加热炉和轧机的匹配控制包括两个方面：加热炉推钢速率的控制和待轧控制·过去所作的工作主要集 中于待轧策略的研究［１～４］，但寻优算法复杂，不便于实时控制，而且待轧结束时不能保证充 分恢复生产率·关于推钢速率的控制则仅凭经验，而且推钢速率一旦选定，在生产过程中几乎保持 不变·上述弊病在国有钢铁企业的加热炉和轧机之间的匹配中表现尤为突出·针对这些问题，本文 提出一种合理、简单易行、适于我国国情的加热炉和轧机的匹配制度·１加热炉推钢速率的控制１ ．１加热炉的暂态容量加热炉的容量在很大程度上取决于炉子的结构，而加热炉的实际容量主要依 赖于钢坯的期望温度·即在实际生产中，加热炉的暂态容量随钢坯每次出炉而不断变化·因此，加 热炉的最大实际容量取决于炉子的实际装料状态，并可被表述为加热炉的最大推钢速率·不同的推 钢周期，加热炉的容量也发生相应的变化：ｑｆ＝３６００Ｔｆ·ｇ（１）其中ｑｆ为加热炉的容 量（ｔ／ｈ）；Ｔｆ为推钢周期（ｓ）；ｇ为每根钢坯的质量（ｔ）·推钢周期是指上一块钢坯出 炉和下一块钢坯出炉之间的时间间隔，并可表述为钢坯期望出炉温度的函数：Ｔｆ＝ｆ（θ）（２ ）其中θ为钢坯的期望出炉温度（℃）·１２轧机的暂态容量在轧制过程中，每个轧件都需要一 定的轧制时间，亦即意味着轧机也有暂态容量，容量的大小取决于每个轧件的轧制时间和轧制设备 的限制·不妨以轧机的平均小时产量作为轧机的容量：ｑｒ＝３６００Ｔｒ·ｇ·ｋ１·ｋ２（３ ）其中ｑｒ为轧机的暂态容量（ｔ／ｈ）；Ｔｒ为轧机的轧制节奏（ｓ）；ｇ为每根钢坯的质量（ ｔ）；ｋ１为轧机的设备利用系数；ｋ２为成材率·１．３推钢速率的修正加热炉的推钢速率为： ｖ＝ＷＴｆ（４）其中ｖ为推钢速率（ｍｍ／ｓ）；Ｗ为下一块出炉钢坯的宽度（ｍｍ）·由式（ ４）易知，通过控制钢坯间的出炉时间间隔，可以改变推钢速率·相邻钢坯间的出炉时间间隔可按 如下方式定义：钢坯出炉后应立即进入轧机进行轧制，没有任何延迟·对于每块即将出炉的钢坯而 言，加热炉的暂态容量和轧机的暂态容量相互平衡·上述两个条件中的任一个条件均控制着下一块 钢坯的出炉时刻·当以最大的燃料流量加热也不能满足期望的钢坯温度要求时，系统认为加热炉的 容量太低，不能在要求的出炉时刻把钢坯加热至期望的温度，则降低推钢速率·推钢速率的减少量 是测量钢坯温度和期望钢坯温度之差的函数·当特定的钢种要求在某一特定的炉段作短期停留时， 计算机必须调整出炉时间间隔以满足这个要求·２待轧控制待轧是当生产率最终趋于零时加热炉操 作的一种特例·当生产率为零时，加热炉燃烧段的温度逐渐偏离原来的优化加热曲线直至达到最小 待轧温度·此外，由于生产率是和实际生产变化相对应的，只有当生产率恢复到原来的值以及炉段 温度也恢复到原来的值时，轧机才能恢复原来的操作状态·因此需要另外一种不同的策略来处理轧 机的待轧状态·待轧过程包括炉的保温、降温和升温控制·待轧一般通过调整炉段温度设定值和推 钢速率来实现·待轧分为两种控制模式：请求待轧和自动待轧·２．１待轧模式（１）请求待轧请 求待轧是指轧机因电气故障、换辊等原因造成钢坯待轧·请求待轧又可分为计划待轧、非计划待轧 和待热待轧·计划待轧是指计划检修或换班时等必要的停顿，其时间一般是能准确知道的，此时加 热炉各段均处于待轧状态·待轧开始时，待轧模块开始计时；当待轧结束时，自动退出待轧模式， 不需要操作员参与·非计划待轧是指由于事故等随机因素造成的停顿，其时间一般不易预知·待热 待轧是指当钢坯即将出炉时，如果钢坯温度还没有达到期望值，则启动待热待轧模式·在这个模式 下，待轧模块维持均热段的炉温不变，其它各段均处于待轧状态（降低炉段温度设定值），钢坯在 均热段保持直至达到期望温度·（２）自动待轧自动待轧是针对加热好的炉子而言的，是指在正常 轧制条件下，有多个加热好的钢坯等待轧制·当坯料跟踪模块发现在最后的Δｔ内没有钢坯移动时 ，系统即将启动自动待轧模式，必要时可启动计划待轧模式·如果没有启动计划待轧模式，且Δｔ 之后炉内没有钢坯移动，则待轧模块就会收到来自坯料跟踪模块的信息，要求启动自动待轧模式· 然后待轧模块就会把加热炉设为自动待轧状态·自动待轧时，加热炉各段均处于待轧状态·自动待 轧开始时，待轧模块开始计时；待轧结束时，自动退出待轧状态，不需要操作员参与·２．２待轧 状态的炉温设定在待轧处理策略中，按待轧时间的长短采取不同的处理方法，而不去区分待轧是由 何种因素引起的·待轧状态时的炉温设定采用“
斜坡函数”法·其斜率值取决于待轧时间的长短和 当加热炉恢复到原来的生产率时钢坯和耐火材料所能承受的最大温度梯度·对每个燃烧区分别建立 温度斜坡函数，由此可建立待轧时的炉温设定策略·当待轧开始的时候，加热炉各段的温度设定值 降至最低，其最低值由斜坡函数和选择的待轧时间决定·（１）短期待轧的情况钢坯温度的减少量 由下式确定：Δθ＝ΓΔｔ（５）其中Δθ为钢坯温度的减少量；Γ为当加热炉恢复到原来的生产 率时钢坯和耐火材料所能承受的最大温度梯度；Δｔ为待轧时间·炉温设定值为在选定的斜率Γ上 ，待轧结束后钢坯立即达到生产重新启动时的温度，如图１所示·图１短期待轧时的（ａ）炉温制 度和（ｂ）钢温变化炉温和钢坯温度满足钢坯加热方程：θ（ｋ＋１）＝Ａ（ｋ）θ（ｋ）＋Ｂ（ ｋ）ｕ（ｋ）ｋ＝１，…，ｋｆ（６）其中Ａ（ｋ）和Ｂ（ｋ）为加热炉操作的函数；ｕ（ｋ）为 ｋ时刻的炉温（℃）；ｋｆ为钢坯的加热时间·（２）长期待轧的情况钢坯温度的减少量仍由下式 确定：Δθ＝ΓΔｔ′（７）其中，Δｔ′为自启动斜坡函数至待轧结束时的时间间隔·炉温和钢 坯温度均被设为加热曲线的最小值，并维持至启动斜坡函数，如图２所示·（３）待轧时间未知的 情况根据工艺规定，每过一段时间相应降低一次设定炉温·这种待轧策略的优点是，不论哪一种情 况，都能保证待轧结束后充分恢复生产率，不再需要待热或待轧·图２长期待轧时的（ａ）炉温制 度和（ｂ）钢温变化２．３误差分析待轧模块判断是否有钢坯处于某特定段的钢温检测装置之下， 如果有，则重新计算钢坯在该段的期望温度，然后和实际的钢坯表面温度相比较，并以此为基础修 正待轧时的炉段温度设定值·如果待轧模块判断某特定炉段的温度太高或太低，则待轧模块重新计 算炉温设定值，并改写原来的待轧时的炉温设定值·如果某特定段的钢温检测装置之下没有坯料， 则待轧模块决定该炉段维持当前所使用的待轧时的温度设定值不变，直至恢复到待轧之前的模式· 如果在待轧期间，钢温检测装置发生故障，则按第二种方法设定待轧时的炉温·３结论虽然加热炉 和轧机不易配合得非常好，但是只要对加热炉的出钢速率进行良好的控制，以及制订合理的待轧策 略，就能为轧机最大限度地及时提供加热质量上乘的钢坯·本文提出了基于钢坯期望出炉温度的推 钢速率控制策略，解决了过去凭经验控制推钢速率的问题；提出了基于斜坡函数的待轧控制策略， 解决了以往待轧策略寻优复杂、难于实时控制的问题·从而优化了加热炉和轧机的匹配制度·本文 所研究的匹配优化策略经工业试验证明能达到提高作业率和产量的目的·加热炉和轧机的匹配优化 @王中杰@柴天佑@张莉$东北大学自动化研究中心推钢速率，待轧，匹配，
加热炉，轧机针对当 前在实际中使用的加热炉和轧机的匹配制度存在的缺陷，提出一种基于钢坯期望出炉温度的推钢速 率控制策略和基于斜坡函数的待轧控制策略，从而优化了加热炉和轧机的匹配制度·工业试验证明 了这种匹配制度的合理性、简单性和易行性·１ＳｈｅｎＦ．Ｗａｌｋｉｎｇｂｅａｍｆｕｒｎａ ｃｅｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｔＩｎｌａｎｄ′ｓ８０－ｉｎｈｏｔｓｔｒｉｐ ｍｉｌ．Ｉｒｏｎ＆ＳｔｅｌＥｎｇｉｎｅｒ，１９９４，７１（７）：２５～３４２Ｌｅｄｅｎ Ｂ．Ａｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｆｕｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｈｅａｔ ｉｎｇｆｕｒｎａｃｅｓ．ＳｃａｎｄｉｎａｖｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅａｔａｌｕｒｇｙ ，１９８６，１５：１６～２４３祁胜利·轧钢加热炉待轧策略的研究·钢铁，１９９６，３１（ ８）：６６～６９４王昊，金在泽，时晓燕，等·钢锭加热的动态优化及待轧策略·冶金能源，１ ９９６，１５（２）：２９～３１国家自然科学基金,国家８６３高技术项目坯温度的减少量；Γ 为当加热炉恢复到原来的生产率时钢坯和耐火材料所能承受的最大温度梯度；Δｔ为待轧时间·炉 温设定值为在选定的斜率Γ上，待轧结束后钢坯立即达到生产重新启动时的温度，如图１所示·图 １短期待轧时的（ａ）炉温制度和（ｂ）钢温变化炉温和钢坯温度满足钢坯加热方程：θ（ｋ＋１ ）＝Ａ（ｋ）θ（ｋ）＋Ｂ（ｋ）ｕ（ｋ）ｋ＝１，…，ｋｆ（６）其中Ａ（ｋ）和Ｂ（ｋ）为加 热炉操作的函数；ｕ（ｋ）为ｋ时刻的炉温（℃）；ｋｆ为钢坯的加热时间·（２）长期待轧的情 况钢坯温度的减少量仍由下式确定：Δθ＝ΓΔｔ′（７）其中，Δｔ′为自启动斜坡函数至待轧 结束时的时间间隔·炉温和钢坯温度均被设为加热曲线的最小值，并维持至启动斜坡函数，如图２ 所示·（３）待轧时间未知的情况根据工艺规定，每过一段时间相应降低一次设定炉温·这种待轧 策略的优点是，不论哪一种情况，都能保证待轧结束后充分恢复生产率，不再需要待热或待轧·图 ２长期待轧时的（ａ）炉温制度和（ｂ）钢温变化２．３误差分析待轧模块判断是否有钢坯处于某 特定段的钢温检测装置之下，如果有，则重新计算钢坯在该段的期望温度，然后和实际的钢坯表面 温度相比较，并以此为基础修正待轧时的炉段温度设定值·如果待轧模块判断某特定炉段的温度太高或太低，则待轧模块重新计算炉温设定值，并改写原来的待轧时的炉温设定值·如果某特定段的钢温检测装置之下没有坯料，则待轧模块决定该炉段维持当前所使用的待轧时的温度设定值不变，直至恢复到待轧之前的模式·如果在待轧期间，钢温检测装置发生故障，则按第二种方法设定待轧
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