[发明专利]一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法

权利要求书

1.一种步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：根据钢坯黑匣子实测数据反算钢坯底部水梁部分和非水梁部分的综合辐射系数；所述计算钢坯底部水梁部分和非水梁部分的综合辐射系数，采取以下方法：

在钢坯底部水梁部分和非水梁部分，分别建立一维厚板模型，则每个黑匣子采集数据周期的综合辐射系数用以下方程计算：

式中，k为玻尔兹曼常数，ε为综合传热系数，T_f为炉温，T_s为钢坯温度，λ为钢坯导热系数，Δτ为时间步长，Δy为空间步长，ρ为钢坯密度，C_p为钢坯比热；τ表示时间节点；T^τ和T^τ+1分别表示τ时刻和τ+1时刻钢坯的温度；S表示位置节点；T_s和T_s-1分别表面节点与表面向钢坯内部一层节点的温度；

S2：根据步骤S1计算的水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，进行数据正确性判断后，计算水梁部分的遮蔽系数；所述根据水梁部位与非水梁部位不同的综合辐射系数，计算水梁部分的遮蔽系数具体采用下式：

K_shade＝σ_skid/σ

式中K_shade为遮蔽系数，σ_skid为水梁部分的综合辐射系数值，σ为非水梁部分的综合辐射系数值；

S3：选取包含水梁遮蔽部分为中心沿宽方向截取钢坯内部二维截面，划分二维网格，建立二维模型，根据钢坯上部、钢坯下部水梁部位和非水梁部位的不同，计算各自的热流密度，建立截面温度跟踪，周期性地计算截面上各温度点的温度；根据以下方法建立水梁黑印及其周围部分的二维钢坯温度计算模型：

初始条件：

τ＝0 T(x,y,0)＝T_o(x,y)

边界条件：

各个不同的位置分别计算钢坯各个边界不同的位置上的热流密度输入：

包括水梁部分的热流：

非水梁底部的热流：

上部热流：

两侧热流量输入为0；

式中，x为截面的长度，也就是截取的水梁及其相邻部分的长度；y为截面的高度，也就是钢坯的高度；τ时间；T(x,y,τ)为钢坯单元内任点的温度；λ为钢坯导热系数，ρ为钢坯密度，C_P为钢坯比热；C_gwm为导来辐射系数；k_shade为水梁位置遮蔽系数；k_btm为底部热流修正系数；k_top为顶部热流修正系数；

S4：针对每块即将出炉的钢坯，将实时计算的水梁部分黑印温差与工艺要求水梁黑印控制温差进行对比，对不符合水梁黑印控制温差的钢坯，采取增加加热时间的方式来满足工艺要求。

2.根据权利要求1所述的步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法，其特征在于：在步骤S1中，所述实测数据包括钢坯水梁部位埋偶深度数值、钢坯非水梁部位的埋偶深度数值、周期检测炉温、周期性采集的埋偶点检测数值、周期性采集的钢坯位置信息、记录数据的周期值以及钢坯钢种信息。

3.根据权利要求1所述的步进梁式加热炉炉内钢坯水梁黑印温差的控制方法，其特征在于：在步骤S4中，利用实时计算的水梁部分黑印温差对比加热炉钢坯加热工艺要求的水梁黑印控制温差，采取增加加热时间的方式来满足加热总体需求，具体如下：

钢坯在加热炉内要求控制的最大水梁黑印温差值为T_r，选取计算二维温度截面中，温度最低的温度点T_low和底部温度最高的点T_high，两者之间的差值为水梁黑印实时温差T_skid＝T_high-T_low；

当T_skid＞T_r时，判断为水梁黑印温差不满足加热要求，在总体钢坯控制出炉时间的基础上增加3分钟均热时间；当T_skid＜T_r或T_skid＝T_r时，判定水梁黑印温差满足加热要求，具备出炉条件。