(1-R4))×R3；均热段R4的上部热负荷FFLow4up＝flow7×R4，均热段R4的下部热负荷FFLow4dn＝flow8×R4；4)计算加热炉各段不同板坯的上部段热消耗比例系数UPij和下部段热消耗比例系数为DPij，其中，上部温差upair_slabTj＝Upairtemp上部炉温-slabTj上表温度下部温差dnair_slabTj＝Dnairtemp下部炉温-slabTj下表温度上部温差比upzoneTj=upair_slabTj/(Σj=1nupair_slabTj)]]>下部温差比dnzoneTj=dnair_slabTj/(Σj=1ndnair_slabTj)]]>板坯宽度比slabWRj=slabwidthj/(Σj=1nslabwidthj)]]>上部热消耗比例系数UPij＝average(slabWRj,upzoneTj)下部热消耗比例系数DPij＝average(slabWRj,dnzoneTj)；5)计算单位时间内的板坯燃料消耗量Qij＝FFLowrup×UPij+FFLowrdn×DPij6)最后得出板坯总的燃料消耗量Qjtotal=Σi=1mQij.]]>相关字符定义如下：i：计算周期数，i＝1，2，……，n，每1分钟为一个周期；m：板坯出炉时的计算次数；j：段内某块板坯，j＝1，2，……，n；n：段内板坯数量；k：炉内板坯数，k＝1,2，……，k；Qtotal：板坯总煤气消耗量；Qij：炉内某块板坯某计算周期内的板坯煤气消耗量；Flow1～8：段检测流量；FFLowrup：某计算周期段上部瞬时热负荷流量，r＝0～4；FFLowrdn：某计算周期段下部瞬时热负荷流量，r＝0～4；RO～4：热负荷分配系数，Upairtemp:上部炉温，Dnairtemp:下部炉温slabWRj：某块板坯占当前段内板坯宽度总和比例，即板坯宽度比upair_slabTj:段内某块板坯上部炉温与板坯温差，即上坯温差dnair_slabTj:段内某块板坯下部炉温与板坯温差，即下坯温差upzoneTj：段内上部某块板坯上坯温差比例，即上坯温差比dnzoneTj：段内下部某块板坯下坯温差比例，即下坯温差比UPij：段内某周期某块板坯上部段热消耗比例DPij：段内某周期某块板坯下部段热消耗比例slabwidthj:段内某块板坯宽度实施例某热轧加热炉分为热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，通过各段流量孔板检测加热炉各段瞬时燃料消耗量，其中热回收段没有燃料供应，预热段上部煤气检测瞬时流量为flow1，预热段下部煤气检测瞬时流量为flow2，一加热段上部煤气检测瞬时流量为flow3，一加热段下部煤气检测瞬时流量为flow4，二加热段上部煤气检测瞬时流量为flow5，二加热段下部煤气检测瞬时流量为flow6，均热段上部煤气检测瞬时流量为flow7，均热段下部煤气检测瞬时流量为flow8。通过安装在加热炉上的热电偶监控加热炉炉温，其中CPLTMP1代表热回收段上部炉温，CPLTMP2代表热回收段下部炉温，CPLTMP3代表预热段上部炉温，CPLTMP4代表预热段下部炉温，CPLTMP5代表一加段上部炉温，CPLTMP6代表一加段下部炉温，CPLTMP7代表二加段上部炉温，CPLTMP8代表二加段下部炉温，CPLTMP9代表均热段上部炉温，CPLTMP10代表均热段下部炉温。在上述硬件基础上，板坯在加热炉中生产时的板坯燃料消耗计量过程如下：1)将炉长方向的各段热负荷分配比例系数输入在线板坯消耗计量系统，其中其中，热回收段R0为1.0，预热段R1为0.6，第一热加段R2为0.7，第二加热段R3为0.8，均 热段R4为0.9；2)数据采集，利用在线板坯消耗计量系统在线采集相关测量数据，加热炉各供热段瞬时燃料消耗数据flow1～8；加热炉各段炉温数据-利用在线安装的热电偶进行采集CPLTMP1～10；板坯表面温度跟踪数据分为slabTj上表温度和slabTj下表温度；板坯宽度信息Slabwidthj；例如：10:00这一时刻，炉内情况如下：炉内各段检测流量：名称flow1flow2flow3flow4flow5flow6flow7flow8数值(Nm3/h)200025005000700040000520033001700各段热电偶检测数据：炉内板坯板坯上表温度、下表温度和板坯宽度信息如下：3)分别计算加热炉上部各段瞬时热负荷FFLowrup和下部各段瞬时热负荷FFLowrdn，其中r值取0～4，即分别代表步骤1)中的热回收段R0、预热段R1、第一热加段R2、第二加热段R3和均热段R4，具体计算如下：均热段R4的上部热负荷FFLow4up＝flow7×R4＝3300×0.9＝2970Nm3/h，均热段R4的下部热负荷FFLow4dn＝flow8×R4＝1700×0.9＝1530Nm3/h；第二加热段R3的上部热负荷FFLow3up＝(flow5+flow7×(1-R4))×R3＝(4000+3300×(1-0.9))×0.8＝3464Nm3/h，第二加热段R3的下部热负荷FFLow3dn＝(flow6+flow8×(1-R4))×R3＝(5200+1700×(1-0.9))×0.8＝4296Nm3/h；第一热加段R2的上部热负荷FFLow2up＝(flow3+FFLow3up×(1-R3)/R3)×R2＝(5000+3464×(1-0.8)÷0.8)×0.7＝4106Nm3/h，第一热加段R2的下部热负荷FFLow2dn＝(flow4+FFLow3dn×(1-R3)/R3)×R2＝(5200+4296×(1-0.8)÷0.8)×0.7＝5652Nm3/h；预热段R1的上部热负荷FFLow1up＝(flow1+FFLow2up×(1-R2)/R2)×R1＝(2000+4106×(1-0.7)÷0.7)×0.6＝2256Nm3/h，预热段R1的下部热负荷FFLow1dn＝(flow2+FFLow2dn×(1-R2)/R2)×R1＝(2500+5652×(1-0.7)/0.7)×0.6＝2953Nm3/h；热回收段R0的上部热负荷FFLow0up＝FFLow1up×(1-R1)/R1＝2256×(1-0.6)÷0.6＝1504Nm3/h，热回收段R0的下部热负荷FFLow0dn＝FFLow1dn×(1-R1)/R1＝2953×(1-0.6)÷0.6＝1969Nm3/h；4)计算加热炉各段不同板坯的上部段热消耗比例系数UPij和下部段热消耗比例系数为DPij，例如对于在二加热段的板坯，板坯8的计算过程为：上部温差upair_slabTj＝Upairtemp上部炉温-slabTj上表温度＝1146-1086＝60下部温差dnair_slabTj＝Dnairtemp下部炉温-slabTj下表温度＝1101-1019＝82上部温差比upzoneTj=upair_slabTj/(Σj=1nupair_slabTj)=60/(60+76+94+139+142)=11.7%]]>下部温差比dnzoneTj=dnair_slabTj/(Σj=1ndnair_slabTj)=90/(82+105+130+176+153)=12.6%]]>上部热消耗比例系数UPij＝average(slabWRj,upzoneTj)＝average(18％,11.7％)＝15.06％下部热消耗比例系数DPij＝average(slabWRj,dnzoneTj)＝average(18％，12.6％)＝15.5％；5)计算单位时间内的板坯燃料消耗量10:00这一时刻板坯8的燃料消耗量为(计算周期为1min)Qij＝FFLowrup×UPij+FFLowrdn×DPij＝FFLow3up×UPij+FFLow3dn×DPij＝3464×15.06％+4296×15.5％＝1188Nm3/h＝1188Nm3/h÷60min＝19.8Nm3/min6)最后得出板坯总的燃料消耗量：过程计算机周期计算炉内每块板坯的燃料消耗量，并进行累加，这一过程动态进行，对于上述事例的板坯8来说，如果加热炉内炉温、流量以及板坯温度等一直保持上述状态，那么板坯8如果加热160min，则其总的燃料消耗量为Qjtotal=Σi=1mQij=19.8Nm3/min×160min=3168Nm3]]>本发明的一种热轧加热炉用板坯燃料消耗计量方法，实现了将加热炉总的燃料消耗量分配到具体的板坯上，从而实现了炉内不同板坯煤气消耗量的计量。本发明使得用户可以根据不同板坯的煤气消耗量对于不同钢种、不同加热工艺以及不同生产条件下的板坯燃料单耗进行计算，从而可以确定不同品种、不同规格产品的热轧燃料成本。本发明可以用于分析产品的燃耗原因和为用户制定不同品种的价格以及生产比例安排提供数据支持，同时满足了节能减耗，绿色生产的需求。本发明适用于各种热轧加热炉的板坯燃料消耗计量领域。当前第1页1 2 3