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、钢坯温度。将炉膛温度模型与钢坯温度模型相结合,就可以得到完整的加热炉数学模型。采用MATLAB实现模型计算,以PLC为控制器,两者通过OPC协议通讯,建立加热炉的半实物仿真平台。进而通过仿真平台的模拟实验,获得过程数据,进行加热炉生产运行状态监测研究。通过降低燃料热值,或者改变总括热吸收率系数等方式模拟故障的发生,分别采用数据驱动的PCA和KPCA方法进行过程监测。仿真研究表明,经典的PCA方法对于该模型的检测率不高,这是由于模型是高阶次的,存在严重的非线性。KPCA对故障检测率有明显的提高。