一種連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及連續(xù)退火爐技術(shù)，尤其涉及連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)退火爐熱處理過程效率很高，它用來生產(chǎn)抗張力強度大和塑性強的帶鋼。對 于連續(xù)退火爐機組的設(shè)計制造而言，國內(nèi)基本處于進口狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)代帶鋼連續(xù)退火機組 的大型化、產(chǎn)品多樣化、高質(zhì)量和低成本的發(fā)展趨勢，對于連續(xù)退火機組的模型化和算機自 動控制系統(tǒng)的設(shè)計，尤其是連續(xù)退火爐的模型化和優(yōu)化控制是國內(nèi)亟待研發(fā)設(shè)計的技術(shù)。 帶鋼連續(xù)退火爐具有如下特性，連續(xù)退火爐一般分為預熱段、加熱段、均熱段等多段，分段 多且各段傳熱特性幾乎完全不同，爐子有效長度超長。此外，由于帶鋼規(guī)格、熱處理周期、走 帶速度等經(jīng)常變化，使爐況不穩(wěn)，爐子熱慣性時間遠大于帶鋼在爐內(nèi)的滯留時間。綜上，連 續(xù)退火爐在運行過程中會存在爐溫擾動，或者由于帶鋼剛種、尺寸等的變化，在帶鋼在生產(chǎn) 線上生產(chǎn)時爐溫并不適合該帶鋼，而爐溫對于帶鋼來說細微的差別就會使得帶鋼的質(zhì)量產(chǎn) 生較大差別，因此，應當對爐溫的這種偏差進行監(jiān)控和調(diào)整，從而生產(chǎn)高質(zhì)量的帶鋼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的目的是一種連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制系統(tǒng)及方法，對連續(xù)退 火爐運行時的工況進行監(jiān)控，并且對帶鋼退火過程的工況進行控制，特別在帶鋼規(guī)格變換 時，及時控制調(diào)節(jié)爐溫，可以較平穩(wěn)地過渡各種變換情況，使帶鋼生產(chǎn)率、成材率提高，節(jié)省 成本。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制系統(tǒng)，包括：基礎(chǔ)自 動化設(shè)備，過程控制設(shè)備，以及生產(chǎn)過程執(zhí)行管理設(shè)備；其中，
[0005] 基礎(chǔ)自動化設(shè)備連接控制退火爐內(nèi)工況的現(xiàn)場裝置，接收過程控制設(shè)備下發(fā)的爐 子控制報文以控制調(diào)節(jié)爐溫，并持續(xù)向過程控制設(shè)備發(fā)送現(xiàn)場裝置實時采集的退火爐內(nèi)工 況信息的第一工況報文；
[0006] 生產(chǎn)過程執(zhí)行管理設(shè)備獲取帶鋼在加熱段內(nèi)加工時的生產(chǎn)線狀態(tài)信息并依此生 成第二工況報文，并持續(xù)向過程控制設(shè)備發(fā)送該第二工況報文；
[0007] 過程控制設(shè)備接收并解析所述第一工況報文和第二工況報文，每次在根據(jù)爐內(nèi)工 況信息和生產(chǎn)線狀態(tài)信息獲得的帶鋼實際溫度和設(shè)定的帶鋼目標溫度之間存在的偏差超 出設(shè)定范圍時，均重新設(shè)定加熱段爐溫值并形成爐子控制報文發(fā)送給基礎(chǔ)自動化設(shè)備從而 控制爐溫。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述退火爐內(nèi)工況信息包括爐溫，爐內(nèi)生產(chǎn)線傳送速 度，爐壓，帶鋼溫度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，生產(chǎn)線狀態(tài)信息包括退火曲線，及以下任意幾個的組 合：帶鋼長度、帶鋼寬度、帶鋼厚度、帶鋼密度、帶鋼鋼種。
[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明還提出一種連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制方法，基礎(chǔ)自動 化設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場裝置實時采集的退火爐內(nèi)工況信息形成第一工況報文并持續(xù)將其發(fā)送給 過程控制設(shè)備；生產(chǎn)過程執(zhí)行管理設(shè)備獲取帶鋼在加熱段內(nèi)加工時的生產(chǎn)線狀態(tài)信息而形 成第二工況報文并持續(xù)將其發(fā)送給過程控制設(shè)備；該方法包括：
[0011] 步驟S1 :過程控制設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理設(shè)備發(fā)送的退火曲線進行初始化， 對加熱段的各分部爐溫值賦初值，過程控制設(shè)備將爐溫值發(fā)送給基礎(chǔ)自動化設(shè)備以控制爐 溫，進入步驟S2 ;
[0012] 步驟S2 :過程控制設(shè)備處于報文接收狀態(tài)，若接收第一工況報文和/或第二工況 報文則進入步驟S3 ;
[0013] 步驟S3 :過程控制設(shè)備根據(jù)退火爐內(nèi)工況信息中的帶鋼入口溫度和帶鋼出口溫 度進行有效熱能計算，將有效熱能結(jié)果值和設(shè)定的目標有效熱能值進行比較，若有效熱能 結(jié)果值和目標有效熱能值存在的偏差超出設(shè)定范圍，則進入步驟S4,否則返回執(zhí)行步驟 S2 ；
[0014] 步驟S4 :根據(jù)有效熱能結(jié)果值重新設(shè)定加熱段的各分部的爐溫值，過程控制設(shè)備 根據(jù)設(shè)定的爐溫值形成爐子控制報文發(fā)送給基礎(chǔ)自動化設(shè)備從而控制調(diào)節(jié)爐溫，返回執(zhí)行 步驟S2通過迭代方式減少有效熱能結(jié)果值和目標有效熱能值存在的偏差以調(diào)節(jié)爐溫。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述加熱段分為至少三對加熱區(qū)，將沒每對加熱區(qū)分 成若干個分部。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，過程控制設(shè)備設(shè)定加熱段各分部的爐溫值的方法包 括：
[0017] 將第一加熱區(qū)的第一分部的入口值設(shè)置為過程控制設(shè)備所設(shè)定的賦值、出口值設(shè) 置為其入口值加上dt;將第一加熱區(qū)的第二分部的入口值設(shè)置為第一加熱區(qū)的第一分部 的出口值、出口值設(shè)置為第二分部的入口值加上dt;第一加熱區(qū)的后續(xù)分部依此類推；
[0018] 將第二加熱區(qū)的第一分部的入口值設(shè)置為第一加熱區(qū)的第一分部的入口值加上 退火曲線中設(shè)定的倆加熱區(qū)間的步長、出口值設(shè)置為其入口值加上dt;將第二加熱區(qū)的第 二分部的入口值設(shè)置為第二加熱區(qū)的第一分部的出口值、出口值設(shè)置為第二分部的入口值 加上dt;第一加熱區(qū)的后續(xù)分部依此類推；
[0019] 第二加熱區(qū)之后的加熱區(qū)依此類推；
[0020] 其中
[0021] to為帶鋼出口溫度；ti為帶鋼入口溫度；elements為所有加熱區(qū)的分部數(shù)總和。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在步驟S1中，將第一加熱區(qū)的第一分部的入口值初始 化設(shè)置為接近室溫值。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在步驟S3中，過程控制設(shè)備根據(jù)退火爐內(nèi)工況信息中 的帶鋼入口溫度和帶鋼出口溫度進行有效熱能計算的公式為
[0025] 其中，y為有效熱能結(jié)果值，m_flow為帶鋼流量，enth(to)為帶鋼出口溫度to下 的熱洽，enth(ti)為帶鋼入口溫度ti下的熱；)；含，STEFAN為斯蒂芬-波滋曼常數(shù)，fact為福 射系數(shù)，surf為福射面積。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在步驟S4中，根據(jù)有效熱能結(jié)果值重新設(shè)定加熱段的 各分部的爐溫值的方法為
[0027]如果y〈0,tr=to,否則
[0028] 其中，tr為用以設(shè)置將第一加熱區(qū)的第一分部的入口值的過程控制設(shè)備所設(shè)定的 賦值。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，基礎(chǔ)自動化設(shè)備根據(jù)加熱段的熱傳導公式確定帶鋼出 口溫度，公式如下：
[0030] 0 0 ?傘?S? (TF4_TB4) =v?t?w?P?C? (TBE-TBI)
[0031] 其中，TF為加熱段爐溫，TB為帶鋼溫度，〇 ^為斯蒂芬-波滋曼常數(shù)，巾為輻射系 數(shù)，S為熱交換面積，v為爐內(nèi)生產(chǎn)線傳送速度，t為帶鋼厚度，C為熱容，P為帶鋼密度， TBE，TBI分別為加熱段熱傳導的帶鋼出口溫度和帶鋼入口溫度。
[0032] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：通過基礎(chǔ)自動化 設(shè)備實時監(jiān)控退火爐內(nèi)的工況，并不斷地將工況信息以報文形式發(fā)送給過程控制設(shè)備，并 且，通過生產(chǎn)過程執(zhí)行管理設(shè)備監(jiān)控帶鋼在生產(chǎn)線上生產(chǎn)時的生產(chǎn)線狀態(tài)信息，并不斷地 將生產(chǎn)線狀態(tài)信息以報文信息發(fā)送給過程控制設(shè)備，過程控制設(shè)備一方面可以監(jiān)控退火爐 所有工作狀態(tài)下的工況，另一方面專門地對帶鋼生產(chǎn)時的情況進行監(jiān)控，在帶鋼的剛種、尺 寸等情況發(fā)生變化時，而使得帶鋼實際溫度和設(shè)定的帶鋼目標溫度之間存在的偏差超出設(shè) 定范圍時，通過反復迭代（過程控制設(shè)備和基礎(chǔ)自動化設(shè)備、生產(chǎn)過程執(zhí)行管理之間的多 次信息交互）控制爐溫使得偏差不斷減小，從而實現(xiàn)在帶鋼變換時爐溫的平穩(wěn)過渡。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明一個實施例的連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明一個實施例的連續(xù)退火爐加熱段爐溫控制方法的流程示意圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明一個實施例的連續(xù)退火爐加熱段的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0037] 在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0038] 本發(fā)明的連續(xù)退火爐分例如包括預熱段、加熱段和均熱段。
[0039]