全氫爐退火過程在線優(yōu)化控制及退火性能評估診斷策略研究.pdf

1、加快技術(shù)革新是實(shí)現(xiàn)我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種有效方式，針對全氫罩式退火爐退火模型計(jì)算和控制技術(shù)是制約我國罩式爐自行改造和擴(kuò)展的難題之一的現(xiàn)狀，同時(shí)為了提高生產(chǎn)運(yùn)行管理水平，本課題以全氫爐為對象進(jìn)行了系統(tǒng)地在線退火控制和退火評估診斷策略研究。
　　 本文首先全面、系統(tǒng)地對國內(nèi)外在罩式爐退火（退火工藝離線預(yù)測、退火過程在線優(yōu)化和退火過程評估診斷）研究方面所開展的各項(xiàng)工作進(jìn)行了綜述、分析和評價(jià)，從而為本學(xué)位研究工作奠定了基礎(chǔ)。并從以

2、下幾個(gè)方面開展了研究：
　　 基于傳熱過程分析，對鋼卷徑向等效導(dǎo)熱系數(shù)、表面對流換熱系數(shù)、輻射換熱系數(shù)、料室空間流動(dòng)特性和加熱室空間燃燒傳熱過程進(jìn)行了深入的模型化研究，建立了完整系統(tǒng)的全氫爐退火過程傳熱數(shù)學(xué)模型。結(jié)合退火工藝過程的分析，建立了全氫爐退火過程鋼卷溫度場模擬計(jì)算的邏輯體系。并結(jié)合對鋼卷導(dǎo)熱方程和邊界條件的離散求解，實(shí)現(xiàn)了鋼卷溫度場模擬計(jì)算的同時(shí)，獲取了全氫爐退火過程的工藝制度?，F(xiàn)場測試實(shí)驗(yàn)表明，本文所建立的全氫爐退火

3、工藝制度離線預(yù)測技術(shù)使加熱階段退火工藝與實(shí)際退火工藝誤差在±5%之內(nèi)，冷卻階段退火工藝與實(shí)際退火工藝誤差在±7%之內(nèi)，均控制在工業(yè)生產(chǎn)可接受范圍。
　　 針對實(shí)際退火過程中，由于燃料供應(yīng)品質(zhì)的波動(dòng)、設(shè)備性能的變化、設(shè)備故障和人為故障的發(fā)生等原因影響，所導(dǎo)致全氫爐退火過程往往偏離離線預(yù)測退火工藝曲線的現(xiàn)狀，為了提高全氫爐退火爐臺效率及確保退火后鋼卷產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，本文對全氫爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，基于鋼卷冷點(diǎn)溫度在線跟蹤方法，

4、提出了“自適應(yīng)優(yōu)化”和“自學(xué)習(xí)修正”兩部分策略，形成了一套全氫爐在線自適應(yīng)優(yōu)化控制策略。其中“自適應(yīng)優(yōu)化”策略是依據(jù)退火監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)優(yōu)化和調(diào)整退火工藝制度，具體包括“退火過程再現(xiàn)”和“退火過程優(yōu)化”兩部分?！白詫W(xué)習(xí)修正”策略則是根據(jù)已退火堆垛的運(yùn)行情況，通過對退火過程設(shè)備性能和工藝變化情況分析，實(shí)現(xiàn)模型的修正，進(jìn)而提高在線優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)果表明，全氫爐在線自適應(yīng)優(yōu)化控制策略的優(yōu)化結(jié)果與測試結(jié)果吻合較好，鋼卷熱點(diǎn)和冷點(diǎn)的模擬溫度與測量

5、溫度的偏差均在10℃之內(nèi)。退火后鋼卷的各項(xiàng)質(zhì)量性能均在質(zhì)量要求范圍內(nèi)。
　　 在實(shí)現(xiàn)退火過程優(yōu)化的基礎(chǔ)上，為了清晰地掌握全氫爐實(shí)時(shí)退火性能和控制水平，本文對退火工藝與退火性能之間的影響進(jìn)行了分析研究，并引入過程能力指數(shù)和過程性能指數(shù)，提出了一套全氫爐退火過程在線評估診斷策略。試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果表明，引入過程能力指數(shù)和過程性能指數(shù)，采用保溫溫度和鋼卷冷點(diǎn)溫度進(jìn)行退火狀態(tài)評估合理有效，同時(shí)以燃料供應(yīng)流量和助燃空氣流量、加熱室空間監(jiān)控溫度和

6、爐臺監(jiān)控溫度分別作為加熱初期、中期和后期三個(gè)階段的指數(shù)計(jì)算對象，可以有效實(shí)現(xiàn)退火過程性能評估。最終所診斷的故障信息與現(xiàn)場檢測故障所在基本吻合。這一研究提出了一個(gè)在線退火水平評估和故障診斷的全新思路。
　　 在所開展的全氫爐在線退火控制和診斷調(diào)節(jié)策略研究基礎(chǔ)上，本文還進(jìn)行了全氫爐退火核心軟件平臺的開發(fā)，具體包括全氫爐退火工藝制度離線預(yù)測平臺、全氫爐退火工藝制度在線自適應(yīng)優(yōu)化平臺和全氫爐在線退火評估及診斷平臺三個(gè)部分。該平臺通過嵌入