[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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及钢铁生产中加热炉优化控制技术领域，特别涉及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。

背景技术

目前，随着市场竞争的加剧，钢铁加热轧制工序由传统的大批量按计划生产向小批量、多钢种的小批量柔性生产模式转变，传统的基于大批量生产模式的加热炉控制模式无法适应灵活多变的柔性制造生产要求。

钢坯加热炉是用来将初轧钢坯或者连铸钢坯加热到一定的温度分布以便粗轧机进行轧制的生产设备，钢铁工业是能源消耗的大户，其中仅加热炉的能耗就占钢铁工业总能耗的25％，提高加热炉的加热效率，降低能耗，对整个钢铁工业的节能具有重要的意义，特别是随着现代化轧机向连续、大型、高速、高精度和多品种方向发展，对钢坯的加热质量也提出了越来越高的要求。然而，加热炉是一个典型的复杂工业对象，包括热力学的、化学的和物理的各种过程，其本质上是一个具有典型的多变量、时变、非线性、强耦合、大惯性和纯滞后等特点的复杂工业生产对象。

加热炉控制的目的是按照轧机轧制节奏，设定加热炉区段炉温，使钢坯在炉内充分受热，在钢坯出炉时其出炉温度和均热度满足轧制要求，同时要使所消耗的燃料尽量小。目前通常是通过控制加热炉区段炉温来达到控制加热炉内钢坯温度的目的。过去在钢铁产能长期不能满足我国消费需求的时代背景下，钢铁冶金企业普遍采用加热炉产量型高烧法，在燃料充足的前提下，按照钢坯加热温度的上限烧钢，以实现多烧快烧，尽量保证加热炉的生产能力与轧机生产能力的匹配，提高钢材产量。这样不仅导致了钢坯的氧化烧损严重,而且造成了加热炉的巨大能耗浪费,也使得加热炉的使用寿命缩短。近年来，随着我国钢铁产能供求关系的扭转，出于对降低生产成本、提高生产效率和产品质量的要求，加热炉的优化控制问题成为了国内外工业界和学术界共同关注的热点问题。

对于钢坯的温升过程来说，每一块钢坯在理论上都唯一地对应着一条自己的最优温升曲线，只有钢坯的温度沿着这条温升曲线上升，才能保证钢坯的加热性能最好，钢坯消耗的热量最少。加热炉是用来加热钢坯的，钢坯的温升过程是通过加热炉的炉温提供的，因此要想给予钢坯相应的温度分布，加热炉的各段炉温必须有相应的炉温分布。可以说钢坯的最优温升曲线是与加热炉的最优炉温分布曲线相对应的，因此有必要寻找到加热炉的最优炉温分布曲线，有了这条最优炉温分布曲线，就可以通过加热炉燃烧控制系统来实现最佳的炉温分布。对加热炉进行优化控制的目的，实际上就是要在各个炉段的炉温允许范围内寻找最佳的炉温值，即为最优炉温设定值，从而用最少的能耗加热出满足要求的钢坯。

炉温优化设定是一类典型的最优决策问题，根据已知的钢坯规格、种类、目标出炉温度、装炉温度和轧制节奏等工况，在加热炉过程模型、钢坯断面温差上限、钢还出炉时断面温差上限、钢还出炉表面温度区间、钢坯出炉时间约束等生产工艺约束下，设定各段炉温，使钢坯在合适的时间加热到合适的温度，且能耗最小。

针对加热炉炉温设定的问题，国内也有相关专利和文献提出了一些解决方法，如：

公开号为CN103697712A的专利《基于时间感度的动态加热炉炉温控制方法》，根据出炉节奏、加热炉加热能力与步进梁移动信息的最大值动态设定最短在炉时间，根据最短在炉时间，计算钢坯炉温感度值。