鋼坯加熱爐綠色智能燃燒成套技術

所屬學院：工程技術研究院

合作方式：?整體轉讓 ?技術許可 ?作價入股 ?合作開發 ?其它_____

成果簡介：

影響加熱爐加熱鋼坯質量的因素很多，如連鑄來料、MES計劃、軋制規格、輻射、對流、鋼坯灰度、爐氣、能源介質壓力、熱值、熱電偶和高溫計等檢測儀表、閥門燒嘴工作狀態、爐溫閉環控制等，各因素互相耦合，是個多變量、非線性很強的系統，控制難度大。而爐內高溫、粉塵的惡劣環境，缺乏有效可靠的檢測手段來實時測量鋼坯溫度，使其成為名副其實的“黑箱”，是多年來一直困擾加熱爐生產調度、精準控制等關鍵難題，造成目前加熱爐主要依靠人工進行手動燃燒控制，受限于經驗及責任意識，使加熱質量不均，能耗和氧化燒損波動大。

加熱爐智能燃燒技術是在獲取全面的生產數據信息基礎上，結合數據融合、數據分析和機器學習的方法實現生產過程關鍵工況及爐況參數的識別感知，形成完善、獨立的生產相關性數據知識庫?；诖酥R庫，通過機理模型對加熱過程進行科學預判，自動適應工況及爐況的變化，按照不同鋼坯的個性化加熱工藝要求，利用智能決策模型和專家系統，實現加熱爐爐溫、空燃比、PID等控制參數的優化設定，最終通過爐溫爐氣精準控制，實現智能燒鋼。

技術優勢：

1. 依托北京科技大學深厚的熱軋工藝技術積累，擁有豐富的不同鋼種材質物性數據庫。

2. 通過多年來深耕于加熱爐熱工工藝和控制技術研究，擁有一套先進成熟的爐溫優化設定策略專家庫和模型自學習技術。

3. 基于北京科技大學深厚的熱軋工藝控制技術，在鋼溫控制和節奏預測上擁有一套先進的上下游工序匹配銜接技術。

4. 擁有一套成熟穩定可靠的中間件平臺，可對通訊、任務管理、內存變量、數據采集等功能進行可動態配置和功能擴展。

性能指標：

1. 鋼溫預報模型計算精度能達±10℃以內。

2. 根據爐型和爐況不同，一般能降低加熱爐能耗5%以上；

3. 根據產品結構不同，一般能降低氧化燒損8%以上；

市場分析：

目前國內熱軋加熱爐有近千座，大部分依靠人工進行燃燒控制，手動調節。一些技術比較先進的產線也只能實現加熱爐各主要過程變量的定值控制，如爐溫與燃料流量的串級控制，燃料與助燃空氣的比值控制以及煙道廢氣的含氧量控制等。隨著智能化向鋼鐵制造業地不斷深入，產品的質量、能耗、排放等性能指標要求不斷提高，對加熱爐生產過程的智能化控制，實現無人化少人化操作需求越來越迫切。

特別是近兩年來，隨著鋼鐵企業智能制造項目推進越來越深入，加熱爐的智能燃燒控制技術的市場前景非常廣闊。

成果亮點：

1. 考慮氧化鐵皮的板坯溫度預報技術。傳統預報模型多數忽略了氧化鐵皮對板坯傳熱的影響，未能真實反映爐內板坯的加熱效果。該技術首先建立了考慮氧化鐵皮的多維溫度場模型，優化其總括熱吸收率和導熱系數，提高了在線板坯溫度預報的精準性和快速性。

2. 復雜爐況、工況感知技術。通過數據分析方法，對鋼坯生產過程中的排產、爐溫、出爐溫度、R2DT以及模型計算值等數據，綜合判定加熱爐的生產節奏、待軋、換輥、升降溫等工況特征。

3. 基于遺傳算法的最佳升溫曲線尋優技術。在鋼坯的加熱過程中，有很多生產目標，本技術對多個重要的因素進行統籌考慮。為了避免優化算法產生早熟現象，模型拓展種群的多樣化，引入精英機制和相似度判斷機制來增加種群的多樣性。

4. 板坯加熱質量綜合評估分析技術。對鋼坯溫度均勻性、控溫準確性、表面質量問題等多種指標進行加熱質量的評價。系統綜合運用各類大數據分析工具，對溫度、位置、工況、設備等海量的同時空大數據進行分析，獲取加熱質量與升溫曲線、設備以及工況的關系參數。

5. 具有自主知識產權，研究成果已授權發明專利1項，登記軟件著作權3項;

6. 技術先進，達到很好的經濟效益，能降低能耗5%、減少氧化燒損8%以上。

團隊簡介：

孫文權副研究員及所領導的團隊，長期從事加熱爐過程控制系統、板帶軋制質量控制技術的研究，經過多年的不懈努力，在鋼坯加熱爐、熱處理爐的無人化和智能化方面積累了較多的經驗，尤其是在加熱爐智能控制方面取得了較多行業認可的成績，相關成果在鞍鋼、漣鋼、本鋼、南鋼、馬鋼、包鋼、邯鋼等諸多工業生產線上實現長期穩定運行，為企業也解決了很多難題，相關技術的應用為企業帶來了可觀的經濟和社會效益。相關研究成果獲2020年冶金科學技術獎一等獎等獎勵。

成果相關照片：

圖1 智能燃燒數學模型主畫面圖2 智能燃燒控制運行率統計

圖3 鋼坯溫度升溫歷史曲線圖4 鋼坯能耗分布曲線

圖5 加熱爐出鋼

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北京科大科技園

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