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，對帶鋼軋制過程和層流冷卻過程的傳熱現(xiàn)象和冶金行為進行了建模和實驗研究。建立了熱軋帶鋼精軋混合式溫度模型，準確預(yù)測了帶鋼溫度的厚度分布，用于實際生產(chǎn)中的終軋溫度預(yù)測；開發(fā)了熱軋冷卻過程中的溫度和相變

2、耦合數(shù)值模型，充分考慮了帶鋼冷卻過程中的物理冶金變化行為和溫度對熱物性參數(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，并對模型參數(shù)進行了鋼種和厚度的修正；通過對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，在兼顧效率的同時提高了溫度模型的預(yù)

3、測精度。生產(chǎn)應(yīng)用中，采用短時、長時自學(xué)習(xí)方法對換熱系數(shù)進行在線修正，進一步提高模型的預(yù)測精度和穩(wěn)定性。 2)建立以相變潛熱為內(nèi)熱源的溫度耦合計算模型，并采用變分法對模型中的非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程進行離散化；考慮層流冷卻過程中的相變對帶鋼溫度的影響，建立空冷區(qū)和水冷區(qū)的奧氏體冷卻相變動力學(xué)模型，并利用迭代法實現(xiàn)溫度和相變的非線性耦合計算；耦合模型中考慮了換熱系數(shù)與帶鋼運行速度之間的關(guān)系，并引入了變熱物性參數(shù)的計算。對雙相高強鋼特殊冷卻條

4、件下的溫度進行模擬計算和試驗，結(jié)果表明模型精度達到生產(chǎn)工藝要求。 3)以某鋼廠熱軋線的三種碳鋼為實驗樣本，采用實驗手段測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)，用于溫度場定量計算，消除了傳統(tǒng)模型中對熱物性參數(shù)進行常值處理所帶來的計算誤差。 4)建立的熱軋帶鋼精軋混合式溫度模型通過某鋼廠熱軋線的終軋溫度設(shè)定系統(tǒng)進行驗證。仿真和實驗結(jié)果