軋制溫度計(jì)算機(jī)模擬研究

摘 要：溫度在熱連軋軋制過(guò)程中起著重要的作用，本文研究了熱連軋精軋軋制過(guò)程中的傳熱形式，給出了溫度預(yù)報(bào)的計(jì)算方式，建立了熱連軋精軋離線溫度預(yù)報(bào)模擬軟件，通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了預(yù)報(bào)模型的正確性。

關(guān)鍵詞：熱連軋；溫度模擬計(jì)算；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.107

軋制溫度在熱連軋生產(chǎn)過(guò)程中是一個(gè)十分重要的因素，直接影響到熱軋帶鋼的產(chǎn)品的穩(wěn)定性。準(zhǔn)確的計(jì)算軋制環(huán)節(jié)的溫度變化是實(shí)現(xiàn)熱連軋計(jì)算機(jī)控制的重要前提，對(duì)實(shí)際軋制過(guò)程的溫度控制有著重要的作用[1]。溫度模擬計(jì)算是在帶鋼軋制之前通過(guò)溫度模型計(jì)算各機(jī)架的軋制溫度及終軋溫度。由此可見(jiàn)帶鋼溫度模擬計(jì)算準(zhǔn)確性是決定精軋速度、軋制力預(yù)測(cè)精度、輥縫設(shè)定準(zhǔn)確性等的關(guān)鍵因素，更是提高軋制穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在[1]。

1 軋制過(guò)程帶鋼的傳熱方式

軋制過(guò)程存在著輻射、對(duì)流、熱傳導(dǎo)、變形熱、摩擦升熱等多種相互交替的熱量轉(zhuǎn)換方式。在軋制過(guò)程中，影響帶鋼溫度變化的因素十分復(fù)雜，為了便于過(guò)程的設(shè)定計(jì)算，假定[2]：

（1）忽略傳送輥道對(duì)軋件溫度的影響；

（2）假定溫度在帶鋼厚度方向上均勻分布，假設(shè)軋件上下表面熱量得失完全對(duì)稱，而且沿厚度和寬度方向溫度均勻；

（3）將帶鋼在軋制過(guò)程中的傳熱簡(jiǎn)單劃分成各個(gè)區(qū)域，并將各區(qū)域的傳熱方式單一化，即只計(jì)算各區(qū)域的主要傳熱，而忽略其它方式的傳熱；

當(dāng)帶鋼位于某一傳熱區(qū)域，如空冷傳熱區(qū)域時(shí)，只考慮帶鋼對(duì)空氣輻射散熱；當(dāng)處于噴嘴作用區(qū)域時(shí)，只考慮水冷強(qiáng)制對(duì)流散熱；處于軋制區(qū)域時(shí)，考慮帶鋼與工作輥的接觸導(dǎo)熱、帶鋼與工作輥的摩擦升熱以及帶鋼因變形而升溫。

2 軋制過(guò)程的溫度計(jì)算

2.1 空冷區(qū)的溫度計(jì)算

帶鋼自由表面在空冷過(guò)程中，溫降主要是輻射造成的熱量損失，同時(shí)也存在自然對(duì)流冷卻（空氣）。輻射的熱量損失與溫度的四次方成正比，因此在高溫時(shí)輻射損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了自然對(duì)流損失，當(dāng)軋件溫度在1000℃左右時(shí)自然對(duì)流熱量損失只占總熱量損失的5%左右[3，4]，因此可以只考慮輻射損失。

2.2 水冷區(qū)的溫度計(jì)算

水冷區(qū)包括三種類型的冷卻區(qū)域：除磷水冷區(qū)（FSB），軋輥冷卻水冷區(qū)，機(jī)架間噴水冷卻區(qū)，三者模型形式相同，區(qū)別在于水冷熱交流換熱系數(shù)不同。水和帶鋼表面接觸將使軋件產(chǎn)生溫降，這種熱量損失屬于強(qiáng)迫對(duì)流。

2.3 軋制區(qū)的溫度計(jì)算

目前所有的溫降模型以粗軋區(qū)出口點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度作為依據(jù)，由此來(lái)計(jì)算精軋區(qū)的各種溫度參數(shù)。由粗軋出口實(shí)測(cè)溫度作為初始溫度，經(jīng)過(guò)粗軋與精軋之間的中間輥道，這區(qū)間按照空冷溫降模型計(jì)算精軋開(kāi)軋溫度，公式中的帶鋼輻射率根據(jù)保溫罩開(kāi)啟個(gè)數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算。

軋制過(guò)程中的冷卻區(qū)域劃分如圖1所示。如果機(jī)架間噴水開(kāi)啟，區(qū)域④則按照水冷計(jì)算，噴水關(guān)閉時(shí)按照空冷計(jì)算。

軋件在軋輥中軋制的溫度取決于以下三種因素：軋件與軋輥間的熱傳導(dǎo)而引起的溫降，因變形熱引起的溫升，因摩擦熱引起的溫升。

3 軋制溫度的模擬計(jì)算

3.1 精軋機(jī)組溫度預(yù)報(bào)計(jì)算程序框圖

3.2 驗(yàn)證

在精軋機(jī)組的出口處有高溫檢測(cè)計(jì)，帶鋼在精軋出口的溫度可以直接測(cè)量。根據(jù)上述模型，編制了熱連軋精軋終軋溫度設(shè)定離線模擬軟件，選取鋼種為Q235B和510L兩種帶鋼，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際軋制參數(shù)，計(jì)算帶鋼在精軋機(jī)組中軋制過(guò)程各機(jī)架軋制溫度和終軋溫度的預(yù)報(bào)值，與現(xiàn)場(chǎng)間接測(cè)量值和直接測(cè)量值做比較，如圖3、圖4所示：

通過(guò)大量收集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際軋制數(shù)據(jù)，利用本文所述模型計(jì)算出的帶鋼軋制溫度與實(shí)際值之差在15℃之內(nèi)，驗(yàn)證了所建模型的正確性。

4 結(jié)論

本文針對(duì)熱連軋精軋機(jī)組間熱量的傳遞方式進(jìn)行了詳細(xì)的研究，建立了精軋溫度預(yù)報(bào)模型，通過(guò)終軋溫度預(yù)報(bào)的模擬計(jì)算，驗(yàn)證了模型的正確性。所做的研究工作對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)起到了較好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝孔林，單旭沂，巴利穎.2050mm熱軋終軋溫度預(yù)測(cè)模型優(yōu)化[J].軋鋼，2006，23（04）：45-47.

[2]龔殿堯，徐建中，薛文穎，劉相華，王國(guó)棟.熱連軋帶鋼終軋溫度模擬軟件開(kāi)發(fā)[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2007，19（01）：60-62.

[3]孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[4]王國(guó)棟，吳國(guó)良等.板帶軋制理論與實(shí)踐[M].1989.

作者簡(jiǎn)介：高云紅（1978-），女，山東臨朐人，講師，研究方向：控制理論與控制工程。endprint