一种基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法与流程

本发明涉及连续加热炉生产钢坯技术领域，具体地说，涉及一种基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法。

背景技术：

连续加热炉是钢坯加热生产的常用设备，现有技术下，连续加热炉一般包括推钢式加热炉和步进梁式加热炉，其中，推钢式连续加热炉是一种靠推钢机完成炉内坯料移动的连续加热炉，而步进梁式加热炉是依托金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。如今，随着技术的革新，在步进梁式加热炉和推钢式加热炉中，都设置有炉内水冷梁，并且通过炉内水冷梁在炉内的移动，以完成炉内加热坯料的支撑和输送。

炉内水冷梁是在厚皮管上安装多个的耐热垫块以支撑坯料移动的设备，炉内水冷梁的结构形式与炉内钢坯的布置方式一致。加热时，钢坯横跨在炉内水冷梁上，在炉内高温加热过程中，坯料弹性模量减小，强度减小，挠度增大，尤其是当坯料在炉内处于长时间待轧状态时，极易发生坯料强度断裂、挠度形变，这样，会严重影响加热炉以及轧机生产线的正常生产。

针对上述技术问题，现有技术中提出了在炉内水冷梁制备和布置工艺中，根据生产的具体需要，控制水冷梁的截面参数，再根据选定的水冷梁的参数进行试算，依据试算的数据结果对水冷梁进行结构设置，而后再在设置好的水冷梁上进行坯料布置，最终结合水冷梁参数以及坯料参数进行校核。

然而，现有技术中提出的上述射中水冷梁制备和布置方法中，在水冷梁的截面参数确认过程中缺乏严谨的演算过程，大多情况下是根据当前的生产节奏根据通常经验和以往保存的数据进行水冷梁截面参数的确认。随着技术的革新和生产需要的不断提高，实际生产中加热炉内的坯料种类、规格的不同，同时，针对不同的加热需要，选定的水冷梁的布置方式也不同，以使得在实际生产过程中，针对不同种类、规格坯料的不同加热工艺制度，需要反复试算水冷梁的截面参数再对炉内水冷梁的布置方式以及坯料的布置方式进行反复调整，在这一过程中，一方面，试算过程繁琐冗长，且由于水冷梁的截面参数的确认大多依照经验以及以往存储的数据，致使试算过程得到的数据结果精度较差；另一方面，随着对生产速率和节奏的需求一再提升，显然，上述的这种现有技术中的布置方法需要耗费大量的人力，并同时造成生产周期的大幅度延长。

另外，在上述的生产工艺的加热过程中，通常控制将坯料加热到理想温度，然而，在实际加热过程中，坯料的截面系数、最大弯矩和最大挠度都会影响当前加热温度，致使实际加热温度与理想温度存在一定偏差，而现有技术中缺乏有效的手段检测当前加热温度，更加难以根据当前加热温度调节炉内热负荷；同时，水冷梁结构形式也影响到炉内的加热能耗、加热炉使用寿命以及加热坯料的断面温差、加热质量。因此，炉内水冷梁的结构和炉内加热温度控制都很大程度上决定了加热炉产品的质量。

有鉴于此，应当对现有技术进行改进，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述技术难题而提出的，其目的是提供一种能够简化炉内坯料布置和校核过程，提高炉内水冷梁布置和坯料布置的精准度，同时可以根据加热工艺要求自适应调节炉内加热制度，降低坯料刚度断裂和挠度变形，在保证钢坯加热质量、安全生产的同时能够大幅度地降低生产成本的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法，所述生产方法包括以下步骤：步骤s1、获取并确认坯料的截面参数，再确认坯料尺寸数据、材质密度数据，继而获取坯料支点数据以及支点间间距数据；步骤s2、将坯料沿长度延伸方向分成多段，再根据材质密度数据、截面参数以及当前分段的坯料长度，获取该段坯料的支撑力数据，继而得到坯料的均布载荷数据；步骤s3、所述坯料包括连续梁和悬臂梁，根据所述的均布载荷数据以及坯料的截面参数，分别获取连续梁和悬臂梁的最大弯矩数据和最大挠度数据，再比对所述连续梁和悬臂梁的弯矩数据和挠度数据，得到坯料的最大弯矩数据和最大挠度数据；步骤s4、通过所述坯料的截面参数、最大弯矩数据、最大挠度数据校核当前坯料的强度和刚度；步骤s5、对坯料进行加热，实时获取坯料的当前加热温度，并根据所述步骤s4中获取的坯料强度数据和刚度数据，调节当前加热温度，最后获得产品。

优选地，在所述步骤s1中，所述坯料可以为矩形坯，其截面参数w满足：

其中，h为坯料的高度，b为坯料的宽度。

优选地，在所述步骤s2中，可以将坯料沿长度延伸方向分成m个支点以及m-1个分段，选取第i段，根据坯料的材质密度数据ρ、截面积数据sw、以及该段的长度数据li，可以获取第i段坯料支点的支撑力ri，其中，

当选取第i段坯料时，则该段坯料对应的第i支点的支撑力ri满足：

ri＝0.5ρ(li-1+li)sw；

当选取起始段坯料时，则起始段坯料对应的第一支点的支撑力r1满足：

r1＝ρ(l0+0.5l1)sw，其中l0为起始段坯料的长度，l1为第二段坯料的长度；

当选取末尾段坯料时，则末尾段坯料对应的第m支点的支撑力rn满足：

rn＝ρ(0.5ln-1+ln)sw，其中，ln为末尾段坯料的长度。

进一步优选地，在所述步骤s2中，可以比对所述r1、ri、rn，选取最大值作为坯料的均布载荷q。

更进一步优选地，在所述步骤s3中，所述坯料可以包括连续梁和悬臂梁，所述悬臂梁可以一端悬空，其另一端通过支点与所述连续梁连接，其中，所述连续梁的最大弯矩mlx满足：mlx＝a1×qlm²，其中，a1为所述连续梁的弯矩系数，lm为所述连续梁的支撑段的长度数据；所述悬臂梁的最大弯矩mxb满足：所述连续梁的最大挠度flx满足：其中，b1为所述连续梁的挠度系数，elx为所述连续梁的弹性模量，jlx为所述连续梁的截面惯性矩；所述悬臂梁的最大挠度fxb满足：其中，lxb为所述悬臂梁的长度，exb为所述悬臂梁的弹性模量，jxb为所述悬臂梁的截面惯性矩。

又进一步优选地，在所述步骤s3中，可以比对所述连续梁的最大弯矩与所述悬臂梁的最大弯矩，选取两者的较大值作为坯料的最大弯矩mmax，而后可以比对所述连续梁的最大挠度与所述悬臂梁的最大挠度，选取两者的较大值作为坯料的最大挠度fmax。

进一步优选地，在所述步骤s4中，校核当前坯料的强度和刚度时，可以先获取当前坯料的许用应力[σ]、挠度判断系数n以及挠度最大值处的跨度l，其中，若所述坯料的最大弯矩mmax与其截面系数w的比值不大于其许用应力[σ]，则校核为合格，否则校核为不合格；若所述坯料的最大挠度fmax与其最大挠度处的跨度l的比值不大于其挠度判断系数的倒数，则校核为合格，否则校核为不合格。

优选地，在所述步骤s5中，可以设定坯料的理想温度为ts，设定坯料的当前温度为tc，并根据当前坯料设定限幅值tf，而后在加热过程中，按照预定的采集周期τ对坯料的当前温度进行采样，其中，若(tc-ts)/τ≥0且(tc-ts)≥tf，则降低助燃气体流量，降低炉内热负荷；若|(tc-ts)|<tf，则保持助燃气体流量和炉内热负荷不变；若(tc-ts)/τ≤0且|(tc-ts)|≥tf，则提高助燃气体流量，提高炉内热负荷。

优选地，所述坯料按照截面规格可以包括矩形坯、圆柱坯、矩形管材。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中，取代了现有技术中依照以往存储数据和设置经验进行炉内水冷梁布置，而后进行校核的方式，通过坯料的截面信息获取坯料的截面参数，在通过其尺寸、密度构筑坯料沿长度延伸方向的支点分布和支点间距，继而获得坯料的均布载荷，通过构筑的支点分布和支点间距以及其均布载荷可以直接得到坯料的最大弯矩和最大挠度的精准值，这样，只需要将当前坯料与坯料的最大弯矩和最大挠度进行校核，即可对坯料的刚度和强度进行精准校核，不但取代现有技术中根据不同规格和种类的坯料对炉内水冷梁的布置进行反复演算校核调整的过程，并且，本发明所述的方法可以有效地提高坯料布置的效率和准确度，在保证钢坯加热质量、安全生产的同时，有效降低生产运行成本，也一定程度上延长了炉内水冷梁的使用寿命。另一方面，本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中，可以按照预设的周期，实时采集炉内当前实际加热温度，并且与理想温度进行对比，并将当前温度和理想温度的温差与限幅值进行对比，再根据比较结果，实时调整炉内助燃气体的流量，以增加/降低炉内热负荷，这样，实现了炉内加热制度的自适应调节控制，避免了持续高温造成的挠度变形或者刚度断裂，进一步提高了坯料生产质量，同时通过自适应调节炉内加热制度的方式，实现了节能降耗的技术效果。

附图说明

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法的流程；

图2为示意图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中坯料的布置结构。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1为流程图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法的流程。如图1所示，在本发明的该实施例中所述的基于炉内校核的的温度自适应钢坯生产方法包括：步骤s1、获取并确认坯料的截面参数，再确认坯料尺寸数据、材质密度数据，继而获取坯料支点数据以及支点间间距数据；步骤s2、将坯料沿长度延伸方向分成多段，再根据材质密度数据、截面参数以及当前分段的坯料长度，获取该段坯料的支撑力数据，继而得到坯料的均布载荷数据；步骤s3、所述坯料包括连续梁和悬臂梁，根据所述的均布载荷数据以及坯料的截面参数，分别获取连续梁和悬臂梁的最大弯矩数据和最大挠度数据，再比对所述连续梁和悬臂梁的弯矩数据和挠度数据，得到坯料的最大弯矩数据和最大挠度数据；步骤s4、通过所述坯料的截面参数、最大弯矩数据、最大挠度数据校核当前坯料的强度和刚度；步骤s5、对坯料进行加热，实时获取坯料的当前加热温度，并根据所述步骤s4中获取的坯料强度数据和刚度数据，调节当前加热温度，最后获得产品。

具体地说，在本发明的实施例中，按照坯料的截面规格，可以分为矩形坯、圆柱坯，该实施例中以矩形钢坯为例进行说明。首先准确测量获取坯料截面的高度h和宽度b，可以得到钢坯的截面参数w，并且截面参数w满足

图2为示意图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中坯料的布置结构。如图2所示，钢坯包括连续梁1和悬臂梁2，悬臂梁2一端悬空设置，其另一端通过支点3与连续梁1连接，将钢坯沿长度延伸方向等间距地分成m个支点3，m个支点3之间形成m-1个分段，分别计算获取m-1个分段中的m个支点3各自的支撑力r。其中，当选取的为起始段钢坯时，则起始段坯料对应的第一支点的支撑力r1满足：r1＝ρ(l0+0.5l1)sw，其中l0为起始段坯料的长度，l1为第二段坯料的长度；当选取末尾段钢坯时，则末尾段坯料对应的第m支点的支撑力rn满足：rn＝ρ(0.5ln-1+ln)sw，其中，ln为末尾段坯料的长度；当选取起始段钢坯和末尾段钢坯之间的任意第i段钢坯时，则第i段钢坯对应的第i支点的支撑力ri满足：ri＝0.5ρ(li-1+li)sw。这其中，ρ为材质密度数据、sw为截面积数据。而后将钢坯多个支点的支撑力进行比较，选取起始段、末尾段以及中间段多个支撑点中支撑力最大的支撑力作为钢坯的均布载荷。

而后进入步骤s3，参看图2，根据连续梁1的弯矩系数和其支撑段的长度数据可以获取连续梁1的最大弯矩，最大弯矩mlx满足：mlx＝a1×qlm²，其中，a1为连续梁1的弯矩系数，lm为连续梁1的支撑段的长度数据。弯矩系数a1随着连续梁1规格的变化而相应地变化，在本发明的该实施例中，当m＝2，即连续梁1为包含两个支点的单跨简支梁时，则弯矩系数a1为0.125；当m＝3，即连续梁1为包含三个支点的两跨简支梁时，则弯矩系数a1为0.07；当m＝4，即连续梁1为包含四个支点的三跨简支梁时，则弯矩系数a1为0.08；当m＝5，即连续梁1为包含五个支点的四跨简支梁时，则弯矩系数a1为0.077；当连续梁1为五个支点以上的多跨简支梁时，则弯矩系数a1为0.078。悬臂梁2的最大弯矩mxb满足：再根据连续梁1的挠度系数、截面惯性矩和弹性模量获取连续梁的最大挠度，最大挠度flx满足：其中，b1为连续梁1的挠度系数，elx为连续梁1的弹性模量，jlx为连续梁1的截面惯性矩，挠度系数b1随着连续梁1规格的变化而相应地变化，在本发明的该实施例中，当m＝2，即连续梁1为包含两个支点的单跨简支梁时，则挠度系数b1为1.302；当m＝3，即连续梁1为包含三个支点的两跨简支梁时，则挠度系数b1为0.521；当m＝4，即连续梁1为包含四个支点的三跨简支梁时，则挠度系数b1为0.677；当m＝5，即连续梁1为包含五个支点的四跨简支梁时，则挠度系数b1为0.632；当连续梁1为五个支点以上的多跨简支梁时，则挠度系数b1为0.644。；相应的，根据悬臂梁2的长度数据、弹性模量和截面惯性矩数据获取悬臂梁2的最大挠度，则悬臂梁2的最大挠度fxb满足：其中，lxb为悬臂梁2的长度，exb为悬臂梁2的弹性模量，jxb为悬臂梁2的截面惯性矩。

将在步骤s3中获取的连续梁1的最大弯矩与悬臂梁2的最大弯矩进行比对，取两者中的大值作为钢坯的最大弯矩mmax，而后比对连续梁1的最大挠度与悬臂梁2的最大挠度，选取两者的大值作为坯料的最大挠度fmax。

而后进入步骤s4，根据步骤s3中获取的钢坯的最大弯矩和最大挠度数据，对当前钢坯的强度和刚度进行校核。具体地说，先获取当前钢坯的许用应力[σ]、挠度判断系数n以及挠度最大值处的跨度l，其中，若钢坯的最大弯矩mmax与其截面系数w的比值不大于其许用应力[σ]，则校核为合格，否则校核为不合格；若钢坯的最大挠度fmax与其最大挠度处的跨度l的比值不大于其挠度判断系数的倒数，则校核为合格，否则校核为不合格。这样，有效地保障了坯料的刚度和强度要求。

在步骤s5中，设定钢坯的理想温度为ts，设定坯料的当前温度为tc，并根据当前坯料设定限幅值tf，而后在加热过程中，按照预定的采集周期τ对坯料的当前温度进行采样，其中，若(tc-ts)/τ≥0且(tc-ts)≥tf，则降低助燃气体流量，降低炉内热负荷；若|(tc-ts)|<tf，则保持助燃气体流量和炉内热负荷不变；若(tc-ts)/τ≤0且|(tc-ts)|≥tf，则提高助燃气体流量，提高炉内热负荷。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中，取代了现有技术中依照以往存储数据和设置经验进行炉内水冷梁布置，而后进行校核的方式，通过坯料的截面信息获取坯料的截面参数，在通过其尺寸、密度构筑坯料沿长度延伸方向的支点分布和支点间距，继而获得坯料的均布载荷，通过构筑的支点分布和支点间距以及其均布载荷可以直接得到坯料的最大弯矩和最大挠度的精准值，这样，只需要将当前坯料与坯料的最大弯矩和最大挠度进行校核，即可对坯料的刚度和强度进行精准校核，不但取代现有技术中根据不同规格和种类的坯料对炉内水冷梁的布置进行反复演算校核调整的过程，并且，本发明所述的方法可以有效地提高坯料布置的效率和准确度，在保证钢坯加热质量、安全生产的同时能够大幅度地降低生产成本，也一定程度上延长了炉内水冷梁的使用寿命。另一方面，本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法中，可以按照预设的周期，实时采集炉内当前实际加热温度，并且与理想温度进行对比，并将当前温度和理想温度的温差与限幅值进行对比，再根据比较结果，实时调整炉内助燃气体的流量，以增加/降低炉内热负荷，这样，实现了炉内加热制度的自适应调节控制，可以避免持续高温造成的挠度变形或者刚度断裂，进一步提高了坯料生产质量，同时通过自适应调节控制炉内加热制度，实现了节能降耗的技术效果。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明所述的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于炉内校核的温度自适应钢坯生产方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。