一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法，主要包括如下步驟：加熱爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和確定最優(yōu)爐溫分布狀態(tài)并建立鋼胚溫度預(yù)報(bào)模型。本發(fā)明的有益效果是：加熱爐是一類存在著時(shí)變、滯后、多變量、分布式參數(shù)、耦合等特點(diǎn)的復(fù)雜的工業(yè)控制對(duì)象，其目標(biāo)是生產(chǎn)出滿足軋鋼機(jī)軋制要求的鋼坯，主要的約束條件是鋼坯的表而溫度及滿足溫差滿足相軋鋼機(jī)的生產(chǎn)條件，對(duì)加熱爐進(jìn)行控制的方法是通過控制加熱爐各段爐溫來實(shí)現(xiàn)鋼坯的溫度分布要求；建立了鋼胚溫度預(yù)報(bào)模型，對(duì)加熱爐加熱溫度進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步降低了加熱爐的能耗，提高了加熱爐加熱鋼胚的效率。
【專利說明】一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可有效減少能耗，提高加熱爐加熱 效率的一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)過程越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越龐大以及原材料的短缺和能源危機(jī) 的影響，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。相應(yīng)的人們對(duì)于如何最大程度地捉高生產(chǎn)效率，提商產(chǎn)品 的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的要求也是越來越高，因此對(duì)于整個(gè)工業(yè)過程控制提出了很高的要 求。
[0003] 鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，其中僅加熱爐的能耗就占到了鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)總能耗 的四分之一，提高加熱爐的加熱效率，降低能耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能降耗有著重要 的意義，因此，對(duì)鋼胚加熱爐的優(yōu)化控制在國(guó)內(nèi)外都得到了重視。同時(shí)，隨著現(xiàn)代化軋機(jī)向 著連續(xù)、大型、高速、高精度和多品種方向發(fā)展，對(duì)鋼坯的加熱質(zhì)量提出了越來越高的要求。
[0004] 軋鋼生產(chǎn)企業(yè)中的能量消耗主要分為兩部分：鋼坯在加熱爐中加熱時(shí)的能量消耗 和軋制工序的能量消耗。鋼坯出爐溫度的分布情況要綜合考慮加熱能耗和軋制能耗，并且 隨著軋制溫度的降低，乳制能耗會(huì)有所增加，而加熱能耗則會(huì)顯著降低，二者存在著一定的 比例關(guān)系。生產(chǎn)實(shí)際表明，如果由于降低鋼坯出爐溫度而使得軋機(jī)能耗增加百分之一，則加 熱爐的能耗會(huì)相應(yīng)地降低百分之十，所以低溫軋制工藝在鋼坯生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 因此，提高加熱爐的加熱效率、降低加熱能耗，對(duì)整個(gè)鋼鐵工業(yè)降低生產(chǎn)成本和節(jié)能降耗是 很有意義的。如何在保證被加熱鋼坯能夠進(jìn)行有效軋制的前提下，最大限度地降低加熱能 耗，已經(jīng)成為冶金工業(yè)控制技術(shù)研宄的重要方向。
[0005] 加熱爐控制的主要目標(biāo)之一是爐溫的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)最佳決策，其依據(jù)是鋼胚產(chǎn)生的要 求和鋼坯的溫度分布情況，由于在實(shí)際的生產(chǎn)過程中還無法實(shí)現(xiàn)鋼坯溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量，所 以建立能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)鋼坯在加熱爐被加熱過程中的溫度分布顯得很重要了。以往研宄者的 工作重點(diǎn)大多集中在尋找鋼坯升溫過程的多元回歸模型，對(duì)于利用機(jī)理模型來計(jì)算鋼坯溫 度的升溫狀況也大多選用一維熱傳導(dǎo)方程，而在利用狀態(tài)空間方法計(jì)算加熱爐內(nèi)的鋼坯溫 度分布時(shí)，多數(shù)模型都把鋼坯的熱物性參數(shù)設(shè)為定值，且邊界條件被近似為熱吸收率系數(shù) 的函數(shù)，在工況變化較大時(shí)需要通過實(shí)驗(yàn)重新確定邊界條件。
[0006] 在加熱爐爐溫優(yōu)化控制中，加熱爐的優(yōu)化控制指標(biāo)應(yīng)與生產(chǎn)目標(biāo)一致，但實(shí)際生 產(chǎn)中，優(yōu)化指標(biāo)很難把生產(chǎn)目標(biāo)全部包括進(jìn)來，因此在優(yōu)化控制過程中如何選取優(yōu)化栺標(biāo) 很關(guān)鍵，以往的研宄對(duì)這個(gè)課題沒能很好的體現(xiàn)。同時(shí)，目前對(duì)加熱爐進(jìn)行優(yōu)化控制的方法 大多集中于加熱爐本身，而并沒有把加熱爐和軋鋼機(jī)作為一個(gè)有機(jī)的整體進(jìn)行考慮，這就 造成優(yōu)化控制策略常表現(xiàn)為局部最優(yōu)。對(duì)加熱爐進(jìn)行以節(jié)能降耗為目標(biāo)的優(yōu)化控制研宄， 應(yīng)該在考慮加熱爐最優(yōu)控制的同時(shí)，兼顧軋制工序的順利生產(chǎn)和節(jié)能降耗。目前這一想法 的實(shí)現(xiàn)還存在一定的困難。主要是由加熱爐綜合優(yōu)化控制的復(fù)雜性所造成的。首先很多因 素都會(huì)對(duì)加熱爐的正常運(yùn)行工況產(chǎn)生影響，比如產(chǎn)量波動(dòng)、加熱鋼坯種類的變化、乳制節(jié)奏 的變化等。另一方面，乳制機(jī)組生產(chǎn)過程的控制技術(shù)所要解決的問題主要集中在提高軋制 成品的質(zhì)量和提高軋制生產(chǎn)效率上面，乳鋼過程與加熱爐生產(chǎn)過程還是比較獨(dú)立的，因此， 如何對(duì)加熱爐進(jìn)行基于軋制生產(chǎn)信息反饋的綜合優(yōu)化控制，是一個(gè)有待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的是提供一種可有效提高加熱爐效率、降低加熱爐能耗的一種步進(jìn)式加 熱爐及其使用方法。
[0008] 本發(fā)明為解決上述問題由如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法，主要包括如下步驟：
[0010] ⑴加熱爐的優(yōu)化：
[0011] 將加熱爐劃分為預(yù)熱段、一號(hào)加熱段、二號(hào)加熱段和勻熱段，加熱爐頂部設(shè)有兩塊 隔熱墻，加熱爐中間高度設(shè)有梁；
[0012] (2)確定最優(yōu)爐溫分布狀態(tài)并建立鋼胚溫度預(yù)報(bào)模型：
[0013] 假設(shè)鋼坯的熱物性參數(shù)為定值，并且無內(nèi)熱源，取鋼坯內(nèi)的一個(gè)微小原體， 令邊長(zhǎng)分別為dx、dy、dz，時(shí)間為dt，則在單位時(shí)間內(nèi)，沿X軸方向?qū)氲臒崃繛椋?br>
【權(quán)利要求】
1. 一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法，其特征在于：主要包括如下步驟： (1) 加熱爐的優(yōu)化： 將加熱爐劃分為預(yù)熱段、一號(hào)加熱段、二號(hào)加熱段和勻熱段，加熱爐頂部設(shè)有兩塊隔熱 墻，加熱爐中間高度設(shè)有梁； (2) 確定最優(yōu)爐溫分布狀態(tài)并建立鋼胚溫度預(yù)報(bào)模型： 假設(shè)鋼坯的熱物性參數(shù)為定值，并且無內(nèi)熱源，取鋼坯內(nèi)的一個(gè)微小原體，令 邊長(zhǎng)分別為dx、dy、dz，時(shí)間為dt，則在單位時(shí)間內(nèi)，沿X軸方向?qū)氲臒崃繛椋?br> 上面各式中A為導(dǎo)熱系數(shù)， 根據(jù)工藝分析，實(shí)際爐溫分布可以用沿著爐長(zhǎng)方向下凹曲線形如Tp (S) =C^d1Wd2S2 的形式來描述爐溫的分布，C^dpd2為爐溫分布函數(shù)的系數(shù)，S為距離加熱爐入口處的距離； 所以，如果能夠求得爐溫分布函數(shù)的系數(shù)屯、屯、d 2就可以確定最優(yōu)的爐溫分布曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種步進(jìn)式加熱爐及其使用方法，其特征在于：步驟（1)所 述加熱爐的使用具體步驟如下： 鋼坯進(jìn)入加熱爐之后，要通過預(yù)熱段進(jìn)行充分的預(yù)熱，從而提高燃料的利用率，鋼坯在 加熱初期會(huì)因溫差過大而產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此要求控制溫升速度，然后進(jìn)入加熱段進(jìn)行強(qiáng)化 加熱使得鋼坯的平均溫度達(dá)到軋制要求，最后進(jìn)入均熱段進(jìn)行均熱，使鋼坯內(nèi)外溫度趨于 一致； 加熱爐的步進(jìn)梁仲到鋼坯底部的輥道之間，步進(jìn)梁上升，將鋼坯抬起一定高度，前進(jìn)一 段距離后停止，下降將鋼坯放到固定梁上，步進(jìn)梁繼續(xù)下降脫離鋼坯，到位后再后退回到下 一原位，然后重復(fù)上述動(dòng)作，如此循環(huán)往復(fù)，使得鋼坯步進(jìn)式地前進(jìn)，循環(huán)經(jīng)過加熱爐的各 段，最后把加熱好的鋼坯送到出鋼端的出鋼懸臂輥道上，然后由該組輥道將其運(yùn)送出爐，經(jīng) 過高壓水除磷后傳送到軋機(jī)進(jìn)行軋制； 其中，預(yù)熱段的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可以充分利用煙氣來預(yù)熱裝爐鋼坯，鋼坯經(jīng)過預(yù)熱段后進(jìn)入 加熱段，加熱段是加熱爐中最重要的部分，鋼坯在加熱段被加熱的程度決定了鋼坯是否能 被燒透，是否能夠在加熱爐的出口實(shí)現(xiàn)鋼坯溫度理想分布，均熱段主要是將鋼坯均勻加熱 到規(guī)定的出鋼溫度，若均熱段溫度過高，將出現(xiàn)鋼體打滑現(xiàn)象，溫度過低，則無法出鋼，鋼坯 在加熱爐中的加熱過程中，同高溫爐氣、爐墻之間進(jìn)行熱量的交換，從而達(dá)到升溫的目的。
【文檔編號(hào)】C21D11/00GK104498702SQ201410453868
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】周玉杰, 鄭軍 申請(qǐng)人:周玉杰