[发明专利]一种钢铁企业加热炉与热轧生产作业集成控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金的技术领域，特别涉及一种钢铁企业加热炉与热轧生产作业集成控制方法及装置。

背景技术

热轧带钢是最重要的钢铁产品，占整个钢铁产品的一半以上，是衡量一个国家钢铁生产发达水平的一个重要因素。加热炉和热轧生产在钢铁企业的整个生产流程中起着重要的作用，热轧工序所生产的热轧卷一方面可以直接作为成品出售，另一方面又为下游精加工阶段的各生产工序提供原料。

钢铁企业热轧厂的生产工艺流程如图1所示，实际生产中，板坯库中通常会存放一百多个板坯垛，每个板坯垛中有近10块板坯，每块板坯都具有不同的规格和重量等工艺指标。当某一板坯被编入生产作业时，操作人员利用吊机将其从板坯垛中取出，放到辊道上，然后送入加热炉进行加热。为了保证热轧机组的连续生产，通常会有多个加热炉为一条热轧机组供料。每个加热炉一般可以同时加热近30块板坯，但是要求相邻的板坯必须是规格和加热工艺相近。当加热炉已经装满时，只有当炉中的第一块板坯出炉后新的板坯才能进入。由于每个板坯必须加热到规定的温度后才能出炉，如果前面的板坯没有出炉，那么后面的板坯即使已经到了规定的温度也不能出炉，导致板坯过烧。从各加热炉出来的板坯顺序一定要与热轧机组所编制的板坯生产顺序一致。在热轧机组，出炉后的板坯首先在粗轧机上进行轧制，然后再通过精轧制机组轧制，最后经剪切后得到板卷或钢板产品。为了保证热轧机组的正常生产，相邻的板坯之间的规格切换必须在一定范围之内。

虽然操作人员已经在生产作业的编制和控制方面积累了相当多的经验，也取得了很大的成效，但是由于加热炉和热轧的生产中存在众多的生产工艺约束，并且具有批量少、品种规格多、厚度变化频繁、出炉温度变化范围大等特点，其生产作业的编制和控制非常复杂。当前的生产作业编制和控制方法主要存在以下问题：

(1)加热炉与热轧工序之间难以协调；

热轧厂目前普遍采用的人工方法基本是将加热炉和热轧看作是两个相互独立的工序分别进行生产作业的编制和控制，该方法以热轧工序为核心，首先制定热轧的生产作业和控制方案，然后由现场的加热炉生产人员按照该方案所确定的板坯的轧制顺序依炉号依次向各加热炉分配板坯。以6块板坯{s₁，s₂，...，s₆}的一条热轧机组生产作业方案和3个配套的加热炉{1#，2#，3#}为例，这种人工方法的分配过程依次为：s₁-1#，s₂-2#，s₃-3#，s₄-1#，s₅-2#，s₆-3#。虽然这种方法基本能够保证向热轧机组持续供应板坯的要求，但是这种方法是机械的、被动式的，虽然在热轧生产作业的编制和控制过程中也考虑了一些加热炉的工艺和控制要求，但是加热炉与热轧的生产工艺约束和生产控制目标不同，因而目前所采用的以热轧为核心而忽略加热炉的方法经常会导致这两个工序之间的生产节奏难以匹配，进而导致这两个工序之间存在较长的等待时间，加热炉平均炉温较高，能源消耗严重，其中所述的等待时间包括轧机等待加热炉出料的等待时间和可以出炉的板坯因轧机正在轧制其它板坯而在加热炉内保温造成的等待时间；

(2)加热炉将成为“瓶颈”工序；

实际生产中虽然通常是由多台加热炉向一条热轧机组供料，但是由于加热板坯的品种多、厚度变化频繁、出炉温度的变化范围大，因而在实际生产中加热炉的生产能力要远低于其设计生产能力，从而导致加热炉的生产节奏跟不上热轧机的生产节奏，成为严重制约热轧厂产能提高的“瓶颈”工序；

(3)生产成本和控制目标众多且相互矛盾，难以统筹兼顾；

在加热炉和热轧生产作业的编制和控制中需要考虑众多的生产成本，如板坯的规格切换成本、能源消耗成本、倒垛成本、延期交货成本等，其中所述的规格切换成本包括宽度和厚度跳跃，此外，还需要考虑众多的生产控制目标，如轧机后面各机组的物流平衡、板坯在中间库的堆垛方式、加热炉的装炉方式、设备的利用率、按期交货等，而这些目标之间又是相互矛盾和冲突的，因此，当前采用的人工方法只能着眼于少数重要生产成本和控制目标，往往顾此失彼，无法实现全局层次上的优化控制；