[发明专利]一种层流冷却温度场的建模方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体而言，它是一种层流冷却温度场的建模方法及系统。

背景技术

钢铁工业是支持国民经济发展的重要支柱产业，现代钢铁工业的发展水平是一个国家技术进步和综合国力的重要体现。对于热轧带钢，其性能不仅取决于热轧工艺，更决定于轧制之后的控制冷却技术。热卷取温度能否控制在要求范围之内，则主要取决于对精轧机后热带钢冷却系统的控制。

通常卷取温度随钢种变化而变化，即使相同钢种，如果碳等微量元素的含量不同，卷取温度也有不同的要求。多数钢种的卷取温度在670℃以下，约为570℃～650℃。通常，热带钢从精轧机组出来的终轧温度约为800℃～900℃，而大部份热轧钢生产线的输出辊道都在几十到一百多米，带钢在此段辊道上的运行时间一般为几秒到几十秒之间。在如此短的时间内要使带钢温度降低200℃～350℃，仅靠带钢在输出辊道上的自然冷却是不可能的，必须要在输出辊道上设置高效率冷却的喷水装置，对带钢上下表面喷水进行强制冷却，并对喷水量进行准确控制，以满足卷取温度的控制要求。

由于钢板的性能与钢板内部温度分布以及变化速率有关，因此对钢板内部的温度场的计算测量就是冶金领域非常重要的问题，但是，由于轧后水冷过程中会产生水蒸气使钢板表面的温度测量非常困难，而且现有科技条件下钢板内部温度是不可测量的，因此一般情况下在工业生产中采用建立温度场的模型方法，通过温度场的模型来计算钢板内部温度的分布和变化速率。现有的温度场模型一般只考虑厚度方向的一维的温度场忽略长度方向的温度波动，或者有些薄钢板只考虑长度方向的温度场而将厚度方向的温度差异忽略。有些层流冷却温度场模型考虑了长度和厚度方向的温度场，但是仅仅是某一时刻的温度分布，无法对整个生产过程中每个时刻的温度场都进行描述。

发明内容

本发明针对现有带刚温度场建模方法的不足，提供一种带钢层流冷却温度场的建模方法及系统，其目的在于能够确定钢板在层流冷却过程中每个时刻的温度值，同时获取钢板在厚度和长度方向的温度场，对层流冷却生产过程有很好的指导作用，克服了现有技术温度测量不全面和实时性差的问题。

一种热轧带钢层流冷却温度场建模方法，包括以下步骤：

（1）带钢网格划分步骤：

将带钢沿长度和厚度方向划分为网格，令第i段第j层的钢块表示为（i,j），i＝1,…,M，j＝1,…,N，M表示总段数，N表示总层数；

（2）钢段冷却模式确定步骤：

将带钢运动转换为冷水阀门的反向同速运动，计算当前时刻冷水阀门相对带钢的位置；若带钢的第i段钢正对冷水阀门处，则判定第i段钢处于水冷散热模式，否则，判定第i段钢处于空冷散热模式；

（3）钢块温度计算步骤，包括表面钢块温度计算子步骤和内部钢块温度温度计算子步骤，具体为：

表面钢块温度计算子步骤：计算第i段钢上表面钢块（i,1）和下表面钢块（i,N）的热含量变化dQ_(i,1)＝dQ_(i,N)＝dQ_辐射+dQ_表面对流+dQ_{内节点传热}，dQ_辐射表示钢块（i,1）或（i,N）表面辐射的热量变化率，dQ_表面对流表示钢块（i,1）或（i,N）在水冷散热模式下或空冷散热模式下的对流散热变化率，dQ_{内节点传热}表示钢块（i,1）或（i,N）与其同段钢内相邻节点的传热变化率；对第i段钢表面钢块（i,1）和（i,N）的热含量变化率积分运算得到钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,1）和（i,N）在当前时刻的温度；

内部钢块温度温度计算子步骤：计算第i段钢内的钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率dQ_(i,j)＝dQ_(i,j-1)+dQ_(i,j+1)；对第i段钢内部钢块（i,j）,j＝1,…,N-1的热含量变化率积分运算得到钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的热量，进而确定钢块（i,j）,j＝1,…,N-1在当前时刻的温度。

进一步地，所述钢块（i,1）或（i,N）在水冷散热模式下或空冷散热的对流散热变化率dQ_表面对流的计算方法为：

dQ_表面对流＝F·α·(T′-T₀)·dτ