[发明专利]一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法

摘要

本发明公开了一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法，该方法根据炉内多个钢坯序列的加热工艺要求与钢坯状态，对炉内温度设定值进行时间和炉长两个维度的优化，与传统基于单个钢坯的加热炉长度方向单设定值优化相比，本发明所提出方法考虑到多个待加热钢坯序列的不同加热要求和前后排序，对每个炉温设定点的时间序列值也进行了优化，即通过炉温设定的时间序列动态优化，实现前后钢坯差异化加热工艺要求的精确控制，充分利用了加热炉的炉温动态调节能力，实现了钢坯的差异化加热，达到提高钢坯加热质量、降低能量消耗、降低氧化烧损、延长加热炉寿命的效果。

主权项

1.一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法，其特征在于，该方法主要包括离线分析步骤和在线控制步骤，其中：所述离线分析步骤主要采集与炉温控制相关的参数，并以此为基础建立钢坯升温模型；所述离线分析步骤中与炉温控制相关的参数包括：加热炉生产的所有钢种类型集合，记为Gra；对于每一个钢种g∈Gra，通过查表获得其热物理参数，包括各温度下该钢种的密度ρg、热容Cg及热导Kg；加热炉特征参数，包括加热炉的炉区数N、各炉区的炉长L_n,n＝1,2,...,N、各炉区炉气向钢坯的有效传热系数及各炉区水印的热损失系数η_n,n＝1,2,...,N；所述离线分析步骤建立离散的钢坯升温模型，该模型能够预测钢坯在加热炉的升温情况，该模型只考虑钢坯厚度方向的温度梯度，而近似认为处于同一厚度位置的钢坯层温度处处相等，由此，钢坯温度分布成为与厚度位置x和时间t相关的函数，建立如下传热方程组：其中，上式中第一个方程表示钢坯内部的热传导过程；而第二个方程表示加热炉对钢坯下表面的传热过程，其中Tf为钢坯所在炉区的炉温值，hb是下表面等效传热系数，该参数与加热炉特性、水印参数、炉温及钢坯温度有关；第三个方程表示加热炉对钢坯上表面的传热过程，其中ht是上表面等效传热系数，该参数与加热炉特性、炉温及钢坯温度有关；第四个方程表示钢坯的初始温度值；将上面方程组进行位置离散化处理，其中，沿x方向将钢坯分解为m份，则得到钢坯温度分布向量Ts(k)如下式所示：其中，T1(k)对应钢坯上表面块的温度，Tm(k)为钢坯下表面块的温度；同时，进行时间离散化，假设当前时刻为k，对于给定的钢坯s，其钢种为g、长度为len、宽度为wdt、厚度为thk、当前钢坯温度分布为T_s(k)、钢坯移动速度v、当前钢坯在加热炉中的位置p_s(k)和各炉区的炉温值基于上述信息，通过该模型可以计算得到k+1时刻钢坯温度分布T_s(k+1)，采用Mod_s表示模型关系，建立如下表达式：其中，由于钢坯s的钢种、长度、宽度、厚度、热物理参数，加热炉各炉区的长度、有效传热系数、水印的热损失系数均为常数，保留公式(1)中变量，可以简写为：Ts(k+1)＝Mods(Ts(k),ps(k),v,Tnf)                 (2)所述在线控制步骤以预先给定的控制周期Δtc触发，用以实现步进式加热炉升温曲线的实时优化设定。