特厚板轧后冷却过程控制模型研究与应用

论文摘要

在特厚板生产中,控制轧制与控制冷却是提高产品质量性能重要技术,并在实际生产中得到了广泛的应用。本文通过对特厚板冷却系统的研究,建立特厚板冷却过程的控制模型,通过数值模拟分析确定冷却过程控制策略,并根据相应的条件进行热轧实验。主要研究内容和成果如下：(1)在对某厂层流冷却系统和主要设备进行了详细介绍的基础上,对层流冷却控制系统中基础自动化和过程自动化各自的功能做了描述。对过程自动化控制系统的预设定、修正设定和自学习的计算过程进行了研究。(2)学习传热学基本理论,建立空冷和水冷换热系数模型,并确定了温降过程物性参数的选取。以有限差分数学基础建立特厚板轧后冷却过程的温度场计算模型。(3)建立了冷却控制过程计算模型,根据已知参数计算冷却规程控制参数,如：水流密度、开启集管数量、集管排布形式、往复冷却次数等冷却过程参数的计算和设定。针对往复式冷却方式,确定了板材往复范围,并对其往复过程进行位置跟踪,以顺利实现冷却过程。(4)利用有限元模拟软件,对特厚板的冷却过程进行了深入研究。对不同厚度的钢板先以通过式冷却方式进行冷却,而对于较厚的钢板冷却后不能达到要求,则使钢板分为三次、五次往复通过冷却区。水冷时随着板材厚度的增加,钢板表面与中心的温差也增大；返红时,钢板表面温度回升,心部温度则略有下降。(5)分析了不同冷却方式对冷却过程温度场的影响。得出往复式冷却和小间隙稀疏冷却可以有效降低表面与心部的温差,提高厚度方向温度的均匀性。(6)利用实验室实验轧机轧后冷却装置进行冷却实验,分析冷却过程的模拟结果与热轧实验结果表明：模拟结果与实验结果变化一致且有一定的精度,表明模拟时建立的模型符合实际要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 控制冷却的发展史
• 1.3 控制冷却的基本原理
• 1.4 控制冷却方式的发展
• 1.4.1 喷射冷却
• 1.4.2 喷雾冷却
• 1.4.3 层流冷却
• 1.4.4 水幕冷却
• 1.4.5 气雾冷却
• 1.5 中厚板冷却技术的发展与应用
• 1.5.1 加速冷却
• 1.5.2 直接淬火
• 1.5.3 超快速冷却
• 1.6 厚板轧后冷却控制的难点
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 特厚板控制冷却工艺
• 2.1 层流冷却工艺
• 2.1.1 层流冷却原理
• 2.1.2 层流冷却系统特点
• 2.1.3 层流冷却系统设备组成
• 2.1.4 层流冷却系统设备简介
• 2.2 层流冷却控制系统
• 2.2.1 层流冷却控制系统总体概况
• 2.2.2 控制冷却基础自动化控制系统功能
• 2.2.3 控制冷却过程自动化控制系统功能
• 2.3 控制冷却系统流程图
• 2.3.1 预设定计算
• 2.3.2 修正设定计算
• 2.3.3 自学习
• 2.4 往复式冷却往复过程的实现
• 2.4.1 往复冷却规程的确定
• 2.4.2 往复区域的确定
• 2.4.3 往复过程板材位置跟踪
• 2.5 本章小结
• 第3章 特厚板冷却数学模型
• 3.1 有限差分温降模型
• 3.1.1 有限差分数学基础
• 3.1.2 有限差分温降模型
• 3.2 冷却过程中的传热方程
• 3.2.1 冷却过程中的辐射传热
• 3.2.2 水冷过程中的对流传热
• 3.2.3 冷却过程中的传导传热
• 3.3 冷却模型的研究
• 3.3.1 空冷换热系数模型
• 3.3.2 水冷换热系数模型
• 3.3.3 比热系数的选取
• 3.3.4 热传导系数的选取
• 3.3.5 钢板平均温度的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 控冷过程钢板温度场模拟与分析
• 4.1 水冷过程极限分析
• 4.2 水冷过程数值分析
• 4.2.1 钢板厚度对温度场的影响
• 4.2.2 水流密度对温度场的影响
• 4.2.3 钢板头部、中部、尾部的温度场变化
• 4.2.4 钢板冷却后返红现象
• 4.3 不同集管排布方式的冷却
• 4.4 本章小结
• 第5章 冷却过程实验研究
• 5.1 实验材料和工艺要求
• 5.2 冷却规程
• 5.3 结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢