[發(fā)明專利]一種方坯加熱過程溫度分布的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710075208.3
• 申請(qǐng)日: 2017-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN106874591B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈志成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中冶華天南京工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 11327 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳英俊;張寧<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=

本發(fā)明公開了一種方坯加熱過程溫度分布的計(jì)算方法，屬于冶金自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域。所述計(jì)算方法包括：選取計(jì)算域并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，且計(jì)算域中包含水梁；確定不同于板坯加熱的邊界條件，方坯兩側(cè)采用上、下爐膛綜合換熱量；建立方坯內(nèi)部導(dǎo)熱的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程；求解方程，輸出方坯溫度分布。本發(fā)明解決了由于方坯界面的寬、高比，不同于板坯而使板坯溫度分布計(jì)算方法不適用于方坯的問題，且在計(jì)算中充分考慮了水梁對(duì)方坯加熱的影響，使計(jì)算得到的方坯升溫曲線更加接近實(shí)測(cè)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域，具體地，特別涉及一種方坯加熱過程溫度分布的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

軋制工序是鋼鐵生產(chǎn)的重要工序，其能耗約占整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的10％，而加熱爐則是軋鋼生產(chǎn)中最主要的能耗設(shè)備。在現(xiàn)有技術(shù)裝備和工藝生產(chǎn)條件下，通過開發(fā)加熱爐模型，預(yù)測(cè)在加熱爐運(yùn)行過程中鋼坯內(nèi)部的溫度分布變化情況，從而提供優(yōu)化的爐溫設(shè)定值，減少燃?xì)庀模瑢?duì)于降低加熱爐能耗，提高生產(chǎn)效率，具有顯著意義。

目前熱軋加熱爐溫度模型的研究主要集中在板坯加熱爐方面，研究方法主要包括利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬的方法，以及通過對(duì)板坯傳熱的基本數(shù)學(xué)物理方法進(jìn)行數(shù)值求解的方法。CFD方法主要用于描述板坯爐內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)過程，而數(shù)值方法可用于預(yù)測(cè)板坯在爐內(nèi)加熱過程。

但是，方坯由于界面的寬、高比，爐內(nèi)布料等特點(diǎn)，在模型開發(fā)上與板坯存在明顯的不同，主要表現(xiàn)在側(cè)面熱流密度的計(jì)算上，所以板坯加熱爐溫度模型的計(jì)算方法并不能完全適用于方坯溫度分布的計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種方坯加熱過程溫度分布的計(jì)算方法，以解決現(xiàn)有板坯加熱爐溫度模型計(jì)算方法不能完全適用于方坯溫度分布計(jì)算的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述方坯加熱過程溫度分布的計(jì)算方法，在加熱爐中分布有活動(dòng)梁，活動(dòng)梁中設(shè)置有水梁，所述計(jì)算方法包括以下步驟:

(1)選取計(jì)算域并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，且計(jì)算域中包含水梁；

(2)確定邊界條件如下：

方坯上表面采用綜合熱流密度邊界條件：

方坯下表面與水梁接觸處采用第三類邊界條件：

方坯下表面其他位置采用綜合熱流密度邊界條件：

方坯兩側(cè)采用上下爐膛綜合換熱量：q_L＝αq_T+(1-α)q_B，

式中，為熱流密度，單位W/m²；σ為玻爾茲曼常數(shù)，5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；為總括熱吸收率；h為換熱系數(shù)，單位W/(m²·K)；T_w為水梁內(nèi)水溫，單位K；T_f為爐溫，單位K；T_s為方坯表面溫度，單位K；q_L為方坯側(cè)面換熱量，單位W；q_T為方坯上表面換熱量，單位W；q_B為方坯下表面換熱量，單位W；α為系數(shù)，且0＜α＜1；

(3)建立二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程；

(4)求解方程，輸出方坯溫度分布。

優(yōu)選的，在步驟(1)中，對(duì)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，在活動(dòng)梁中的水梁與方坯表面接觸處對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，其他位置成比例疏松網(wǎng)格劃分。

優(yōu)選的，假設(shè)爐溫呈分段線性分布，是沿爐長(zhǎng)方向分布的函數(shù)；熱交換過程中，忽略方坯氧化鐵皮的影響；加熱過程中方坯在爐內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)。