一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法与流程

本发明属于冶金
技术领域：
，特别是加热炉优化控制
技术领域：
，涉及一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法。
背景技术：
：加热炉是轧钢生产的重要设备，其加热钢坯的质量直接制约着成品质量。步进梁式加热炉的使用，使炉内钢坯能够同时从上部和下部加热，大大提高了钢坯总体的温度均匀性，但是也带来了钢坯与水梁接触部分产生水梁黑印问题。当水梁黑印温差超过35℃以上，就有可能影响后续工艺的轧制质量，因此，对钢坯出炉时，钢坯水梁黑印温差有着较为严格的限定。由于目前缺乏在炉内加热水梁黑印温差的直接测量手段，要依赖于建立水梁黑印温度模型的方法来计算水梁黑印温差，从而满足产品加热质量的要求。目前国内在减少钢坯水梁黑印方面的专利申请，主要是在对水梁垫块的结构和材质方面的改进，例如中国专利cn201420274219.6，cn201310726634.0等。而针对加热炉控制方面的专利都未涉及到水梁黑印控制方面，例如cn200910053532.0，cn201110076910.4专利等。因此，为了保障加热钢坯的质量，目前急需一种针对步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法，该方法通过埋偶实验的数据回归确定水梁黑印部分与非水梁黑印部分的由于遮蔽作用引起的综合导热系数偏差值；建立水梁黑印部分的温度跟踪计算模型，计算钢坯在炉内加热过程中水梁黑印部分的温差；根据不同的黑印部分温差控制要求，进行适合的钢坯在炉时间调整，实现完善的钢坯水梁黑印温差控制。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法，该方法包括以下步骤：s1：根据钢坯黑匣子实测数据反算钢坯底部水梁部分和非水梁部分的综合辐射系数；s2：根据步骤s1计算的水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，进行数据正确性判断后，计算水梁部分的遮蔽系数；s3：选取包含水梁遮蔽部分为中心沿宽方向截取钢坯内部二维截面，划分二维网格，建立二维模型，根据钢坯上部、钢坯下部水梁部位和非水梁部位的不同，计算各自的热流密度，建立截面温度跟踪，周期性地计算截面上各温度点的温度；s4：针对每块即将出炉的钢坯，将实时计算的水梁部分黑印温差与工艺要求水梁黑印控制温差进行对比，对不符合水梁黑印控制温差的钢坯，采取增加加热时间的方式来满足工艺要求。进一步，在步骤s1中，所述实测数据包括钢坯水梁部位埋偶深度数值、钢坯非水梁部位的埋偶深度数值、周期检测炉温、周期性采集的埋偶点检测数值、周期性采集的钢坯位置信息、记录数据的周期值以及钢坯钢种信息。进一步，在步骤s1中，所述计算钢坯底部水梁部分和非水梁部分的综合辐射系数，采取以下方法：在钢坯底部水梁部分和非水梁部分，分别建立一维厚板模型，则每个黑匣子采集数据周期的综合辐射系数用以下方程计算：式中，k为玻尔兹曼常数，ε为综合传热系数，tf为炉温，ts为钢坯温度，λ为钢坯导热系数，δτ为时间步长，δy为空间步长，ρ为钢坯密度，cp为钢坯比热；τ表示时间节点；tτ和tτ+1分别表示τ时刻和τ+1时刻钢坯的温度；s表示位置节点；ts和ts-1分别表面节点与表面向钢坯内部一层节点的温度。进一步，在步骤s2中，所述根据水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，计算水梁部分的遮蔽系数具体采用下式：kshade＝σskid/σ式中kshade为遮蔽系数，σskid为水梁部分的综合辐射系数值，σ为非水梁部分的综合辐射系数值。进一步，在步骤s3中，选取包含水梁遮蔽部分为中心延炉宽方向截取钢坯内部二维截面，划分二维网格，建立二维模型，根据钢坯上部，钢坯下部水梁部位和非水梁部位的不同输入相应的热流量，根据以下方法建立水梁黑印及其周围部分的二维钢坯温度计算模型：初始条件：τ＝0t(x,y,0)＝to(x,y)边界条件：各个不同的位置分别计算钢坯各个边界不同的位置上的热流密度输入：包括水梁部分的热流：非水梁底部的热流：上部热流：两侧热流量输入为0；式中，x为截面的长度，也就是截取的水梁及其相邻部分的长度；y为截面的高度，也就是钢坯的高度；τ时间；t(x,y,τ)为钢坯单元内任点的温度；λ为钢坯导热系数，ρ为钢坯密度，cp为钢坯比热；cgwm为导来辐射系数；kshade为水梁位置遮蔽系数；kbtm为底部热流修正系数；ktop为顶部热流修正系数。进一步，在步骤s4中，利用实时计算的水梁部分黑印温差对比加热炉钢坯加热工艺要求的水梁黑印控制温差，采取增加加热时间的方式来满足加热总体需求，具体如下：钢坯在加热炉内要求控制的最大水梁黑印温差值为tr，选取计算二维温度截面中，温度最低的温度点tlow和底部温度最高的点thigh，两者之间的差值为水梁黑印实时温差tskid＝thigh-tlow；当tskid＞tr时，判断为水梁黑印温差不满足加热要求，在总体钢坯控制出炉时间的基础上增加3分钟均热时间；当tskid＜tr或tskid＝tr时，判定水梁黑印温差满足加热要求，具备出炉条件。本发明的有益效果在于：本发明提出的控制钢坯在步进梁式加热炉内水梁黑印温差的方法，有利于提高钢坯的加热质量；在钢坯水梁黑印温差不能直接测量的情况下，通过实验室数据和钢坯二维截面模型的建立实现了对钢坯水梁黑印温差的实时跟踪计算，以此为基础，利用合理的在炉时间控制，实现出炉钢坯水梁黑印温差符合加热控制需求。该控制方法具有较强的可操作性，具备较大的推广面。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：图1为本发明提供方法的整体流程图；图2为水梁上部的钢坯二维截面温度计算流程图；图3为水梁黑印控制策略流程图。具体实施方式下面通过具体实施例对本发明提供的方法进行详细说明。图1为本发明提供方法的整体流程图，如图所示，本发明提供的步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法包括以下步骤：s1：根据钢坯黑匣子实测数据反算钢坯底部水梁部分和非水梁部分的综合辐射系数；s2：根据步骤s1计算的水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，进行数据正确性判断后，计算水梁部分的遮蔽系数；s3：选取包含水梁遮蔽部分为中心沿宽方向截取钢坯内部二维截面，划分二维网格，建立二维模型，根据钢坯上部、钢坯下部水梁部位和非水梁部位的不同，计算各自的热流密度，建立截面温度跟踪，周期性地计算截面上各温度点的温度；s4：针对每块即将出炉的钢坯，将实时计算的水梁部分黑印温差与工艺要求水梁黑印控制温差进行对比，对不符合水梁黑印控制温差的钢坯，采取增加加热时间的方式来满足工艺要求。在本实例中，选取的加热炉有效长度为49.5m，炉膛内宽12.7m，共设置热回收段、预热段、一加热段、二加热段、均热段五个段，各段长度及高度见表1。表1加热炉各段尺寸段名热回收段预热段一加热段二加热段均热段长度(单位mm)207757900677567757275高度(单位mm)32004200420042003700炉内水梁布置为5根活动梁和6根固定梁，水梁直径为140mm，包扎厚度为70mm，水梁采取汽化冷却的方式。s1：根据钢坯黑匣子实测数据计算钢坯温度与炉温之间的综合辐射系数。引入实测数据至少应该包含以下表2具体内容：表2实测数据项目表编号数据项目备注1周期记录时间记录周期通常为1分钟2上部炉气温度3钢坯上部表面埋偶4钢坯非水梁部中心埋偶5钢坯水梁部中心埋偶6钢坯水梁部下部埋偶7钢坯非水梁部下部埋偶利用以下算法，分别在钢坯水梁部分和非水梁部分，分别建立一维模型，分别计算出各个周期的综合辐射系数；式中，k为玻尔兹曼常数，ε为综合传热系数，tf为炉温，ts为钢坯温度，λ为钢坯导热系数，δτ为时间步长，δy为空间步长，ρ为钢坯密度，cp为钢坯比热；τ表示时间节点；tτ和tτ+1分别表示τ时刻和τ+1时刻钢坯的温度；s表示位置节点；ts和ts-1分别表面节点与表面向钢坯内部一层节点的温度。s2：根据水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，适度进行数据清理，利用以下公式计算出相应的遮蔽系数kshade＝σskid/σs3：选取包含水梁遮蔽部分为中心延炉宽方向截取钢坯内部二维截面，划分二维网格，建立二维模型，高度与加热钢坯同高，宽度为1960mm(宽度构成为：水梁直接遮蔽部分280mm，另各取水梁不直接遮蔽部分为两侧各840mm)。将这样的一个截面放入全炉温度跟踪计算中，引入水梁遮蔽系数，计算上部、下部非水梁位置，下部水梁位置计算热流，侧面热流为0(计算中认为是钢坯中部的截面截取，两侧高度方向温度类似不发生相互导热)，具体计算流程如图2所示，采用以下算法：s4：对s3中描述的钢坯温度截面在进行持续的温度跟踪后，采用如图3所示的流程进行相关判断，完成钢坯在炉内加热所要求的水梁黑印温差要求控制。钢坯在加热炉内要求控制的最大水梁黑印温差值为tr，选取计算二维温度截面中，温度最低的温度点tlow和底部温度最高的点thigh，两者之间的差值为水梁黑印实时温差tskid＝thigh-tlow；当tskid＞tr时，判断为水梁黑印温差不满足加热要求，在总体钢坯控制出炉时间的基础上增加3分钟均热时间；当tskid＜tr或tskid＝tr时，判定水梁黑印温差满足加热要求，具备出炉条件。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12