(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210718858.6 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 大连新瑞晨自动化科技有限公司 地址 116007 辽宁省大连市中山区港湾街 20A号1单 元24层8号 (72)发明人 于政军　王广胜　杨超　李梅娟　 陈雪波　董建新　柳昊彤　 (74)专利代理 机构 大连智高专利事务所(特殊 普通合伙) 2123 5 专利代理师 张钦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) C21D 9/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模 方法 (57)摘要 本发明属于钢坯加热生产工艺中的智能控 制技术领域， 公开了一种单方向加热圆钢二维温 度场模型建模 方法。 通过对加热炉内圆柱形钢坯 的温度场进行实时计算， 确定钢坯的芯部温度， 并根据计算结果调整加热炉内各加热段的空燃 比， 使钢坯加热在满足生产工艺要求的前提下节 约燃气的消耗。 权利要求书1页 说明书13页 附图6页 CN 115221691 A 2022.10.21 CN 115221691 A 1.一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方法， 具体应用在加热炉钢坯加热生产工 艺中； 方法包括建立方形钢坯温度场预报模型和建立圆柱形钢坯温度场预报模型， 所述建 立圆柱形钢坯温度场预报模型表达式为： 其中， λ是钢板的导热系数， λw和 λe分别是微元钢 坯前表面和后表面的导热系数； x是钢 坯微元长度， ρ 是钢坯密度， c是钢坯比热容， t是时间， Ti是钢板在 i时刻的温度场； 将钢坯的 圆截面划分为31*31的方形钢坯网络， 在钢坯的边界条件确定后， 通过先逐列进 行热流密度 的迭代计算， 再 逐行进行热流密度的迭代计算， 得到圆柱形钢坯完整的温度场数据； 所述建立圆柱形钢坯温度场预报模型的依据为： 1)将钢坯的圆截面划分为31* 31的方形钢坯网络； 2)先逐列， 再逐行进行热流密度的迭代计算； 3)方形钢坯网络每次迭代完成， 形成热流密度的三对角矩阵， 使用TDMA算法对该矩阵 进行求解计算； 4)根据圆的对称性， 每个方向的扫描只需计算半圆的温度场， 另一半圆的温度场数据 与已计算的半圆温度场完全一 致； 通过计算热量在相邻模块之间的传递， 对所有圆截面包含进去的模块进行计算， 形成 三对角矩阵， 对该矩阵求 解从而计算出整个圆柱形钢坯的内部温度。 2.如权利要求1所述的一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方法， 其特征是， 所述 步骤1)中将钢坯的圆截面划分为方形钢坯 网络， 用方形钢坯的温度场模型近似模拟圆柱形 钢坯的温度场模型。 3.如权利要求1所述的一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方法， 其特征是， 步骤 2)中分别进行纵向和横向的热流密度迭代计算。 4.如权利要求1所述的一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方法， 其特征是， 步骤 3)在完成一次圆截面的迭代计算后形成方形钢坯网络的热流密度三对角矩阵， 运用TD MA进 行求解。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115221691 A 2一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方 法 技术领域 [0001]本发明属于钢坯加热生产工艺中的相关应用方法技术领域， 本发明涉及一种单方 向加热圆钢二维温度场模型建模方法。 具体 应用在加热炉钢坯加热生产工艺中。 背景技术 [0002]由加热炉的工艺设计可知， 钢坯从入炉到正常出炉是一个钢坯缓慢升温过程。 如 果升温速度过慢， 将影响钢坯出炉温度和钢温的均匀性， 无法满足轧钢要求； 如果升温速度 过快， 即过早进入高温状态， 将降低加热炉中钢坯的换热效率， 引起炉温过高和烟气温度过 高， 造成不必要的燃气过度消耗， 同时也增大了氧化烧损和氮氧化物形成机率。 [0003]在加热炉 中， 钢坯从初始温度(入炉温度)加热到目标工艺温度值需要很长时间， 在加热过程中存在诸多不确定因素， 如生产 节奏异常波动、 燃气热值波动等， 使钢坯升温过 程不可避免地偏离目标轨迹， 钢坯欠烧或过度加热等现象时常出现， 甚至导致轧钢生产的 质量和成本目标难以实现。 为此， 加热炉的自主控制任务归结为对钢坯升温过程的有效控 制， 而控制的关键在于利用圆柱形钢坯温度场模型计算得到的钢坯芯部温度。 发明内容 [0004]为了克服现有技术的不足， 本发明提供一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模 方法， 通过对加热炉内圆柱形钢坯的温度场进行实时计算， 确定钢坯的芯部温度， 并根据计 算结果调整加热炉内各加热段的空燃比， 使钢坯加热在 满足生产工艺要求的前提下节约燃 气的消耗。 [0005]本发明的上述目的是通过以下技 术方案实现的： [0006]一种单方向加热圆钢二维温度场模型建模方法， 具体应用在加热炉钢坯加热生产 工艺中； 方法包括建立方形钢坯温度场预报模型和建立圆柱形钢坯温度场预报模型， 所述 建立圆柱形钢坯温度场预报模型表达式为： [0007] [0008]其中， λ是钢板的导热系数， λw和 λe分别是微元钢坯前表面和后表面的导热系数； x 是钢坯微元长度， ρ 是钢坯密度， c是钢坯比热容， t是时间， Ti是钢板在 i时刻的温度场。 将钢 坯的圆截面划分为31*31的方形钢坯网络， 在钢坯的边界条件确定后， 通过先逐列进 行热流 密度的迭代计算， 再 逐行进行热流密度的迭代计算， 得到圆柱形钢坯完整的温度场数据； [0009]所述建立圆柱形钢坯温度场预报模型的依据为： [0010]1)将钢坯的圆截面划分为31* 31的方形钢坯网络； [0011]2)先逐列， 再逐行进行热流密度的迭代计算； [0012]3)方形钢坯网络每次迭代完成， 形成热流密度的三对角矩阵， 使用TDMA算法对该 矩阵进行求 解计算； [0013]4)根据圆的对称性， 每个方向的扫描只需计算半圆的温度场， 另一半圆的温度场说　明　书 1/13 页 3 CN 115221691 A 3