轧制温度计算机模拟研究

摘 要：温度在热连轧轧制过程中起着重要的作用，本文研究了热连轧精轧轧制过程中的传热形式，给出了温度预报的计算方式，建立了热连轧精轧离线温度预报模拟软件，通过计算验证了预报模型的正确性。

关键词：热连轧；温度模拟计算；研究

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

轧制温度在热连轧生产过程中是一个十分重要的因素，直接影响到热轧带钢的产品的稳定性。准确的计算轧制环节的温度变化是实现热连轧计算机控制的重要前提，对实际轧制过程的温度控制有着重要的作用[1]。温度模拟计算是在带钢轧制之前通过温度模型计算各机架的轧制温度及终轧温度。由此可见带钢温度模拟计算准确性是决定精轧速度、轧制力预测精度、辊缝设定准确性等的关键因素，更是提高轧制稳定性的关键所在[1]。

1 轧制过程带钢的传热方式

轧制过程存在着辐射、对流、热传导、变形热、摩擦升热等多种相互交替的热量转换方式。在轧制过程中，影响带钢温度变化的因素十分复杂，为了便于过程的设定计算，假定[2]：

（1）忽略传送辊道对轧件温度的影响；

（2）假定温度在带钢厚度方向上均匀分布，假设轧件上下表面热量得失完全对称，而且沿厚度和宽度方向温度均匀；

（3）将带钢在轧制过程中的传热简单划分成各个区域，并将各区域的传热方式单一化，即只计算各区域的主要传热，而忽略其它方式的传热；

当带钢位于某一传热区域，如空冷传热区域时，只考虑带钢对空气辐射散热；当处于喷嘴作用区域时，只考虑水冷强制对流散热；处于轧制区域时，考虑带钢与工作辊的接触导热、带钢与工作辊的摩擦升热以及带钢因变形而升温。

2 轧制过程的温度计算

2.1 空冷区的温度计算

带钢自由表面在空冷过程中，温降主要是辐射造成的热量损失，同时也存在自然对流冷却（空气）。辐射的热量损失与温度的四次方成正比，因此在高温时辐射损失远远超过了自然对流损失，当轧件温度在1000℃左右时自然对流热量损失只占总热量损失的5%左右[3，4]，因此可以只考虑辐射损失。

2.2 水冷区的温度计算

水冷区包括三种类型的冷却区域：除磷水冷区（FSB），轧辊冷却水冷区，机架间喷水冷却区，三者模型形式相同，区别在于水冷热交流换热系数不同。水和带钢表面接触将使轧件产生温降，这种热量损失属于强迫对流。

2.3 轧制区的温度计算

目前所有的温降模型以粗轧区出口点实测温度作为依据，由此来计算精轧区的各种温度参数。由粗轧出口实测温度作为初始温度，经过粗轧与精轧之间的中间辊道，这区间按照空冷温降模型计算精轧开轧温度，公式中的带钢辐射率根据保温罩开启个数进行插值计算。

轧制过程中的冷却区域划分如图1所示。如果机架间喷水开启，区域④则按照水冷计算，喷水关闭时按照空冷计算。

轧件在轧辊中轧制的温度取决于以下三种因素：轧件与轧辊间的热传导而引起的温降，因变形热引起的温升，因摩擦热引起的温升。

3 轧制温度的模拟计算

3.1 精轧机组温度预报计算程序框图

3.2 验证

在精轧机组的出口处有高温检测计，带钢在精轧出口的温度可以直接测量。根据上述模型，编制了热连轧精轧终轧温度设定离线模拟软件，选取钢种为Q235B和510L两种带钢，并结合现场实际轧制参数，计算带钢在精轧机组中轧制过程各机架轧制温度和终轧温度的预报值，与现场间接测量值和直接测量值做比较，如图3、图4所示：

通过大量收集现场的实际轧制数据，利用本文所述模型计算出的带钢轧制温度与实际值之差在15℃之内，验证了所建模型的正确性。

4 结论

本文针对热连轧精轧机组间热量的传递方式进行了详细的研究，建立了精轧温度预报模型，通过终轧温度预报的模拟计算，验证了模型的正确性。所做的研究工作对新产品开发起到了较好的指导作用。

参考文献：

[1]祝孔林，单旭沂，巴利颖.2050mm热轧终轧温度预测模型优化[J].轧钢，2006，23（04）：45-47.

[2]龚殿尧，徐建中，薛文颖，刘相华，王国栋.热连轧带钢终轧温度模拟软件开发[J].钢铁研究学报，2007，19（01）：60-62.

[3]孙一康.带钢热连轧的模型与控制[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[4]王国栋，吴国良等.板带轧制理论与实践[M].1989.

作者简介：高云红（1978-），女，山东临朐人，讲师，研究方向：控制理论与控制工程。endprint