王孝敏

【摘要】 随着计算机网络技术的不断进步，过程控制系统在加热炉过程控制系统中的应用日渐广泛，本系统解决了人为凭经验控制钢坯温度，带来的加热质量问题，实现了透明加热炉。

【关键词】 温度场模型 加热炉 开发与应用

一、背景

对于钢铁企业来说，如何控制好钢坯在加热炉内加热过程中的表面温度和芯部温度是非常重要的，直接影响到后续的加工质量，如轧制工序等。加热质量是所有质量的源头，加热质量不好，如加热未烧透、加热不均匀、过烧等，不光会带来能耗的浪费，过多的烧损，更会直接导致后续轧制时轧制力过大，厚度不稳定，轧制泄压，麻面等等各种问题。因此，对于钢铁企业来说，将温度场模型融入日常生产管理中是很有必要的。以往生产中，由于各种因素，未采用温度场指导生产，对钢坯温度的监控主要是以L1的炉温值结合人的现场观测经验为主，存在不直观、工作量大、且效率过低的问题。人的经验起着决定性作用，有的班加热质量好，有的班加热质量不理想，总体加热质量不稳定。通过温度场模型的有效引入生产，很好的指导了生产的操作，稳定了加热质量，从源头上把控了生产的整体质量。

二、温度场模型的建立

2.1建立传热模型微分方程

导入微元体的总热流量 + 微元体内热源的生成热 = 导出微元体的总热流量 + 微元体热力学能（即内能）的增量

三、温度场模型的应用

1、系统体系结构。加热炉在线过程控制系统采用C/S体系结构，即控制软件系统分为前台和后台两个子系统，前台系统为客户端系统。后台系统为服务器端系统，由多个进程组成。前后台系统之间，后台系统的不同进程之间，通过数据库系统进行信息交互。

2、服务器端系统组成。服务器端系统有5个独立进程组成，钢坯加热流程跟踪系统（简称流程跟踪系统）、钢坯温度状态跟踪系统（简称钢温跟踪系统）、加热炉炉温优化设定系统（优化设定系统）、与三级系统通信系统（简称三级通信系统）、与轧钢系统通信系统（简称轧钢通信系统）。1）流程跟踪系统的基本任务。承担着加热炉生产过程工艺流程的跟踪任务，是过程控制系统的基础。该系统承上启下，收集过程信息，组织钢坯记录，发送生产指令，为其它子系统提供所需的各类过程服务。2）钢温跟踪系统的基本任务。在其它子系统的支持下，“钢温跟踪系统”使用温度场模型，跟踪钢坯温度状态的变化过程。3）优化设定系统的基本任务。在其它子系统的支持下，使用钢坯速度跟踪模型和温度场模型，预判钢坯烧透时间。同时，通过计算钢坯预期炉温的方式，确定当前最佳炉段温度。4）轧钢通信系统的基本任务。承担着整个加热炉过程控制系统与轧钢过程控制系统的信息交互任务。该任务由两部分组成：向轧钢控制系统发送钢坯出炉温度、从轧钢控制系统读取钢坯开轧温度。5）三级通信系统的基本任务。承担着整个系统与三级控制系统（又称MES）的信息交互任务。该任务由两部分组成：从MES获取钢坯计划信息、向MES发送MES需要的钢坯加热过程信息。

3、服务器端子系统设计。在后台系统中，属于应用系统范畴的子系统共有5个，分别是：钢坯加热流程跟踪系统、钢坯温度状态跟踪系统、轧钢通信系统、三级通信系统。由于每个子系统相对独立，彼此之间的信息交互均通过数据库系统实现，因此在设计上，每个子系统作为独立系统考虑。

四、实现效果

本系统自上线以来，稳定、高效、直观。提供了很好的人机界面，直观反映了炉内的钢坯实时状况。利用加热模型、速度模型、结合黑匣子数据及加热代码信息将钢坯所在位置的炉温转换为钢坯实时温度，计算目标出炉温度，指导炉温设定，控制加热节奏，同时将钢坯21层出炉温度发送给轧机二级，帮助轧机二级优化轧机模型。加热炉过程控制系统的投用，实现了加热炉的透明，直观反映了炉况，扭转了由于钢坯温度不可预知而造成的钢坯“烧不透”，“烧不匀”，“烧过头”的现象，指导了生产，从源头保证了钢板的质量。