[发明专利]加热炉炉内坯料优化加热曲线计算系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及热轧技术领域中坯料的加热炉热处理工艺，尤其涉及加热炉最优控制领域及加热炉内坯料优化加热曲线的计算方法。

背景技术

加热炉热过程和炉内坯料热状态数学模型已逐步被应用于加热炉最佳设计和最优控制技术中。对于加热炉内坯料在满足目标出炉温度的条件下，采用合理的加热制度、最大限度降低炉子热损耗及燃料消耗才能提高加热炉的生产效率。目前加热炉内坯料的加热制度主要是根据经验来确定，由所加热坯料的特性来确定坯料的目标出炉温度、在炉时间及炉温制度。对于自动化程度较高的加热炉可以采用数学模型根据加热坯料特性计算生成加热制度，其核心是在加热炉当前炉温制度状态下通过数学模型计算坯料的当前温度与坯料加热工艺给定的目标温度之间的偏差，并通过该偏差对当前炉温制度不断修正，同时将修正后的炉温制度作为加热炉基础仪表自动化系统的加热温度设定值，从而使炉内坯料能够按照加热工艺完成在加热炉内的热处理。而坯料的加热工艺，又称为坯料优化加热曲线，需要在该坯料入炉前给定，目前主要由技术人员根据生产及操作经验在原有加热工艺基础上手动干预，劳动强度大，且难以适应不同坯料的加热工艺需求，精度及灵活性差。这样将直接影响坯料入炉后加热制度的制定，从而影响金属的加热质量和加热炉的生产效率，难以实现加热炉最优控制。

发明内容

本发明所解决的技术问题是针对上述问题提供一种计算加热炉内坯料优化加热曲线的方法。该方法不受坯料尺寸规格的限制、计算精度及计算效率高，可以在坯料入炉前完成多块坯料优化加热曲线的计算。利于加热炉数学模型利用所述坯料优化加热曲线修正加热制度，提高金属的加热质量和加热炉的生产效率，利于实现加热炉最优控制。

本发明解决所述技术问题主要采取如下技术方案：

加热炉炉内坯料优化加热曲线计算系统，包括：

坯料步进及位置跟踪模块，对坯料进行步进操作并返回当前位置；

坯料温度跟踪模块，对加热炉内坯料的内部温度场进行跟踪；

加热炉炉温制度修正模块，根据温度参数，对炉温制度进行修正；

燃料消耗量计算模块，对于满足目标出炉温度的坯料用积分替代目标函数来表征其从入炉至出炉整个加热过程的燃料消耗量多少；

上述各模块依次相连。

所述的系统，还包括坯料参数初始化模块，初始化待入炉坯料几何参数及物性参数；加热炉炉温制度设定模块，对加热炉的相关参数进行初始化；计时器，计时并判断是否达到步进或温度跟踪周期。

所述的系统的计算方法，包括：

S1）调用坯料参数初始化模块，初始化待入炉坯料几何参数及物性参数；同时，给定坯料入炉前温度；

S2）调用加热炉炉温制度设定模块，初始化加热炉相关参数；

S3）计时器计时并判断时间是否达到加热炉步进周期，如果未达到加热炉步进周期，则计时器继续计时；如果达到加热炉步进周期，则执行坯料步进模块，按照加热炉的步进周期仿真坯料在加热炉内的步进动作，并实现对炉内坯料位置的实时预报；

S4)计时器继续计时并判断时间是否达到坯料温度跟踪周期，如果未达到坯料温度跟踪周期，则计时器继续计时；如果达到坯料温度跟踪周期，则执行坯料温度跟踪模块，对不同尺寸规格的坯料在加热炉内不同在炉时间、不同炉内位置的内部温度场进行跟踪；

S5）根据坯料位置跟踪模块返回的坯料当前位置数据来判断坯料是否步进至出炉位置，如果坯料尚未步进至出炉位置，则回到步骤S3；如果坯料已步进至出炉位置，则进入下一步；

S6）计算坯料的温度参数，包括坯料出炉温度及出炉时坯料断面温差，与坯料目标值出炉温度进行比较，如果不在目标出炉温度允许范围内，则调用加热炉炉温制度修正模块，对原炉温进行修正，然后返回到步骤S2；如果在目标值允许范围内，则对坯料从入炉到出炉的温升进行拟合形成坯料优化加热曲线，然后调用燃料消耗量计算模块，对于满足目标出炉温度的坯料用积分替代目标函数来表征其从入炉至出炉整个加热过程的燃料消耗量多少；

S7）判断坯料优化加热曲线计算次数是否达到设定的计算次数，如果没有达到，则坯料优化加热曲线计算次数加1，然后调用加热炉炉温制度修正模块，对炉温进行修正，然后返回到步骤S2；如果达到设定的计算次数，则输出坯料优化加热曲线。

所述的方法，步骤S1中，坯料几何参数包括坯料长度和厚度；坯料物性参数包括坯料密度、比热容、导热系数和黑度。