熱軋帶鋼溫度建模和數(shù)值模擬.pdf

1、在熱連軋生產(chǎn)與控制中，帶鋼的溫度是直接影響產(chǎn)品尺寸精度及組織性能的重要因素之一。高精度的溫度控制不僅可以提高軋制穩(wěn)定性，也可改變成品帶鋼的晶相組織，細(xì)化帶鋼晶粒，提高產(chǎn)品力學(xué)性能、物理性能和加工性能。 結(jié)合某鋼廠熱軋生產(chǎn)線的熱連軋工藝，對(duì)帶鋼軋制過(guò)程和層流冷卻過(guò)程的傳熱現(xiàn)象和冶金行為進(jìn)行了建模和實(shí)驗(yàn)研究。建立了熱軋帶鋼精軋混合式溫度模型，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了帶鋼溫度的厚度分布，用于實(shí)際生產(chǎn)中的終軋溫度預(yù)測(cè)；開發(fā)了熱軋冷卻過(guò)程中的溫度和相變

2、耦合數(shù)值模型，充分考慮了帶鋼冷卻過(guò)程中的物理冶金變化行為和溫度對(duì)熱物性參數(shù)的影響，模型用于新帶鋼產(chǎn)品的研發(fā)。本文的主要研究工作和創(chuàng)新如下： 1)采用有限差分法計(jì)算軋制區(qū)的溫度變化，替換了傳統(tǒng)溫度設(shè)定系統(tǒng)中計(jì)算誤差較大的軋制溫升和接觸熱傳導(dǎo)模型；采用解析式建立了空冷模型和指數(shù)形式水冷模型，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了鋼種和厚度的修正；通過(guò)對(duì)帶鋼表面溫度和平均溫度的換算，建立了差分和解析式并存的混合溫度模型，在兼顧效率的同時(shí)提高了溫度模型的預(yù)

3、測(cè)精度。生產(chǎn)應(yīng)用中，采用短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)自學(xué)習(xí)方法對(duì)換熱系數(shù)進(jìn)行在線修正，進(jìn)一步提高模型的預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)定性。 2)建立以相變潛熱為內(nèi)熱源的溫度耦合計(jì)算模型，并采用變分法對(duì)模型中的非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程進(jìn)行離散化；考慮層流冷卻過(guò)程中的相變對(duì)帶鋼溫度的影響，建立空冷區(qū)和水冷區(qū)的奧氏體冷卻相變動(dòng)力學(xué)模型，并利用迭代法實(shí)現(xiàn)溫度和相變的非線性耦合計(jì)算；耦合模型中考慮了換熱系數(shù)與帶鋼運(yùn)行速度之間的關(guān)系，并引入了變熱物性參數(shù)的計(jì)算。對(duì)雙相高強(qiáng)鋼特殊冷卻條

4、件下的溫度進(jìn)行模擬計(jì)算和試驗(yàn)，結(jié)果表明模型精度達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。 3)以某鋼廠熱軋線的三種碳鋼為實(shí)驗(yàn)樣本，采用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定不同溫度下的熱物性參數(shù)，研究了帶鋼的熱導(dǎo)率、比熱、熱膨脹系數(shù)和密度與帶鋼溫度的關(guān)系，并采用最小二乘法建立了熱物性參數(shù)的分段函數(shù)，用于溫度場(chǎng)定量計(jì)算，消除了傳統(tǒng)模型中對(duì)熱物性參數(shù)進(jìn)行常值處理所帶來(lái)的計(jì)算誤差。 4)建立的熱軋帶鋼精軋混合式溫度模型通過(guò)某鋼廠熱軋線的終軋溫度設(shè)定系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果