步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法转让专利
申请号 : CN201110326347.1
文献号 : CN102538995B
文献日 : 2013-04-03
发明人 : 肖利 , 佘广夫 , 方淑芳 , 刘勇 , 张宏 , 吕敬东 , 王敏莉 , 罗宝军 , 杨安林 , 刘波 , 张芮 , 付开忠 , 杜和来 , 朱乐
申请人 : 攀钢集团西昌钢钒有限公司 , 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司
摘要 :
提供一种步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，所述方法包括：将步进梁式炉的加热段分为上区和下区，在上区左右两侧分别布置第一热电偶和第二热电偶，在下区左右两侧分别布置第三热电偶和第四热电偶；根据加热段的实际供热量与最大供热量之比，确定加热段的高温气流与低温气流的高低温度权重；第一至第四热电偶按照预定时间间隔测量炉膛实际温度；从第一热电偶测量的炉膛实际温度中采集n个炉膛实际温度，并且从第二热电偶测量的炉膛实际温度中采集n个的炉膛实际温度，使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛实际温度进行加权处理；将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段上区的炉膛温度；按照相同方式得到加热段下区的炉膛温度。
权利要求 :
1.一种步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，包括：(1)将加热低温钢时步进梁式炉的加热段分为上区和下区，在上区左右两侧分别布置第一热电偶和第二热电偶，在下区左右两侧分别布置第三热电偶和第四热电偶；
(2)根据加热段的实际供热量与最大供热量之比，确定加热段的高温气流与低温气流的高低温度权重；
(3)第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶按照预定时间间隔测量炉膛实际温度；
(4)从第一热电偶测量的炉膛实际温度中采集预定数量n的炉膛实际温度，并且从第二热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛实际温度进行加权处理；
(5)将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段上区的炉膛温度；
(6)从第三热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，并且从第四热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛实际温度进行加权处理；
(7)将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段下区的炉膛温度。
2.根据权利要求1所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤（3）中，通过变送器将第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶测量的炉膛实际温度存储在可编程逻辑控制器的内存地址中。
3.根据权利要求2所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤(4)以及步骤（6）中，分别按照预定频率扫描可编程逻辑控制器的内存地址，直到获得第一热电偶测量的n个炉膛实际温度、第二热电偶测量的n个炉膛实际温度、第三热电偶测量的n个炉膛实际温度以及第四热电偶测量的n个炉膛实际温度。
4.根据权利要求3所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，按照下面的等式计算加热段的高低温度权重：其中，δ为加热段的实际供热量，ω为加热段的最大供热量，η为计算的加热段的高低温度权重。
5.根据权利要求4所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤(4)中，按照下面的等式进行加权处理：TUi=η×Tai+(1-η)×Tbi，
其中，1≤i≤n，Tai表示第i次扫描得到的第一热电偶测量的炉膛实际温度，Tbi表示第i次扫描得到的第二热电偶测量的炉膛实际温度，TUi表示加权处理得到的数据。
6.根据权利要求5所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤(5)中，按照下面的等式进行平均处理：其中，TU为计算得到的加热段上区的炉膛温度。
7.根据权利要求4所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤(6)中，按照下面的等式进行加权处理：TLi=η×Tci+(1-η)×Tdi，
其中，1≤i≤n，Tci表示第i次扫描得到的第三热电偶测量的炉膛实际温度，Tdi表示第i次扫描得到的第四热电偶测量的炉膛实际温度，TLi表示加权处理得到的数据。
8.根据权利要求7所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，在步骤(7)中，按照下面的等式进行平均处理：其中，TL为计算得到的加热段下区的炉膛温度。
9.根据权利要求1所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，
10≤n≤90。
10.根据权利要求3所述的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，其中，扫描频率为1至10秒一次。
说明书 :
步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于轧钢控制领域，更具体地讲，涉及一种自动化程度较高的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测失真的处理方法。
背景技术
[0002] 低温钢作为一种特殊用钢，越来越广泛地应用到各个领域，随着低温钢的使用量增加，现有的生产能力越发不能满足需求。另一方面，低温钢生产控制需要专门的加热炉，投入资金大且建设周期长，因此，国内外很多钢厂都是在现有的步进梁式炉上进行相关技术处理，以完成低温钢的生产。步进梁式炉包括定梁和动梁，将板坯、方坯、型材等坯料放置在定梁和动梁上进行加热，其中定梁固定不动，而动梁做矩形运动，以根据需要使得坯料前进或后移，或是停在定梁位置。
[0003] 步进梁式炉在加热低温钢的过程中，由于各个物理段(热回收段、预热段、加热段、均热段等)对烧嘴进行了调焰或限制负荷处理，所以高温气流不能充满整个炉膛，会出现局部高温或局部低温，在气流流动过程中，导致热电偶检测温度忽高忽低。该检测温度通过基础自动化PLC上传到过程自动化系统，燃烧控制模型利用该检测温度进行钢坯温度计算及完成炉膛设定温度计算。如果检测温度不准，则使模型预报钢坯温度不准，最终导致模型错误决策，出现钢坯过烧或加热温度不够，影响低温钢轧制稳定及最终产品质量。
发明内容
[0004] 针对步进梁式炉在加热低温钢过程中，过程温度检测失真导致燃烧控制模型预报钢坯温度精度不准的问题，本发明公开一种提高步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测精度的方法，以保证低温钢加热过程质量控制，促进步进梁式炉能正常、稳定地量产低温钢。
[0005] 根据本发明的一方面，提供一种步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法，该方法包括：(1)将加热低温钢时步进梁式炉的加热段分为上区和下区，在上区左右两侧分别布置第一热电偶和第二热电偶，在下区左右两侧分别布置第三热电偶和第四热电偶；(2)根据加热段的实际供热量与最大供热量之比，确定加热段的高温气流与低温气流的高低温度权重；(3)第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶按照预定时间间隔测量炉膛实际温度；(4)从第一热电偶测量的炉膛实际温度中采集预定数量n的炉膛实际温度，并且从第二热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛实际温度进行加权处理；(5)将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段上区的炉膛温度；(6)从第三热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，并且从第四热电偶测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度，使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛实际温度进行加权处理；(7)将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段下区的炉膛温度。
[0006] 可通过变送器将第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶测量的炉膛实际温度存储在可编程逻辑控制器的内存地址中。
[0007] 在步骤(4)以及步骤(6)中，可分别按照预定频率扫描可编程逻辑控制器的内存地址，直到获得第一热电偶测量的n个炉膛实际温度、第二热电偶测量的n个炉膛实际温度、第三热电偶测量的n个炉膛实际温度以及第四热电偶测量的n个炉膛实际温度。
[0008] 可按照下面的等式计算加热段的高低温度权重：
[0009]
[0010] 其中，δ为加热段的实际供热量，ω为加热段的最大供热量。
[0011] 在步骤(4)中，可按照下面的等式进行加权处理：
[0012] TUi＝η×Tai+(1-η)×Tbi，
[0013] 其中，1≤i≤n，Tai表示第i次扫描得到的第一热电偶测量的炉膛实际温度，Tbi表示第i次扫描得到的第二热电偶测量的炉膛实际温度。
[0014] 在步骤(5)中，可按照下面的等式进行平均处理：
[0015]
[0016] 其中，TU为计算得到的加热段上区的炉膛温度。
[0017] 在步骤(6)中，可按照下面的等式进行加权处理：
[0018] TL1＝η×Tci+(1-η)×Tdi，
[0019] 其中，1≤i≤n，Tci表示第i次扫描得到的第三热电偶测量的炉膛实际温度，Tdi表示第i次扫描得到的第四热电偶测量的炉膛实际温度。
[0020] 在步骤(7)中，可按照下面的等式进行平均处理：
[0021]
[0022] 其中，TL为计算得到的加热段下区的炉膛温度。
[0023] 优选地，10≤n≤90，扫描频率可为1至10秒一次。
附图说明
[0024] 通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，本发明的这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
[0025] 图1是根据本发明的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法的流程图；
[0026] 图2是根据本发明的步进梁式炉的内部构造图；
[0027] 图3是根据本发明的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法的实施逻辑图。
具体实施方式
[0028] 以下，参照附图来详细描述本发明的实施例。
[0029] 图1是根据本发明的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法的流程图，图2是根据本发明的步进梁式炉的内部构造图，图3是根据本发明的步进梁式炉加热低温钢的过程温度检测处理方法的实施逻辑图。
[0030] 参照图1，在步骤101，将加热低温钢时步进梁式炉的加热段分为上区和下区，在上区左右两侧分别布置第一热电偶21和第二热电偶22，在下区左右两侧分别布置第三热电偶23和第四热电偶24，如图2所示。另外，在图2中，标号20表示步进梁式炉，标号25表示步进梁，标号26表示在步进梁式炉中被加热处理的坯料(诸如板坯、方坯、型材等)。
[0031] 通常，通过热电偶检测的加热段的炉膛温度，而加热段的高温气流和低温气流也可从侧面反映热电偶检测的温度。如果气流没有充满炉膛，则可能出现当高温气流和低温气流经过热电偶时检测的温度忽高忽低的情形。为了减小测量误差并提高检测精度，在步骤102，根据加热段的实际供热量与最大供热量之比，确定加热段的高温气流与低温气流的高低温度权重。一般地，实际供热量指的是当前流量下供入燃烧介质(煤气或重油等)燃烧后释放的热量，最大供热量指的是在最大流量下供入燃烧介质(煤气或重油等)燃烧后释放的热量。实际供热量也称为当前热负荷量，最大供热量也称为最大热负荷量或设计热负荷量。
[0032] 具体地，按照下面的等式(1)计算加热段的高低温度权重η：
[0033]
[0034] 其中，δ为加热段的实际供热量(当前热负荷量)，ω为加热段的最大供热量(最大热负荷量)。
[0035] 在步骤103，第一热电偶21、第二热电偶22、第三热电偶23和第四热电偶24按照预定时间间隔测量炉膛实际温度。
[0036] 参照图3，可通过相应的变送器将各个电偶测量的炉膛实际温度存储在可编程逻辑控制器(PLC)的内存地址中。
[0037] 在步骤104，从第一热电偶21测量的炉膛实际温度中采集预定数量n的炉膛实际温度Ta1、Ta2、......、Tai、......、Tan，并且从第二热电偶22测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度Tb1、Tb2、......、Tbi、......、Tbn，其中，i为整数，且1≤i≤n，并使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛上区的实际温度进行加权处理。
[0038] 考虑处理时间以及计算量，优选地，10≤n≤90。
[0039] 可按照预定时间间隔读取第一热电偶21和第二热电偶22测量的温度值。参照图3，过程自动化系统可通过用于过程控制的对象链接和嵌入(object linking and embedding for process control，OPC)协议从PLC的内存地址读取各个电偶测量的炉膛实际温度。优选地，过程自动化系统可按照预定频率扫描可编程逻辑控制器的内存地址，直到获得第一热电偶21测量的n个炉膛实际温度以及第二热电偶22测量的n个炉膛实际温度。每次扫描可获得第一热电偶21测量的炉膛实际温度以及第二热电偶22测量的炉膛实际温度。扫描频率可以是1至10秒一次。
[0040] 具体地，可按照下面的等式(2)进行加权处理：
[0041] TUi＝η×Tai+(1-η)×Tbi (2)
[0042] 其中，1≤i≤n，Tai表示第i次扫描得到的第一热电偶21测量的炉膛实际温度，Tbi表示第i次扫描得到的第二热电偶22测量的炉膛实际温度。Tui为加权处理得到的数据。
[0043] 此外，当η＜0.5时，Tai＜Tbi；当η＞0.5时，Tai＞Tbi。
[0044] 在步骤105，将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段上区的炉膛温度。
[0045] 具体地，可按照下面的等式(3)进行平均处理：
[0046]
[0047] 其中，TU为计算得到的加热段上区的炉膛温度。
[0048] 可按照与步骤104和步骤105相同的方式，得到加热段下区的炉膛温度TL。
[0049] 具体地，在步骤106，从第三热电偶23测量的炉膛实际温度中采集预定数量n的炉膛实际温度Tc1、Tc2、......、Tci、......、Tcn，并且从第四热电偶24测量的炉膛实际温度中采集相同预定数量n的炉膛实际温度Td1、Td2、......、Tdi、......、Tdn，其中，i为整数，且1≤i≤n，并使用加热段的高低温度权重对采集的炉膛下区的实际温度进行加权处理。
[0050] 类似地，可按照下面的等式(4)进行加权处理：
[0051] TLi＝η×Tci+(1-η)×Tdi (4)
[0052] 其中，1≤i≤n，Tci表示第i次扫描得到的第三热电偶23测量的炉膛实际温度，Tdi表示第i次扫描得到的第四热电偶24测量的炉膛实际温度。TLi为加权处理得到的数据。
[0053] 此外，当η＜0.5时，Tci＜Tdi；当η＞0.5时，Tci＞Tdi。
[0054] 在步骤107，将加权处理得到的数据进行平均处理，得到加热段下区的炉膛温度。
[0055] 具体地，可按照下面的等式(5)进行平均处理：
[0056]
[0057] 其中，TL为计算得到的加热段下区的炉膛温度。
[0058] 得到加热段上区的炉膛温度以及加热段下区的炉膛温度可供燃烧模型进行钢温计算和温度决策。
[0059] 过程自动化系统内可设置用于记录加权处理得到的数据的数组a[n-1]，以保存每次加权处理后的TUi。即，TU1保存在a[0]中，TU2保存在a[1]中，.......，TUn保存在a[n-1]中。因此，等式(3)可变形为：
[0060]
[0061] 类似地，过程自动化系统内可设置用于记录加权处理得到的数据的数组b[n-1]，以保存每次加权处理后的TLi。即，TL1保存在b[0]中，TL2保存在b[1]中，.......，TLn保存在b[n-1]中。因此，等式(5)可变形为：
[0062]
[0063] 另外，参照图3，步进梁式炉可包括多个加热段，每个加热段分为上区和下区，在上区左右两侧分别布置热电偶，在下区左右两侧分别布置热电偶。因此，为每个加热段设置4个热电偶，步进梁式炉中的所有热电偶的数量是加热段的数量的4倍。因此，可以测量并得到步进梁式炉的各个加热段的上区和下区的炉膛温度。
[0064] 下面结合一个具体实施例对本发明做进一步说明。
[0065] 使用步进梁式炉加热低温钢，加热段的实际供热量为最大供热量(最大热负荷量)的40％，即，η＝0.4。为了简化数据处理量，本实施例针对第三热电偶23和第四热电偶24测量的加热段下区的炉膛温度取10组数据进行分析。通过变送器将第三热电偶23和第四热电偶24测量的加热段下区的炉膛温度数据发送到PLC的内存地址，过程自动化系统的扫描频率设定为2秒一次，从PLC的内存地址采集数据10次。
[0066] 10次采集加热段下区的炉膛温度数据如下表所列：
[0067] 表1：第三热电偶和第四热电偶测量的加热段下区的炉膛温度数据
[0068]第三热电偶测量值Tci(℃) 第四热电偶测量值Tdi(℃)
555 569
562 572
565 573
557 573
563 574
566 573
562 572
551 573
548 571
567 575
555 569
555 569
562 572
565 573
557 573
563 574
566 573
562 572
551 573
548 571
567 575
555 569
[0069] 根据等式TLi＝η×Tci+(1-η)×Tdi进行加权处理，将加权处理结果保存在数组b[0]-b[9]中。
[0070] 例如，TL1＝0.4×555+(1-0.4)×569＝563.4。对其它数据进行相同的加权处理，得到的加权处理数据下面的表2所示：
[0071] 表2：加权处理数据
[0072]Tci Tdi TLi b[i]
i
0 555 569 563.4 b[0]
1 562 572 566 b[1]
2 565 573 568.2 b[2]
3 557 573 563.4 b[3]
4 563 574 567.4 b[4]
5 566 573 568.8 b[5]
6 562 572 566 b[6]
7 551 573 559.8 b[7]
8 548 571 557.2 b[8]
9 567 575 570.2 b[9]
i
0 555 569 563.4 b[0]
1 562 572 566 b[1]
2 565 573 568.2 b[2]
3 557 573 563.4 b[3]
4 563 574 567.4 b[4]
5 566 573 568.8 b[5]
6 562 572 566 b[6]
7 551 573 559.8 b[7]
8 548 571 557.2 b[8]
9 567 575 570.2 b[9]
[0073] 创建采集记录变量n，当n＝10时，对10组温度数据进行平均处理，得到该加热段下区的炉膛温度(过程温度)。
[0074] 根据公式(4)计算当前采集周期内的该加热段下区的过程温度为：
[0075]
[0076]
[0077]
[0078] 根据本发明，可使用各个加热段的实际供热量与最大供热量之比，动态地确定各个加热段的高低温度权重，然后采用加权平均的方式处理热电偶在一段时间内测量的炉膛温度，可保证燃烧控制模型使用过程温度的准确性，避免过程温度测量的失真，从而保证了燃烧控制模型所预报的钢坯温度的精度和炉温决策控制。
[0079] 通过采用本发明，经试验测试，可将低温钢出炉目标温度合格率提升23％，将低温钢卷综合合格率提升5.6％，减少了轧废损失，提升了作业效率。
[0080] 虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。