[發明專利]一種層流冷卻溫度場的建模方法及系統

有效

• 申請號: 201310479981.8
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103559334B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 李曦;李雙宏;楊杰;王奕;張琳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，具體而言，它是一種層流冷卻溫度場的建模方法及系統。

背景技術

鋼鐵工業是支持國民經濟發展的重要支柱產業，現代鋼鐵工業的發展水平是一個國家技術進步和綜合國力的重要體現。對于熱軋帶鋼，其性能不僅取決于熱軋工藝，更決定于軋制之后的控制冷卻技術。熱卷取溫度能否控制在要求范圍之內，則主要取決于對精軋機后熱帶鋼冷卻系統的控制。

通常卷取溫度隨鋼種變化而變化，即使相同鋼種，如果碳等微量元素的含量不同，卷取溫度也有不同的要求。多數鋼種的卷取溫度在670℃以下，約為570℃～650℃。通常，熱帶鋼從精軋機組出來的終軋溫度約為800℃～900℃，而大部份熱軋鋼生產線的輸出輥道都在幾十到一百多米，帶鋼在此段輥道上的運行時間一般為幾秒到幾十秒之間。在如此短的時間內要使帶鋼溫度降低200℃～350℃，僅靠帶鋼在輸出輥道上的自然冷卻是不可能的，必須要在輸出輥道上設置高效率冷卻的噴水裝置，對帶鋼上下表面噴水進行強制冷卻，并對噴水量進行準確控制，以滿足卷取溫度的控制要求。

由于鋼板的性能與鋼板內部溫度分布以及變化速率有關，因此對鋼板內部的溫度場的計算測量就是冶金領域非常重要的問題，但是，由于軋后水冷過程中會產生水蒸氣使鋼板表面的溫度測量非常困難，而且現有科技條件下鋼板內部溫度是不可測量的，因此一般情況下在工業生產中采用建立溫度場的模型方法，通過溫度場的模型來計算鋼板內部溫度的分布和變化速率。現有的溫度場模型一般只考慮厚度方向的一維的溫度場忽略長度方向的溫度波動，或者有些薄鋼板只考慮長度方向的溫度場而將厚度方向的溫度差異忽略。有些層流冷卻溫度場模型考慮了長度和厚度方向的溫度場，但是僅僅是某一時刻的溫度分布，無法對整個生產過程中每個時刻的溫度場都進行描述。

發明內容

本發明針對現有帶剛溫度場建模方法的不足，提供一種帶鋼層流冷卻溫度場的建模方法及系統，其目的在于能夠確定鋼板在層流冷卻過程中每個時刻的溫度值，同時獲取鋼板在厚度和長度方向的溫度場，對層流冷卻生產過程有很好的指導作用，克服了現有技術溫度測量不全面和實時性差的問題。

一種熱軋帶鋼層流冷卻溫度場建模方法，包括以下步驟：

（1）帶鋼網格劃分步驟：

將帶鋼沿長度和厚度方向劃分為網格，令第i段第j層的鋼塊表示為（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示總段數，N表示總層數；

（2）鋼段冷卻模式確定步驟：

將帶鋼運動轉換為冷水閥門的反向同速運動，計算當前時刻冷水閥門相對帶鋼的位置；若帶鋼的第i段鋼正對冷水閥門處，則判定第i段鋼處于水冷散熱模式，否則，判定第i段鋼處于空冷散熱模式；

（3）鋼塊溫度計算步驟，包括表面鋼塊溫度計算子步驟和內部鋼塊溫度溫度計算子步驟，具體為：

表面鋼塊溫度計算子步驟：計算第i段鋼上表面鋼塊（i,1）和下表面鋼塊（i,N）的熱含量變化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_輻射+dQ_表面對流+dQ_{內節點傳熱}，dQ_輻射表示鋼塊（i,1）或（i,N）表面輻射的熱量變化率，dQ_表面對流表示鋼塊（i,1）或（i,N）在水冷散熱模式下或空冷散熱模式下的對流散熱變化率，dQ_{內節點傳熱}表示鋼塊（i,1）或（i,N）與其同段鋼內相鄰節點的傳熱變化率；對第i段鋼表面鋼塊（i,1）和（i,N）的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,1）和（i,N）在當前時刻的溫度；

內部鋼塊溫度溫度計算子步驟：計算第i段鋼內的鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；對第i段鋼內部鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1的熱含量變化率積分運算得到鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的熱量，進而確定鋼塊（i,j）,j＝1,…,N-1在當前時刻的溫度。

進一步地，所述鋼塊（i,1）或（i,N）在水冷散熱模式下或空冷散熱的對流散熱變化率dQ_表面對流的計算方法為：

dQ_表面對流＝F·α·(T′-T₀)·dτ