加热炉燃料量决策系统及其决策方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102994732A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102994732A(43)申请公布日2013.03.27(21)申请号201210508486.0(22)申请日2012.11.30(71)申请人中冶南方（武汉）威仕工业炉有限公司地址430223湖北省武汉市东湖新技术开发区大学园路33号(72)发明人段广东李继钊周末郑剑辉(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人王超(51)Int.Cl.C21D9/70(2006.01)权利要求书权利要求书4页4页说明书说明书1212页页附图附图11页(54)发明名称加热炉燃料量决策系统及其决策方法(57)摘要本发明涉及加热炉优化控制技术领域，特别涉及加热炉燃料量的决策方法。一种基于钢坯优化加热曲线的加热炉燃料量决策方法，其主要包括：优化加热曲线生成模块、控制方程求解模块、钢坯位置跟踪模块及燃料量决策模块。其特征在于，首先通过优化加热曲线生成模块离线或者在线计算生钢坯的优化加热曲线，然后基于该优化加热曲线进行燃料量决策，将二级核心数学模型决策的燃料量直接下发至执行机构，避开了以往一级控制系统通过二级控制系统下发的决策炉温与加热炉内热电偶检测炉温的偏差不断调节燃料量的“收敛”过程，利于实现加热炉节能降耗及最优控制。CN1029473ACN102994732A权利要求书1/4页1.加热炉燃料量决策系统，其特征在于包括：计算参数初始化模块，用于对决策计算参数的初始化；优化加热曲线生成模块，用于对每块钢坯计算生成其优化加热曲线；控制方程求解模块，用于计算获得钢坯平均温度及表面温度；钢坯位置跟踪模块，用于预报钢坯当前位置；燃料量决策模块，用于计算获得燃料量决策值；上述各模块依次相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制方程求解模块包括：能量平衡方程及炉墙导热方程求解子模块，用于获得炉气温度场及炉墙温度场；钢坯导热方程求解子模块，用于获得钢坯温度场；这两个子模块依次相连。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：钢坯位置跟踪模块和燃料量决策模块之间还依次接有目标钢温计算模块和燃料量决策系数计算模块，目标钢温计算模块用于计算相应的钢坯目标平均温度和表面温度，燃料量决策系数计算模块用于计算燃料量决策值所需要的决策系数。4.加热炉燃料量决策方法，其特征在于依次包括以下步骤：S1）通过计算参数初始化模块对钢坯信息和加热炉信息进行初始化，并将计时器初始化为零；S2）调用优化加热曲线生成模块，对每块钢坯计算生成其优化加热曲线，即计算生成包含M个元素的钢坯位置数组POS[M]，及与其对应的包含M×N个元素的钢坯节点温度数组TEMP[M,N]；M为按加热炉炉长方向划分的位置数目，N为钢坯厚度方向的节点数目；S3）调用控制方程求解模块，根据当前燃料量Qfuel得到新的炉内温度场及钢坯温度场；S4）调用钢坯位置跟踪模块，计算钢坯当前位置POSNOW，然后利用优化加热曲线模块生成的钢坯优化加热曲线计算钢坯当前位置所对应的目标平均温度tave，aim及目标表面温度tsuf，aim；S5）令燃料量Qfuel＝Qfuel+ζ，ζ为一个大于零的小量，控制方程求解模块按照步骤S3相同的计算方法获得燃料量为Qfuel+ζ时的炉内温度场及钢坯温度场；S6）调用燃料量决策模块，根据步骤S3、S4、S5计算获得的数据计算获得本决策周期的燃料量决策值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤S1的钢坯信息包括钢坯几何尺寸、钢种及其物性参数和上一燃料量决策周期记录的钢坯温度场，加热炉信息包括热电偶检测的加热炉当前炉温、仪表监测的燃料及空气量、炉墙厚度及其物性参数、加热炉出钢节奏、上一燃料量决策周期记录的炉内温度场。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2生成优化加热曲线的方法为：对每块钢坯计算生成其优化加热曲线，即以钢坯在加热炉内加热至目标温度所需的最小燃料消耗量为目标函数，仿真计算钢坯在加热炉内的运动及加热升温过程获得，所述目标函数为，在加热炉加热过程中，钢坯表面温升对钢坯在加热炉内加热时间的积分，其计算式如下：式中，t1、t2分别为钢坯入炉时间与出炉时间，Tsurf(t)为加热过程中钢坯表面温度随时间的变化函数，J表示燃料消耗量大小，即所述目标函数的值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：设当前为第k个控制2CN102994732A权利要求书2/4页周期，能量平衡方程及炉墙导热方程求解子模块根据燃料量Qfuel及热电偶检测的各炉段炉温求解能量平衡方程和炉墙导热方程，获得本次燃料量决策周期的炉气温度场及炉墙温度场；能量平衡方程为：Qcombustion+Qair+Qfuel，in+Qgas+Qconvec+Qradi