[发明专利]一种步进式加热炉及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁制造技术领域，具体涉及一种可有效减少能耗，提高加热炉加热效率的一种步进式加热炉及其使用方法。

背景技术

随着现代化生产过程越来越复杂，规模越来越庞大以及原材料的短缺和能源危机的影响，企业间的竞争日趋激烈。相应的人们对于如何最大程度地捉高生产效率，提商产品的质量，降低生产成本的要求也是越来越高，因此对于整个工业过程控制提出了很高的要求。

钢铁工业是能源消耗的大户，其中仅加热炉的能耗就占到了钢铁生产企业总能耗的四分之一，提高加热炉的加热效率，降低能耗，对实现整个钢铁工业的节能降耗有着重要的意义，因此，对钢胚加热炉的优化控制在国内外都得到了重视。同时，随着现代化轧机向着连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，对钢坯的加热质量提出了越来越高的要求。

轧钢生产企业中的能量消耗主要分为两部分：钢坯在加热炉中加热时的能量消耗和轧制工序的能量消耗。钢坯出炉温度的分布情况要综合考虑加热能耗和轧制能耗，并且随着轧制温度的降低，轧制能耗会有所增加，而加热能耗则会显著降低，二者存在着一定的比例关系。生产实际表明，如果由于降低钢坯出炉温度而使得轧机能耗增加百分之一，则加热炉的能耗会相应地降低百分之十，所以低温轧制工艺在钢坯生产中得到了广泛的应用。因此，提高加热炉的加热效率、降低加热能耗，对整个钢铁工业降低生产成本和节能降耗是很有意义的。如何在保证被加热钢坯能够进行有效轧制的前提下，最大限度地降低加热能耗，已经成为冶金工业控制技术研究的重要方向。

加热炉控制的主要目标之一是炉温的动态实时最佳决策，其依据是钢胚产生的要求和钢坯的温度分布情况，由于在实际的生产过程中还无法实现钢坯温度的实时测量，所以建立能够准确预报钢坯在加热炉被加热过程中的温度分布显得很重要了。以往研究者的工作重点大多集中在寻找钢坯升温过程的多元回归模型，对于利用机理模型来计算钢坯温度的升温状况也大多选用一维热传导方程，而在利用状态空间方法计算加热炉内的钢坯温度分布时，多数模型都把钢坯的热物性参数设为定值，且边界条件被近似为热吸收率系数的函数，在工况变化较大时需要通过实验重新确定边界条件。

在加热炉炉温优化控制中，加热炉的优化控制指标应与生产目标一致，但实际生产中，优化指标很难把生产目标全部包括进来，因此在优化控制过程中如何选取优化栺标很关键，以往的研究对这个课题没能很好的体现。同时，目前对加热炉进行优化控制的方法大多集中于加热炉本身，而并没有把加热炉和轧钢机作为一个有机的整体进行考虑，这就造成优化控制策略常表现为局部最优。对加热炉进行以节能降耗为目标的优化控制研究，应该在考虑加热炉最优控制的同时，兼顾轧制工序的顺利生产和节能降耗。目前这一想法的实现还存在一定的困难。主要是由加热炉综合优化控制的复杂性所造成的。首先很多因素都会对加热炉的正常运行工况产生影响，比如产量波动、加热钢坯种类的变化、轧制节奏的变化等。另一方面，轧制机组生产过程的控制技术所要解决的问题主要集中在提高轧制成品的质量和提高轧制生产效率上面，轧钢过程与加热炉生产过程还是比较独立的，因此，如何对加热炉进行基于轧制生产信息反馈的综合优化控制，是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种可有效提高加热炉效率、降低加热炉能耗的一种步进式加热炉及其使用方法。

本发明为解决上述问题由如下技术方案来实现：

一种步进式加热炉及其使用方法，主要包括如下步骤：

(1)加热炉的优化：

将加热炉划分为预热段、一号加热段、二号加热段和匀热段，加热炉顶部设有两块隔热墙，加热炉中间高度设有梁；

(2)确定最优炉温分布状态并建立钢胚温度预报模型：

假设钢坯的热物性参数为定值，并且无内热源，取钢坯内的一个微小原体，令边长分别为dx、dy、dz，时间为dt，则在单位时间内，沿x轴方向导入的热量为：

微元的温度增量为右面的温度为则通过右面所导出的热量为：