ICS 77-010 CCS H07 YB 中华人民共和国黑色冶金行业标准 YB/TXXXXXXXXX 钢铁行业加热炉燃烧智能控制系统技术要求 Iron and steel industry-Technical requirements for intelligent combustion control system of reheating furnace (报批稿） XXXX-XX - XX 发布 XXXX-XX-XX实施 发布 中华人民共和国工业和信息化部 YB/T XXXXX—XXXX 前言 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起 草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。 本文件起草单位：北京科技大学、本溪钢铁（集团）信息自动化有限责任公司、北京科技大学设计 研究院有限公司、冶金工业信息标准研究院、江苏武进不锈股份有限公司、山东钢铁集团日照有限公司、 建龙阿城钢铁有限公司、内蒙古语桐工程咨询有限公司、武汉轻工大学、包头市上承工程技术有限公司、 才匠智能（内蒙古）科技有限公司、江阴怡源智信运维技术股份有限公司。 本文件主要起草人：宋勇、蔺凤琴、焦吉成、李擎、乔俊飞、荆丰伟、陈士英、张帅、王博、崔健、 刘斓冰、高虹、史晓奇、翟丽丽、程振兴、王凤琴、吴影亮、王惠永、唐运章、李强、杨光、夏源、杜 林。 I YB/TXXXXX—XXXX 钢铁行业加热炉燃烧智能控制系统技术要求 1范围 本文件规定了钢铁行业加热炉燃烧智能控制系统的系统架构和基本要求、功能组成、性能要求、试 验方法、检验规则、验收、运行与维护要求。 本文件适用于钢铁行业加热炉燃烧智能控制系统的设计、加热炉过程控制系统的技改、升级、产线 智能化中加热炉环节的设计，涉及板带加热炉、棒线加热炉、环形加热炉、热处理炉、隧道炉。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T32489 轧钢加热炉节能运行技术要求 GB/T32972钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范。 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 燃烧智能控制combustionintelligentcontrol 感知炉内各段坏料品规，设定加热炉各段炉温，并动态优化空燃比，实现炉温的闭环控制。 3. 2 加热炉燃烧智能控制系统combustionintelligentcontrolsystemofreheatingfurnace 从坏料上料开始至坏料出炉结束，完成基础自动化的炉温闭环控制优化、炉压控制优化、空燃比控 制优化、烟温控制优化以及过程自动化的坏料温度预报、炉温智能优化、坏料加热质量评价和加热炉能 效评价的控制系统。 3. 3 坏料温度预报slabtemperatureprediction 系统依据坏料原料数据（钢种、原料尺寸、热物性参数）、入炉温度、炉内坏料位置、炉体结构（辊 底式、步进式）、燃料类型（明火、辐射管）、炉内热电偶的实测温度，实时计算坏料的温度场分布。 3. 4 必要炉温essentialfurnacetemperature 坏料从入炉至出炉，加热至目标出炉温度，所需要的各段理想炉温。 4缩略语 下列缩略语适用于本文件。 2 YB/T XXXXX—XXXX HMI：人机接（HumanMachineInterface) MES：制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem） PDI：原始数据输入（PrimaryDataInput） 5系统架构和基本要求 5.1系统架构 系统架构见图1。 坏料加热 基于数据挖掘的质量数据分析，评价 加热炉 基于实际测试、 实时生产数据 加 质量评价 坏料温度均匀性、温度控制准确性等 能效评价 形成的识库， 客观评价能耗 热 运行参数 炉温智 坏料最佳升 综合炉温 加热策略 必要炉 延迟炉温 智能优化 炉 能优化 温曲线模型 温模型 设定模型 设定模型 工艺模型 知识库 燃 最优模型 料温 偏差优化 坏料导热模型 炉膛传热模型 氧化模型 个 烧 度预报 知识库 智 生产过 炉温闭环 程控制 炉压控制优化 空燃比控制优化 烟温控制优化 能 控制优化 优化 控 最优模型偏差优 运行参数智能优 坏料加热质量分 加热炉能效评价 智能决 制 化知识库 化知识库 析知识库 知识库 策知识 烟温、炉压相关 空燃比优化相关 系 库 炉温温差知识库 炉压判别识库 性知识库 性参数知识库 统 智能 基础自动化级 过程自动化级 检测仪表 MES/ERP系统 外部通讯 感知 图1加热炉燃烧智能控制系统架构图 5.2基本要求 5.2.1检测仪表 检测仪表类型和精度应能准确反映加热炉的炉况及其控制系统的效果，检测对象应包括：各段炉气 温度、炉压、入口坏料温度、各段炉气残氧含量、燃气成分、燃气热值、燃气压力、空燃气流量等。 5.2.2数据采集 数据采集应能融合多种协议，支持国内外主流自动化系统协议，采集数据包括：坏料库管数据、坏 料来料数据、坏料PDI数据，坏料跟踪数据、检测仪表数据、炉后生产数据，对敏感数据进行加密处理。 5.2.3外部通讯及网络 加热炉燃烧智能系统与外部系统的通讯应能兼容协议和数据交换格式的异构，实现加热炉所有相关 系统和设备的通讯。网络具备逻辑隔离及边界防护功能。 5.2.4数据存储 3 YB/TXXXXXXXXX 加热炉燃烧智能系统应包含多种数据存储方式，以满足不同的应用场景，如数据库、内存影像文件、 硬盘文件、ini配置文件等。 5.2.5基础自动化功能 加热炉燃烧智能系统应基于加热炉基础自动化功能的实现，包括炉温闭环控制、炉压自动控制、空 燃比自动控制以及烟温自动控制。 6加热炉燃烧智能控制系统功能组成 6.1炉温闭环控制优化 炉温闭环控制优化应根据过程自动化级或人工设定的各炉段目标炉气温度，基于炉温温差知识库， 动态感知各段炉况、工况，自动调节空气、燃气阀门来控制空燃气流量，使热电偶的实测值快速稳定在 目标温度误差范围内，并避免振荡和超调的现象。 6.2炉压控制优化 炉压控制优化应实现炉头出钢口微正压和炉尾进钢口零压（偶尔小量溢气时微微吸风）的炉压制度， 包括沿炉长和炉高方向上的压力分布。基于炉压判别知识库，动态感知生产状态（空炉->开装->半炉-> 满炉，开轧->慢连续->快连续->故障->渐空），实现炉压控制优化。 6.3空燃比控制优化 空燃比（应符合GB/T32489-2016中3.8的定义）控制优化应满足在一定的炉温制度下，合理设定 优化各炉段空燃比，减少烟气排散的热损耗，以提高燃烧效率和加热品质；同时，应合理优化空燃比调 节炉气含氧量，减少坏料氧化烧损。应采集各段燃气/空气流量、压力、阀门开度、残氧量等运行相关 参数，基于运行参数深度挖掘空燃比优化的强相关性参数，并对燃气和空气阀门的特性曲线进行自适应 修正。 6.4烟温控制优化 烟温控制优化应能够根据加热炉负荷情况，自动调整烟气排放量。为增加烟气的利用率，在不同工 况下，基于烟温、炉压相关性知识库，应自动优化烟气温度控制点，有效协调烟气温度本身和炉压的大 小。 6.5环料温度预报功能 坏料温度预报功能应能根据坏料在炉内的位置，实时计算坏料温度场，建模时还需要考虑水冷梁等 的热传导和遮蔽作用。采用数据挖掘技术，将有限组实测数据和模型参数的不确定性描述为一个随机过 程，建立响应曲面，拓展动态响应的验证度量，得到不确定条件下的最优模型偏差以优化模型，提高模 型精度。应具备下列功能： a） 坏料导热模型。建立计算域截面非稳态导热模型，重点考察坏料截面相关方向温度变化和水 冷梁导热及遮蔽作用造成的温度不均匀（黑印）； b) 传热模型。对炉内气体流动和辐射换热等耦合因素作用的结果进行描述： c) 氧化模型。通过坏料温度及氧化速率对氧化烧损进行估算，作为炉温优化控制的目标项； 黑匣子测试。在坏料不同位置内置热电偶来测试坏料及炉气温度的实验，用来修正坏料温度 预报模型传热系数。 6.6炉温智能优化功能 6.6.1炉温智能优化实现 炉温智能优化功能应综合考虑坏料加热质量（出炉目标温度偏差和断面温差）、各炉段充许的升温 速率范围、各炉段目标温度范围、炉温的上下限、生产节奏和运行能耗等因素动态优化炉温设定值。同 时对加热炉运行参数的大数据进行智能分析，形成炉温智能优化知识库，具备自动感知品规及炉况工况 变化进行炉温优化设定的能力。 4 YB/TXXXXXXXXX 6.6.2料最佳升温曲线模型 坏料最佳升温曲线模型应将各区段的炉温作为优化目标温度，拟合各段炉温后，获得满足坏料生产 目标的理想炉温曲线。基于各品规的历史生产数据，结合多种智能算法，对知识库的历史数据进行运算， 构建各品规的最佳升温曲线。 6.6.3必要炉温模型 必要炉温模型应根据坏料最佳升温曲线，综合坏料预报温度，确定每块坏料加热到各段出口目标温 度所必要的炉温。 6.6.4综合炉温设定模型 综合炉温设定模型应根据各段每块坏料的的位置，结合钢种、位置权值、空位布局、目标温度、当 前温度和预测出段温度等情况，对不同坏料的加热制度进行权值设定，计算该段综合的加热制度，自动 调节炉温。应基于加热炉生产运行参数，实时识别混装工况、预测生产节奏及对工况进行预控等来动态 优化炉温设定。 6.6.5延时