中厚板轧制程轧件温度场模型建立与研究

论文摘要

中厚板生产是钢板的热加工过程,加热、轧制、冷却、剪切等生产工序均是在特定的温度范围内进行的,随着生产的进行,钢板的温度场在不断变化中,与之对应的是,钢板的内在组织结构和应力状态也在不断演变中。钢板温度场的精确预测和控制,不仅是实现产品尺寸高精度控制的基础,更为重要的,是实现钢板组织演变、综合性能预测和控制的保证。本文以国内某中厚板生产线自动化控制系统改造项目为背景,对轧制过程中轧件温度场模型进行深入研究,充分考虑轧制过程各项因素对轧件温度场产生的影响,建立轧制各阶段的换热系数计算模型,采用绝对收敛的隐式差分法进行求解。选取该厂轧制日志中记录的数据进行计算,对比计算结果与实测表面温度,缩小模型计算值与实测温度间的偏差。研究主要内容如下：（1）基于传热学基本原理,建立中厚板轧制过程轧件温度场模型。分析轧制过程中热量传递的三种方式,根据中厚板特点提出适合中厚板温度场计算的一维导热微分方程,对轧件进行空间和时间上的离散并构建其差分格式,推导隐式差分法求解温度场的轧件表面和内部节点计算公式。（2）轧制各阶段换热系数的确定与调优。分别计算空冷、除鳞和轧制阶段的换热系数,打破以往对轧件温度分布以厚度中心线对称的假设,空冷阶段分别考虑轧件与空气对流和与辊道接触对计算上下表面换热系数的影响,并根据不同氧化铁皮厚度对换热系数进行修正；计算除鳞阶段由于冷却液逆向流动造成的钢板头尾温差；轧制阶段同时考虑轧件与轧辊接触和塑性变形造成的温度变化。（3）轧制过程轧件温度场实时计算系统开发。在VC++6.0环境下采用基于对话框的MFC进行编程,该系统可以作为独立进程进行计算,该系统具有良好人机交互界面,实时显示轧制各阶段的轧件心部、表面和平均温度。（4）离线程序仿真现场计算。采用本文中编写的温度场实时计算系统调用该中板厂轧制日志中轧制数据离线计算轧制各阶段轧件温度场,分别对比本文计算值和原模型计算值与实测表面温度之间的偏差得出本文模型计算精度优于该厂原有温度计算模型,说明该系统具有现场实际应用的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的和意义
• 1.2 中厚板生产的发展趋势
• 1.2.1 国内外中厚板轧机发展
• 1.2.2 中厚板轧制过程控制技术的发展
• 1.3 中厚板轧制过程温度计算的发展
• 1.3.1 国外轧制过程温度模型
• 1.3.2 国内轧制过程温度模型
• 1.4 温度场数值解计算方法
• 1.4.1 有限元法
• 1.4.2 有限差分法
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 中厚板轧制过程轧件温度场数学模型
• 2.1 传热学基本原理
• 2.1.1 辐射换热
• 2.1.2 对流换热
• 2.1.3 热传导
• 2.2 导热微分方程定解条件
• 2.3 有限差分法求解温度场
• 2.3.1 导热微分方程
• 2.3.2 区域离散化
• 2.3.3 构建差分格式
• 2.3.4 计算平均温度
• 2.4 模型中物性参数
• 2.5 模型中物性参数
• 2.5.1 比热
• 2.5.2 导热系数
• 2.6 本章小结
• 第3章 换热系数确定与调优
• 3.1 空冷阶段
• 3.1.1 热辐射
• 3.1.2 对流换热
• 3.2 除鳞阶段
• 3.3 轧辊热传导与塑性功
• 3.3.1 轧辊热传导
• 3.3.2 塑性功
• 3.4 换热系数自学习
• 3.4.1 自学习模型概述
• 3.4.2 轧制各阶段换热系数自学习修正
• 3.5 本章小结
• 第4章 轧件温度场实时计算系统开发
• 4.1 中厚板轧制过程自动控制系统
• 4.1.1 轧制过程系统的总体结构
• 4.1.2 轧制过程系统的硬件组成
• 4.1.3 轧制过程系统的软件组成
• 4.2 轧制模型设定与子系统
• 4.3 轧件温度场计算系统开发
• 4.3.1 Visual C++概述
• 4.3.2 轧件温度场实时计算系统需求分析
• 4.3.3 轧件温度场实时计算系统设计
• 4.4 系统中重要模型参数的设定
• 4.4.1 厚度方向节点数
• 4.4.2 除鳞阶段换热系数
• 4.5 温度预测精度
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢