一種連續退火爐加熱段爐溫控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及連續退火爐技術，尤其涉及連續退火爐加熱段爐溫控制技術。
【背景技術】
[0002] 連續退火爐熱處理過程效率很高，它用來生產抗張力強度大和塑性強的帶鋼。對 于連續退火爐機組的設計制造而言，國內基本處于進口狀態，根據現代帶鋼連續退火機組 的大型化、產品多樣化、高質量和低成本的發展趨勢，對于連續退火機組的模型化和算機自 動控制系統的設計，尤其是連續退火爐的模型化和優化控制是國內亟待研發設計的技術。 帶鋼連續退火爐具有如下特性，連續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，由于帶鋼規格、熱處理周期、走 帶速度等經常變化，使爐況不穩，爐子熱慣性時間遠大于帶鋼在爐內的滯留時間。綜上，連 續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 線上生產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量產 生較大差別，因此，應當對爐溫的這種偏差進行監控和調整，從而生產高質量的帶鋼。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的目的是一種連續退火爐加熱段爐溫控制系統及方法，對連續退 火爐運行時的工況進行監控，并且對帶鋼退火過程的工況進行控制，特別在帶鋼規格變換 時，及時控制調節爐溫，可以較平穩地過渡各種變換情況，使帶鋼生產率、成材率提高，節省 成本。
[0004] 為解決上述問題，本發明提出一種連續退火爐加熱段爐溫控制系統，包括：基礎自 動化設備，過程控制設備，以及生產過程執行管理設備；其中，
[0005] 基礎自動化設備連接控制退火爐內工況的現場裝置，接收過程控制設備下發的爐 子控制報文以控制調節爐溫，并持續向過程控制設備發送現場裝置實時采集的退火爐內工 況信息的第一工況報文；
[0006] 生產過程執行管理設備獲取帶鋼在加熱段內加工時的生產線狀態信息并依此生 成第二工況報文，并持續向過程控制設備發送該第二工況報文；
[0007] 過程控制設備接收并解析所述第一工況報文和第二工況報文，每次在根據爐內工 況信息和生產線狀態信息獲得的帶鋼實際溫度和設定的帶鋼目標溫度之間存在的偏差超 出設定范圍時，均重新設定加熱段爐溫值并形成爐子控制報文發送給基礎自動化設備從而 控制爐溫。
[0008] 根據本發明的一個實施例，所述退火爐內工況信息包括爐溫，爐內生產線傳送速 度，爐壓，帶鋼溫度。
[0009] 根據本發明的一個實施例，生產線狀態信息包括退火曲線，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，本發明還提出一種連續退火爐加熱段爐溫控制方法，基礎自動 化設備根據現場裝置實時采集的退火爐內工況信息形成第一工況報文并持續將其發送給 過程控制設備；生產過程執行管理設備獲取帶鋼在加熱段內加工時的生產線狀態信息而形 成第二工況報文并持續將其發送給過程控制設備；該方法包括：
[0011] 步驟S1 :過程控制設備根據生產過程執行管理設備發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，過程控制設備將爐溫值發送給基礎自動化設備以控制爐 溫，進入步驟S2 ;
[0012] 步驟S2 :過程控制設備處于報文接收狀態，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 :過程控制設備根據退火爐內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，將有效熱能結果值和設定的目標有效熱能值進行比較，若有效熱能 結果值和目標有效熱能值存在的偏差超出設定范圍，則進入步驟S4,否則返回執行步驟 S2 ；
[0014] 步驟S4 :根據有效熱能結果值重新設定加熱段的各分部的爐溫值，過程控制設備 根據設定的爐溫值形成爐子控制報文發送給基礎自動化設備從而控制調節爐溫，返回執行 步驟S2通過迭代方式減少有效熱能結果值和目標有效熱能值存在的偏差以調節爐溫。
[0015] 根據本發明的一個實施例，所述加熱段分為至少三對加熱區，將沒每對加熱區分 成若干個分部。
[0016] 根據本發明的一個實施例，過程控制設備設定加熱段各分部的爐溫值的方法包 括：
[0017] 將第一加熱區的第一分部的入口值設置為過程控制設備所設定的賦值、出口值設 置為其入口值加上dt;將第一加熱區的第二分部的入口值設置為第一加熱區的第一分部 的出口值、出口值設置為第二分部的入口值加上dt;第一加熱區的后續分部依此類推；
[0018] 將第二加熱區的第一分部的入口值設置為第一加熱區的第一分部的入口值加上 退火曲線中設定的倆加熱區間的步長、出口值設置為其入口值加上dt;將第二加熱區的第 二分部的入口值設置為第二加熱區的第一分部的出口值、出口值設置為第二分部的入口值 加上dt;第一加熱區的后續分部依此類推；
[0019] 第二加熱區之后的加熱區依此類推；
[0020] 其中
[0021] to為帶鋼出口溫度；ti為帶鋼入口溫度；elements為所有加熱區的分部數總和。
[0022] 根據本發明的一個實施例，在步驟S1中，將第一加熱區的第一分部的入口值初始 化設置為接近室溫值。
[0023] 根據本發明的一個實施例，在步驟S3中，過程控制設備根據退火爐內工況信息中 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，fact為福 射系數，surf為福射面積。
[0026] 根據本發明的一個實施例，在步驟S4中，根據有效熱能結果值重新設定加熱段的 各分部的爐溫值的方法為
[0027]如果y〈0,tr=to,否則
[0028] 其中，tr為用以設置將第一加熱區的第一分部的入口值的過程控制設備所設定的 賦值。
[0029] 根據本發明的一個實施例，基礎自動化設備根據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，巾為輻射系 數，S為熱交換面積，v為爐內生產線傳送速度，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] 采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果：通過基礎自動化 設備實時監控退火爐內的工況，并不斷地將工況信息以報文形式發送給過程控制設備，并 且，通過生產過程執行管理設備監控帶鋼在生產線上生產時的生產線狀態信息，并不斷地 將生產線狀態信息以報文信息發送給過程控制設備，過程控制設備一方面可以監控退火爐 所有工作狀態下的工況，另一方面專門地對帶鋼生產時的情況進行監控，在帶鋼的剛種、尺 寸等情況發生變化時，而使得帶鋼實際溫度和設定的帶鋼目標溫度之間存在的偏差超出設 定范圍時，通過反復迭代（過程控制設備和基礎自動化設備、生產過程執行管理之間的多 次信息交互）控制爐溫使得偏差不斷減小，從而實現在帶鋼變換時爐溫的平穩過渡。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發明一個實施例的連續退火爐加熱段爐溫控制系統的結構框圖；
[0034] 圖2為本發明一個實施例的連續退火爐加熱段爐溫控制方法的流程示意圖；
[0035] 圖3為本發明一個實施例的連續退火爐加熱段的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明 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以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況 下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0038] 本發明的連續退火爐分例如包括預熱段、加熱段和均熱段。
[0039]