加热炉国内外研究现状及控制

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美国米兰德公司在1967年4月，独立自主创造研究出世界上第一台步进梁式加热炉，这是人类创造出的最早的加热炉。随后，日本中外炉公司于1967年5月开始创造设计的世界上第二台步进梁式加热炉[1]。因此，在70年代末，计算机控制大型加热炉的阶段已经在大部分发达的工业国家普及，但对燃烧的控制还是主要控制策略。目前，随着对加热炉模型的不断建造，以及对计算机控制系统研发的继续加深，我们得到了较多的研发成果，这些研发的成果已经让一些工业比较发达的国家实现了已经模型化的加热炉，并且让计算机控制加热炉变成了最优控制，从结论发现控制的结果也很好，并且获得了巨大的收益。69505

1 加热炉的理论研究

（1）控制加热炉模型的研究现状

对于加热炉的研究工作，主要是需要建立一个非常精确的数学模型。让加热炉实现自动控制的方法就是需要我们控制物料的加热质量，如何高效率的控制物料的温度，让它能够提高加热物料的质量，这一点成为加热炉模型化所需要控制的最关键的一点。陈南岳用工艺理论作为基础，为了计算钢坯在炉内的升温过程的方法，他建立了多元回归模型，试图来解决很难测量加热炉内钢坯温度这个问题[2]。但是实际上，所建立的多元回归模型会变得不准确，在生产的条件改变或者轧制的节奏发生变化的时候。现阶段，国内主要还是通过对热交换的机理的研究建立出模型，这是国内对于钢坯热力学模型的研究方法。而杨永耀的人根据炉内的热交换机理[3]。以工艺理论和现代控制理论为基础，保持这让加热炉能源消耗最小这个原则，建立出了一个空间模型，这是个具有空间、时间离散化的模型，这个模型实现了加热炉最优递阶计算机控制，但是最后却没有推广，原因是由于计算复杂、精度不高这两个重要原因，同时也因为它修改困难，适用性很差，因此被没有被推广。巢海等人推导出了一种动态数学模型，此模型是他们通过对步进式梁式加热炉的分析以及对梁式加热炉的机理的研究而总结出来的[4]。该模型可以预报步进梁式加热炉的钢坯温度，而这个模型被广泛应用的原因是因为它的精度满足需求，并且易于工程推广，其次它模型的结构很简单，因为它利用了总括热吸收率法，从而使它的计算量变小，适合在线运行。

杜佳璐建立的动态模型是为了描述钢坯的热状态[5]。她从机理开始入手，运用有限差分的原理，建立了这个以加热炉计算机控制为目的的模型，该模型可以让我们在线监督控制，因此可是实现最优的操作，因为它可以生产过程中的实时信息以及炉内钢坯的温度分布。同时，该模型不同于其他的二维、三维空间模型，它属于一维模型，因此相比于其他二维、三维模型，它的计算量小、结构非常简单，因此它让实时温度的计算的工作量变小，同时也给优化加热炉控制提供了有利的工具。论文网

在国外，W.C.Chen等人指出了钢坯温度的分布会随着钢坯氧化程度的不同而改变[6]。这是他们通过对热量数学模型的研究以及对物钢坯的变形程度的研究而发现的。H.E.Pike和Y.Misaka等人优化并且扫除了加热炉的动静态的问题，他们创立了通过结合热交换的机制，使用近似参数模型的方法的数学模型。由于加热炉系统中，影响钢坯预测问题的因素是钢坯的氧化程度，因此J.Anton等人针对这个因素运用了热传导偏微分方程，构造出了专门针对这个问题的模型，该模型就是从加热炉传输到轧机的钢坯降温模型。Y.Z.Lu等人以钢坯不稳定导热的二维偏微分为基础，把炉内的钢坯当成互相关联的子系统，并且这些子系统是按照几何位置分布的，因此，加热状态离散状态的空间模型就被建立了出来。但是上面这些人创造出来的模型在建造的过程中拥有太多的假设，以至于他们的参数数目过于庞大，因此很难在模拟的过程中获得关键的参数。Timothy A.Vesiock 等人把加热炉内分成很多个结点，这些结点是根据加热炉内不同点存在热交换机理是不一样的这一点而分成的，同时运用了动态热传导的方法是分出这些结点的关键，他们通过分析这些结点的热量交换的过程来达到控制钢坯温度的目的。目前只有一小部分的加热炉还是使用这种方法来优化对其的控制，但是由于该模型属于多维模型，导致该模型的计算量惊人的大，因此不适合在线运用，简化的一维模型还是大部分工业现场的首选，因此，模型的准确性还是比较低的。钢坯加热过程的离散状态空间模型被建立出来，该模型是G Facco等人在以钢坯稳定导热的二维偏微分方程为基础创建出的。但是此模型并没有太大的改进，只是改进了一下加热炉机理的分析方法。