连续式加热炉温度建模与过程检测仿真研究
发布时间：2021-02-01 09:08
加热炉是钢铁冶炼过程中的重要设备,其主要作用是将钢坯加热至轧制所需要的温度。合理的炉膛与钢坯温度,不但可以提高钢材质量与产能,还能降低能源消耗,延长加热炉寿命。建立准确的连续式加热炉温度模型,可以实现对钢坯温度的软测量,进而对加热过程实施最优控制。因此建模对提高加热效率,具有重要意义。本文以某钢厂连续式加热炉为背景,首先建立了基于总括热吸收率的钢坯温度模型,该模型将加热炉内对钢坯复杂的综合传热计算归结为一个无量纲的因数,总括热吸收率。并且按照炉内燃烧状态的不同,将总括热吸收率分段描述。钢坯升温的热量主要来源于炉膛,准确的炉膛温度对于钢坯温度计算的准确性非常重要。由于炉膛温度较高,炉内热量主要以辐射的方式传递,并且辐射传热相对其他两种传热方式比较复杂,本文选用目前计算辐射传热最为精确的数学模型段法模型,来建立炉膛温度模型。段法模型以辐射直接交换面积为基础来描述高温热交换场,为了满足模型的快速性要求,将段法模型进行简化,忽略了各个模型段之间的辐射,建立了三元模型。炉膛温度建模需要将将整个加热炉热交换场划分为多个三元模型。该模型以三个段的燃气量为输入,结合实际加热炉参数,计算可得炉膛、炉围、...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１加热炉结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｈｅａｔｉｎｇ?ｆｕｒｎａｃｅ??
步进梁后退到初始位置，完成一个步进过程，之后进行下一个步进过程，直至将钢坯送??至炉门口。钢坯在前进过程中能够不断吸收来自炉膛的热量，最终加热到所需要的温度。??步进梁式加热炉结构与运动方式如图２．２所示。??￣￣ＩＩ￣￣ＩＩ￣￣ｉｒｎｒ￣ｉｒ￣ｉｒ￣ｎ＾ｒｎ???１?１?ｔ?１?１?ｔ?ｒ?１?１?）?＼??１?＼?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＼??Ｖ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＼??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ、、??＇＼?！?！?！?！?．?！?！?！?Ｉ?！?！?＾??＼?＼Ｎ＼?Ｍ?＼＼?Ｘ?＼＼Ｎ＼＼?Ｍ?＼＼?Ｈ＼?＼Ｈ?＼＼Ｘ?＼?＼?ＨＶＶ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ??移动梁??２??ＷＳ??３??ａ??上?隊梁水平面?■下降??升?”年??＾??４??后退??图２．２步进梁工作方式??Ｆｉｇ．?２．２?Ｗｏｒｋｉｎｇｓ?ｏｆ?ｗａｌｋｉｎｇ?ｂｅａｍ??２．１．２变物性处理??在加热过程中，钢坯的物理特性随着温度的升高不断发生变化，为了提高精度，需??要对其参数进行处理。在加热过程中，钢坯的质量和体积基本保持不变，因此钢坯的密??度很小，可以忽略不计。钢坯导热系数和比热容受温度影响较大，因此，建模过程中只??考虑钢坯导热系数和钢坯比热容的变化。查阅大量的工业炉设计相关手册
图２．４导热系数随温度变化曲线??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??热学基础原理??热学原理是钢坯温度建模的重要依据。在炉膛内部发生的热传递，主要是通射产生。钢坯在炉内加热过程中，炉膛通过辐射与对流的方式向钢坯传递热部是通过热传导的方式进行对于钢坯内部的温度场而言，由于无法获得其解常将其转化为离散形式求取数值解。??有物体内部各点存在温差，才能产生热传导，物体内部温度状态决定了传热－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多PCA模型的过程监测方法[J]. 常玉清,王姝,王福利,谭帅,刘炎. 仪器仪表学报. 2014(04)
[2]段法与三元模型在连续加热炉上的应用研究[J]. 伊智,张卫军. 冶金能源. 2013(06)
[3]三维段法数学模型在加热炉上的应用[J]. 李国军,陈海耿. 中国冶金. 2010(03)
[4]工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台[J]. 汤健,柴天佑,片锦香,岳恒. 东北大学学报(自然科学版). 2009(11)
[5]Application of Kernel Independent Component Analysis for Multivariate Statistical Process Monitoring[J]. 王丽,侍洪波. Journal of Donghua University（English Edition）. 2009(05)
[6]连续加热炉在线控制系统的仿真研究[J]. 陈海耿,王子弟,吴彬,陈友文,权芳民. 钢铁. 2006(12)
[7]步进梁式连续加热炉总括热吸收率分布规律的实验研究[J]. 安月明,温治,冯霄红,郝小红,佘广夫,薛念福. 工业加热. 2006(05)
[8]基于主元分析的多变量统计过程的故障辨识技术[J]. 杨莉. 信息与电子工程. 2004(04)
[9]蓄热式加热炉钢温预报与炉温优化设定研究[J]. 毕春长,李柠,黄道. 自动化学报. 2004(03)
[10]PCA在过程故障检测与诊断中的应用[J]. 李尔国,俞金寿. 华东理工大学学报. 2001(05)
博士论文
[1]面向间歇发酵过程的多元统计监测方法研究[D]. 刘世成.浙江大学 2008
硕士论文
[1]加热炉建模及基于过程监测反馈的模型在线校正[D]. 薛田甜.东北大学 2014
[2]面向加热炉运行状态评价的过程监测方法研究[D]. 李晓乐.东北大学 2014
[3]基于KECA方法的过程监测与故障诊断研究[D]. 李辰龙.东北大学 2013
[4]加热炉钢坯温度建模方法研究[D]. 魏玉龙.东北大学 2013
[5]蓄热式加热炉建模与优化设定方法研究[D]. 彭麟.东北大学 2012
[6]加热炉过程建模与控制仿真研究[D]. 王利涛.东北大学 2012
[7]基于主元分析的故障检测与诊断研究[D]. 温冰清.南京师范大学 2011
[8]实时半实物仿真平台关键技术研究与实现[D]. 单勇.国防科学技术大学 2010
[9]基于多块核方法的分散化故障诊断的研究[D]. 周宏.东北大学 2009
[10]连续加热炉段法模型与三元模型的研究[D]. 伊智.东北大学 2008
本文编号：3012539
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１加热炉结构示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｅｈｅａｔｉｎｇ?ｆｕｒｎａｃｅ??
步进梁后退到初始位置，完成一个步进过程，之后进行下一个步进过程，直至将钢坯送??至炉门口。钢坯在前进过程中能够不断吸收来自炉膛的热量，最终加热到所需要的温度。??步进梁式加热炉结构与运动方式如图２．２所示。??￣￣ＩＩ￣￣ＩＩ￣￣ｉｒｎｒ￣ｉｒ￣ｉｒ￣ｎ＾ｒｎ???１?１?ｔ?１?１?ｔ?ｒ?１?１?）?＼??１?＼?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＼??Ｖ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?＼??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ、、??＇＼?！?！?！?！?．?！?！?！?Ｉ?！?！?＾??＼?＼Ｎ＼?Ｍ?＼＼?Ｘ?＼＼Ｎ＼＼?Ｍ?＼＼?Ｈ＼?＼Ｈ?＼＼Ｘ?＼?＼?ＨＶＶ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ??移动梁??２??ＷＳ??３??ａ??上?隊梁水平面?■下降??升?”年??＾??４??后退??图２．２步进梁工作方式??Ｆｉｇ．?２．２?Ｗｏｒｋｉｎｇｓ?ｏｆ?ｗａｌｋｉｎｇ?ｂｅａｍ??２．１．２变物性处理??在加热过程中，钢坯的物理特性随着温度的升高不断发生变化，为了提高精度，需??要对其参数进行处理。在加热过程中，钢坯的质量和体积基本保持不变，因此钢坯的密??度很小，可以忽略不计。钢坯导热系数和比热容受温度影响较大，因此，建模过程中只??考虑钢坯导热系数和钢坯比热容的变化。查阅大量的工业炉设计相关手册
图２．４导热系数随温度变化曲线??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??热学基础原理??热学原理是钢坯温度建模的重要依据。在炉膛内部发生的热传递，主要是通射产生。钢坯在炉内加热过程中，炉膛通过辐射与对流的方式向钢坯传递热部是通过热传导的方式进行对于钢坯内部的温度场而言，由于无法获得其解常将其转化为离散形式求取数值解。??有物体内部各点存在温差，才能产生热传导，物体内部温度状态决定了传热－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多PCA模型的过程监测方法[J]. 常玉清,王姝,王福利,谭帅,刘炎. 仪器仪表学报. 2014(04)
[2]段法与三元模型在连续加热炉上的应用研究[J]. 伊智,张卫军. 冶金能源. 2013(06)
[3]三维段法数学模型在加热炉上的应用[J]. 李国军,陈海耿. 中国冶金. 2010(03)
[4]工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台[J]. 汤健,柴天佑,片锦香,岳恒. 东北大学学报(自然科学版). 2009(11)
[5]Application of Kernel Independent Component Analysis for Multivariate Statistical Process Monitoring[J]. 王丽,侍洪波. Journal of Donghua University（English Edition）. 2009(05)
[6]连续加热炉在线控制系统的仿真研究[J]. 陈海耿,王子弟,吴彬,陈友文,权芳民. 钢铁. 2006(12)
[7]步进梁式连续加热炉总括热吸收率分布规律的实验研究[J]. 安月明,温治,冯霄红,郝小红,佘广夫,薛念福. 工业加热. 2006(05)
[8]基于主元分析的多变量统计过程的故障辨识技术[J]. 杨莉. 信息与电子工程. 2004(04)
[9]蓄热式加热炉钢温预报与炉温优化设定研究[J]. 毕春长,李柠,黄道. 自动化学报. 2004(03)
[10]PCA在过程故障检测与诊断中的应用[J]. 李尔国,俞金寿. 华东理工大学学报. 2001(05)
博士论文
[1]面向间歇发酵过程的多元统计监测方法研究[D]. 刘世成.浙江大学 2008
硕士论文
[1]加热炉建模及基于过程监测反馈的模型在线校正[D]. 薛田甜.东北大学 2014
[2]面向加热炉运行状态评价的过程监测方法研究[D]. 李晓乐.东北大学 2014
[3]基于KECA方法的过程监测与故障诊断研究[D]. 李辰龙.东北大学 2013
[4]加热炉钢坯温度建模方法研究[D]. 魏玉龙.东北大学 2013
[5]蓄热式加热炉建模与优化设定方法研究[D]. 彭麟.东北大学 2012
[6]加热炉过程建模与控制仿真研究[D]. 王利涛.东北大学 2012
[7]基于主元分析的故障检测与诊断研究[D]. 温冰清.南京师范大学 2011
[8]实时半实物仿真平台关键技术研究与实现[D]. 单勇.国防科学技术大学 2010
[9]基于多块核方法的分散化故障诊断的研究[D]. 周宏.东北大学 2009
[10]连续加热炉段法模型与三元模型的研究[D]. 伊智.东北大学 2008
本文编号：3012539
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