一种基于全视场测温仪进行板坯全长温度自动调节的控制方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种用于加热炉温度的自动控制方法。

背景技术

热轧板坯的全长均匀性，是评价加热炉运行的最重要的质量指标，同时又是影响热轧带钢组织性能的关键因素之一。

但传统的燃烧控制由于无法在线实时获取钢坯表面温度分布这项关键参数，只能以炉内热电偶测量得到的炉膛温度为参考量(并非被加热的钢坯温度)，通过加热炉的控制计算机进行模拟的计算。

因此对板坯的温度控制，尤其是板坯全长方向上的温度控制，真实的温度分布与实际情况存在一定的偏差。同时对于控制来讲，操作人员只有通过板坯出炉经粗轧轧制完成后的中间坯的全长温度曲线来判断炉内板坯的全长均匀性，因此存在严重的滞后性，不利于进行预判调节。

经检索，与板坯全长温度自动调节的控制相关的专利主要有：

授权公告日为2021年8月17日，授权公告号为CN110617903B的中国发明专利，其公开了“一种热轧加热炉板坯表面温度检测方法”，其通过在出料侧安装双一种热轧加热炉板坯表面温度检测方法光路高温摄像机，通过角度调整对板坯全长温度进行测量，获得板坯表面的准确数据；通过激光检测器、加热炉模型控制系统、温度测量系统的信息交换，确认出炉前板坯表面温度并进行数据存档，从而能够准确测量板坯表面温度，提高板坯表面加热质量，降低后工序质量控制风险。该技术方案采用的方法测温是在出炉后，不能在炉内就进行控制，且没有控制板坯长度方向温度的功能。

申请公布日为2020年12月1日，申请公布号公告号为CN112013690 A的中国发明专利申请，其公开了“一种热轧加热炉入炉板坯综合控制方法”，其包括步骤：S1、对板坯重量相关数据进行校验；S2、对板坯实测温度数据进行校验；S3、对板坯长度相关数据进行校验；S4、对板坯宽度相关数据进行校验。该方案不仅能有效提高热轧加热炉入炉板坯的精度和合理性，保证入炉板坯信息的准确性，还能对后续轧线生产控制起到一定作用，充分保证每一块入炉板坯的合理性，具有较大的使用价值。该技术方案主要测量的是板坯的入炉温度分布，同样不具备控制板坯长度方向温度的功能。

申请公布日为2020年12月1日，申请公布号为CN 112013690 A的中国发明专利申请，其公开了“一种对热轧加热炉板坯温度的确定方法”，其包括以下步骤：S1、对板坯重量相关数据进行校验；S2、对板坯实测温度数据进行校验；S3、对板坯长度相关数据进行校验；S4、对板坯宽度相关数据进行校验。该方案不仅能有效提高热轧加热炉入炉板坯的精度和合理性，保证入炉板坯信息的准确性，还能对后续轧线生产控制起到一定作用，充分保证每一块入炉板坯的合理性，具有较大的使用价值。该技术方案主要加热模型的计算，不能实测炉内板坯温度，同样不具备控制板坯长度方向温度的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于全视场测温仪进行板坯全长温度自动调节的控制方法。其利用炉内全视场测温仪，测得板坯在进入均热段段前的全长温度分布，并将相关数据上传至L2，L2自动检索该板坯的全长温度控制规范，通过和全视场测温仪测的当前全长温度进行比较，结合当前抽钢节奏，进行均热段上部左、中、右三个控制区(对应于板坯的头、中、尾)的温度设定，从而达到自动控制板坯头、中、尾温度的目的，进而实现板坯全长方向温度炉内的自动控制功能。

本发明的技术方案是：提供一种基于全视场测温仪进行板坯全长温度自动调节的控制方法，包括通过对板坯的温度检测，对加热炉的温度进行控制和调节，其特征是：

1)设置至少一套炉内全视场测温仪，用于获取加热炉内工况实时视频图像及被加热板坯红外辐射图谱，实现板坯温度监测；

2)对炉内全视场测温仪采集的数字图像信号进行数据的分析、处理，对加热板坯的可视表面辐射频谱进行分析，计算出板坯的全长表面温度，准确得到的板坯表面温度实时分布情况；并将数据上传至加热炉的L2；

3)按照下列步骤进行板坯的全长方向温度控制：

S1：板坯进入加热炉，L2根据当前出钢记号、板坯合同号以及是否投用热卷箱索引项进行板坯长度方向温度控制原则自动索引，取得板坯头部温差控制目标值M1，尾部温差控制目标值M2；

S2：板坯进入均热段后，炉内全视场测温仪将板坯全长温度分布数据上传至加热炉的L2；

S3：L2对上传的实测板坯全长温度数据进行分析和处理，分析和处理的具体步骤至少包括：

a)对板坯的全长温度检测值进行分析，去除异常点；

b)根据板坯全长测温点数，靠近板坯侧1/3的点数取均值作为板坯尾部温度t2，靠近轧线侧1/3的点数取均值作为板坯头部温度均值t1，其余点数取均值作为板坯中部温度均值t0，其中的t0作为判定板坯长度方向温度的基准值，取△t1＝t1-t0，作为头部温差控制实绩；取△t2＝t2-t0，作为尾部温差控制实绩；

S4：结合板坯长度方向温度实测值和工艺控制要求，L2下发关于均热段上部左、中、右三段的温度设定值给L1；

S5：L1周期采集当前均热段上部炉气的温度数据，并上传至L2；

S6：L2结合当前板坯计算温度、炉气温度、以及当前轧制节奏下预测的剩余在炉时间，计算下一模型计算周期的板坯头、中、尾温度预测值，分别为头部温度预测值T1，中部温度预测值T2，尾部温度预测值T3。取△T1＝T1-T0，为头部温差预测值，取△T 2＝T2-T0，作为尾部温差预测绩；

S7：L2计算预测值和工艺要求值的偏差△t；并判断均热段上部左、中、右三段的炉气温度是否满足板坯头、中、尾温度控制需要；

如果炉气温度满足板坯头、中、尾温度控制需要，则判断当前炉气温度正常，下发正常的炉温周期计算设定值给L1，不进行头、中、尾温度修正；

如果炉气温度不满足板坯头、中、尾温度控制需要，则判断当前炉气温度不正常，在炉温周期计算设定值的基础上下发修正值给L1；

S8：L2下发均热段上部左、中、右温度设定值给L1；

S9：L1根据L2下发的炉温设定，下发均热段上部烧嘴煤气流量设定；

S10：当新的L2计算周期开始后，L2重复步骤S4～S9。

本发明所述基于全视场测温仪进行板坯全长温度自动调节的控制方法，利用炉内全视场测温仪，测得板坯在进入均热段段前的全长温度分布，并将相关数据上传至L2，L2自动检索该板坯的全长温度控制规范，通过与全视场测温仪测的当前全长温度进行比较，结合当前抽钢节奏，进行均热段上部左、中、右三个控制区的温度设定，从而达到自动控制板坯头、中、尾温度的目的，进而实现板坯全长方向温度炉内的自动控制功能。

具体的，所述的全视场测温仪至少包括高温监测探头、气动推进器和炉壁连接体，所述的高温监测探头固定在气动推进器上，所述的气动推进器固定在炉壁连接体上，所述的炉壁连接体固定安装在炉体侧墙上；

所述的高温监测探头与电气控制柜电路连接，所述的气动推进器与气源控制柜气路连接和/或电路连接；

所述高温监测探头的输出信号，被输送至计算机图像信息分析系统，获取加热炉内加热板坯工况的实时视频图像及红外辐射图谱，自动实现加热工件的图像识别、温度测量及温度场分布分析。

进一步的，在加热炉的进口处和出口处，各设置一套全视场测温仪，对加热炉内加热板坯的可视表面辐射频谱进行采集和检测。

具体的，在对板坯的全长温度检测值进行分析时，对于温度检测值小于850度或者大于1250度的温度检测值，判定是异常点，进行去除。

进一步的，所述板坯的全长方向温度控制，通过板坯的头、中、尾三段温度进行控制，以板坯中部温度均值t0为基准，取板坯头部温度为t1，取板坯尾部温度为t2。

具体的，所述的加热炉在均热段上部设置有8列40个烧嘴，分为左、中、右三段独立控制；其中左侧段控制10个烧嘴，对应板坯的尾部温度控制，中间段控制20个烧嘴，对应板坯中部温度控制，右侧段控制10个烧嘴，对应板坯的头部温度控制。

进一步的，所述预测值和工艺要求值的偏差△t的调整方法，根据如下规则确定：

1)若预测值和工艺要求目标值的偏差△t的绝对值|△t|<10℃，则相应段炉温修正值为0，L2下发正常周期计算炉温设定值；

2)若预测值和工艺要求目标值的偏差△t的绝对值|△t|>10℃，则下一周期计算炉温设定值＝正常周期计算炉温设定值-△t。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明采用在线实时获取板坯(亦称钢坯)表面温度分布，通过对板坯全长温度的检测和针对板坯全长温度的温度控制，可实现板坯全长方向上的温度控制功能，提高板坯全长温度控制的均匀性；

2.采用本发明的技术方案后，可以实现板坯长度方向上的自动调整，较之前完全依靠模型计算和粗轧RT2温度反馈手动控制的情况，精度得到了较大幅度的提升；

3.通过测量进入加热炉前的板坯全长温度，能够有针对性的实现在加热炉中板坯全长方向上的温度控制，由过去的“事后控制”模式，改进为“实时”控制模式，随时调节，在控制效果上不存在“滞后”性，便于进行预判调节，有助于提高炉内板坯的全长均匀性。

附图说明

图1是本发明硬件系统构成模块示意图；

图2是均热段上部燃烧控制示意图；

图3是本发明的控制方法流程示意图。

图中，1为高温监测探头，2为气动推进器，3为炉壁连接体，4为电气控制柜，5为气源控制柜，6为计算机图像信息分析系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

板坯长度方向的温度分布是反应加热质量的重要参数，而且不同的品种钢有不同的控制需求，必须根据各类钢种的特性，在加热过程设定合理头中、尾、温度控制参数。

1、相关设备说明：

本发明所采用的基于全视场测温仪进行板坯全长温度自动调节的控制方法，能够根据实际测量出板坯进入均热段前的全长温度分布情况，与以往纯粹依靠加热模型进行的方法相比，准确性得以大幅提高。

本发明的实现，需要依靠已有的一级控制计算机(现场控制计算机，简称L1)、二级控制计算机(加热炉温度控制计算机，简称L2)和全视场测温仪。

第一步需要安装全视场测温仪，主要相关设备介绍如下：

全视场测温系统的硬件系统构成主要由六大模块组成，如图1中所示，分别为：

高温监测探头1，气动推进器2，炉壁连接体3，电气控制柜4，气源控制柜5以及计算机图像信息分析系统6。

其中，高温监测探头1(简称探头)固定在气动推进器2上，气动推进器(亦称传动机构)固定在炉壁连接体3上，炉壁连接体通过角钢直接固定安装在炉体侧墙(图中未示出)上。

正常状态时，传动机构将探头送入炉膛，获取加热炉内工况实时视频图像及被加热板坯红外辐射图谱，实现板坯温度监测。

当加热炉出现“停气”、“停电”等异常时，传动机构将探头退出炉膛，以防探头被炉内高温烧损。

全视场测温系统采用气冷保护方式，高温监测探头通过炉壁连接体直接固定安装在炉体侧墙，获取加热炉内加热工件工况的实时视频图像及红外辐射图谱，自动实现加热工件的图像识别、温度测量及温度场分布分析。

计算机图像信息分析系统6设置在加热炉的L2中。

全视场测温系统的布置方式如下：

在某单元1#加热炉的加热段出口、均热段进口处安装一套探头对炉内板坯(亦称钢坯)进行检测。

全视场测温仪(即前述的高温监测探头)采集的数字图像信号经数据接口，送入L1进行数据的分析、处理，对加热工件的可视表面辐射频谱进行分析，计算出板坯的全长表面温度，准确得到的板坯表面温度实时分布情况。并将数据上传至加热炉的L2。

在业内，加热炉控制系统中用于现场控制的现场计算机通常被简称为L1，用于工艺生产过程控制和记录的主控室计算机通常被简称为L2，这是本领域现场工作中的常规称谓，本领域的技术人员，均可毫无异义地得知其含义和功能，在此不再详述。

2、功能实现说明：

本发明技术方案中所述板坯的全长方向温度控制，通过板坯的头、中、尾三段温度进行控制。

以板坯中部温度均值t0为基准，取板坯头部温度为t1，取板坯尾部温度为t2。具体包括如下步序：

S1：板坯进入1#加热炉，L2根据当前出钢记号、板坯合同号、是否投用热卷箱等索引项进行板坯长度方向温度控制原则自动索引，取得板坯头部温差控制目标值M1，尾部温差控制目标值M2；

S2：板坯进入均热段后，全视场测温仪将板坯全长温度分布数据上传至加热炉的L2；

S3：L2对上传的实测板坯全长温度数据进行分析，具体步骤如下：

1)对板坯的全长温度检测值进行分析，去除异常点，检测值小于850或者大于1250认为是异常点，去除；

2)根据板坯全长测温点数，靠近板坯侧1/3的点数取均值作为板坯尾部温度t2，靠近轧线侧1/3点数取均值作为板坯头部温度均值t1，其余点数取均值作为板坯中部温度均值t0，t0也为判定板坯长度方向温度的基准值，△t1＝t1-t0，作为头部温差控制实绩；△t2＝t2-t0，作为尾部温差控制实绩；

S4：结合板坯长度方向温度实测值和工艺控制要求，L2下发L1关于均热段上部左、中、右三段的温度设定值；

S5：L1周期采集当前均热段上部炉气温度数据，并上传至L2；

S6：L2结合当前板坯计算温度、炉气温度、以及当前轧制节奏下预测的剩余在炉时间，计算下一模型计算周期的板坯头、中、尾温度预测值，分别为头部温度预测值T1，中部温度预测值T2，尾部温度预测值T3。△T1＝T1-T0，为头部温差预测值，△T 2＝T2-T0，作为尾部温差预测绩；

S7：L2计算预测值和工艺要求值的偏差△t。并判断均热段上部左、中、右三段的炉气温度是否满足板坯头、中、尾温度控制需要。如果符合则判断当前炉气温度正常，下发正常的炉温周期计算设定值给L1，不进行头、中、尾温度修正，反之则在炉温周期计算设定值的基础上下发修正值给L1；

S8：L2下发均热段上部左、中、右温度设定值给L1；

S9：L1根据L2下发的炉温设定，下发均热段上部烧嘴煤气流量设定；

S10：当新的L2计算周期开始后，L2重复步骤S4～S9。

具体的，在本发明的技术方案中，步骤S1中所述的1#加热炉，均热段上部设置有8列40个烧嘴，分为左、中、右三段独立控制，左侧段控制10个烧嘴，对应板坯的尾部温度控制，中间段控制20个烧嘴，对应板坯中部温度控制，右侧段控制10个烧嘴，对应板坯的头部温度控制。具体可参见图2中所示的均热段上部燃烧控制示意图。

进一步的，步骤S7中所述的预测值和工艺要求值的偏差△t的调整方法，根据如下确定：

在15801#加热炉安装全视场测温仪并采用上述方法后，目前可以实现板坯长度方向上的自动调整，较之前完全依靠模型计算和粗轧RT2温度反馈手动控制的情况，精度得到了较大幅度的提升。具体数据如下表：

采用本发明的技术方案后，“碳钢RT2±20℃精度命中率”指标有了明显的提高，说明加热炉的温度控制精度得到了较大幅度的提升。

本发明的技术方案，利用炉内全视场测温仪，测得板坯在进入均热段段前的全长温度分布，并将相关数据上传至L2，L2自动检索该板坯的全长温度控制规范，通过和全视场测温仪测的当前全长温度进行比较，结合当前抽钢节奏，进行均热段上部左、中、右三个控制区(对应于板坯的头、中、尾)的温度设定，从而达到自动控制板坯头、中、尾温度的目的，进而实现板坯全长方向温度炉内的自动控制功能。

本发明可广泛用于加热炉的温度工艺控制领域。