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1、冶金与材料工程学院第一届“赛课计划”之创新设计设计名称：中厚板轧制终轧温度的影响及控制专业班级：材控应 08 组长：张章成员：任万波、高道峰、程力、蒋洪军评语：中厚板轧制终轧温度的影响及控制摘 要：结合中厚板轧制的特点，给出了中厚板轧制温度的计算模型，模型考虑了热辐射和对流传热、高压水除鳞，轧辊的热传导和塑性功对轧机温度变化的影响。分析了待温时间、轧制速度、出炉温度和轧制道次对终轧温度的影响，为中厚板轧制温度控制提供了依据。关键字： 中厚板；温度模型；终轧温度；影响因素Influencing factors on finishing temperature of plate rolling A
2、bstract: Based on the character of plate rolling, the temperature model was developed by considering the influence of radiation, convection, water descaling, roll conductivity and deformation energy. Factors that affect the finishing temperature of the plate were analyzed, including the holding time
3、 during control rolling， rolling speed, slab temperature and pass number. The results provides a theoretic basis for temperature control in plate rolling. Key words: plate ： temperature model; finishing temperature; influencing factor 终轧温度对中厚板的组织、力学性能有非常重要的影响。从板坯出炉到中厚板轧制结束，中间要经过运输和轧制两大环节。中厚板的终轧温度取决于
4、中厚板的材质、加热温度、板坯的厚度、运输时间、压下制度、速度制度、冷却水的压力、流量与轧制规程等一系列因素。实际生产中影响终轧温度的因素多而复杂，要保证中厚板终轧温度都在要求范围内的同时，又要保证较高的产量，难度是很大的。中厚板的材质、厚度、运输时间、压下制度等，在原料与成品情况确定了的情况是一些较稳定的因素【1】。 而加热温度、 机架间冷却水的压力和流量以及速度制度等可以作为对终轧温度进行控制的手段。本作品针对中厚板轧制过程的特点对其温度模型进行研究, 并分析影响终轧温度的因素。一般来说， 对终轧温度和控制温度提出的精度要求是一个温度区间，如果控温温度取值不合理， 则轧制完成后得到的终轧温度
5、会超出工艺的规定范围，而终轧温度对乍见的性能影响很大，这就直接影响到产品的质量。所以，要生产出合格的产品，必须控制好整个轧制过程中的温度， 这就涉及到轧制温度区间和轧制间隔时间等因素。对于轧制时间， 结合中厚板轧制工艺的特点，给出了中厚板轧制温度的计算模型，模型考虑了热辐射和对流、高压水除鳞、轧辊的热传导和塑性功对轧件温度变化的影响。分析了待温时间、轧制速度、 出炉温度和轧制道次对终轧温度的影响，为中厚板轧制温度控制提供了依据【 2】。 合理的控制轧制温度，就要对轧制的整个过程进行详细的分析。1. 影响终轧温度的因素1.1 对流散热对流换热是物体表面热交换的一种形式，此种传热的强度，它和物体传
6、热特性有关，更主要的是与介质流体的物理性质和运动特性相关。对流散热考虑到的因素主要与环境的对流换热【3】。根据中厚板轧制的形状特点，可只考虑轧件水平表面与环境的热交换，目前常采用下式计算：FdttdQ)(0 00（1）dttrChdt)(20 00（2）式中 F热交换面积，2m；热交换时间，h；0t物体温度，；0 0t介质温度，；对流传热系数。对（ 1） （2）两边求导可计算出轧制过程中的对流散热损失。1.2 轧件过程中的热交换（变形热和传导热）轧制时存在着两个换热过程。一个是轧制过程时轧件塑性变形所产生的热量QH，因而造成一个温升0 Ht；另一个是轧制时高温件和低温轧辊接触时所损失的热量，Q
7、C造成的温降0 rt【4】。因此，轧制中轧件的温度变化0 rt为000 CHrttt（3）可用热量平衡推出pcHChHp t42710ln60（4）pCQp15.1（5）)(14000 B CCpCtthlvhrCt（ 6）试中热吸受效率；0 Bt轧辊温度。在轧件与轧辊接触是还存在摩擦等因素影响，这里忽略。1.3 高压水除鳞利用高压水流冲击钢坯表面来清除二次氧化铁皮是除磷的目的，大量高压水流与钢坯表面接触， 将带走一部分热量，使钢板产生温降，这种热量损失属于强迫对流【5】。根据热平衡原理得其温降为)(000 wrprttVvFlct（7）式中r 对流换热系数，kcal/(m2h) ; lr高压
8、水段长度，m; t0轧件温度，；to w冷却水温度，；V轧件体积， m3; v辊道传送轧件的速度，m/s。高压水除磷带走的热量比较多，且此时温差比较大，所以对轧制后产品质量影响很关键，这道计算需要很精确，并结合实际操作经验。1.4 辐射散热辐射散热就是指物体之间相互辐射和吸收的综合效果。辐射换热区别于导热、对流换热的两个特点分别是： 一是热辐射一光速在空间传播，不需要介质，更不需要相互接触；二是在产生能量转移的同时还伴随着能量形式的转化，即热能辐射能 （辐射过程） 和辐射能热能（吸收过程）【6】。根据实验思路，直接计算出实验的温度变化T：htctp40 )1000273(2（8）Vl（9）辐射
9、散热对轧制的最终温度影响是很重要的，随着轧制的道次增加，辐射散发的热量也随之增加，且占据很大部分，辐射三人往往是影响实验误差的重要因素。2. 模型及程序设计框图2.1 程序设计框图 : 图 1 程序设计框图2.2 数学模型本次测试对轧件温度、延续时间、压下量均进行采样，由于只是轧件在轧制过程中的温度，因此其温降方程主要是轧制阶段的温降，至于出炉至机前的温降，本次为做考虑【7】。在轧机入口处，轧件一方面被水冷却，另一方面由于轧辊接触失去热量。另外，由于塑性变形引起发热，起着复杂的热量增减变化，其表达式将极为复杂【8】。为适合数学模型的工程实用，选取数学模型结构为10100100000 3 020
10、 10hZtbhZbtbbt（10）采集实验数据（前道轧制温度0t、延续时间及轧制厚度0h）是否满足轧制条件minmax)(mtfmst是否分析影响终轧温度代入数学模型：10100100000 3 020 10hZtbhZbtbbt输出理论温度t与实测温度比较计算二者误差根据误差得出结论返回调用下一组数式中：Z轧制延续时间；j iijcZvhlhZZZ00（11）Zc纯轧时间；Zj间隙时间；t0前道温度；h0前道轧出厚度。经多元线性回归，获得回归系数如下：b0 = 4.1142，b1= -3.5628，b2 = 41.6421，b3 = -34.4017 二辊精轧机采用以下模型形式：4010)
11、1 0 0 02 7 3(24thZtt（12）所得的终轧温度: 道次 n 2 3 4 5 6 7 预报温度951 936 916 898 886 855 表 2 预测终轧温度2.3 程序设计截图：图 2 程序设计截图3. 图像分析数据根据数学模型，将模型计算出的数据与实际测量温度进行比较，得到下图：1234567840860880900920940960实测温度 预 测温度温度道次 n 图 3 预测温度与实测温度折线图中厚板终轧温度影响及控制三线图道次 n 2 3 4 5 6 7 预报温度951 936 916 898 886 855 实测温度951 940 922 890 885 859
12、表 2 终轧温度影响及控制三线图据图像分析，此数学模型计算出的数据有以下特征：1. 通过折线图反应出整体轧制过程，温度变化情况趋于下降。在前几道轧制中，理论温度与实测温度相差不大，且波动很小，实测温度稍低一些，随着道次的增加，个别道次温度波动增加，理论温度在某些道次中有低于实测温度的。2. 随着道次增加后，温度有回升的趋势，这是因为在轧制过程中产生了变形热，使温度回升。3. 此实验可以看出，轧制道次对二者的误差影响比较大，尤其是随着道次的增加，温度误差偏高，产生这种误差的因素主要是辐射散热及下压量变化的影响。4.从图上分析， 实测温度与理论温度相差最大值8，最小值 2，其中温差范围在10内的道
13、次超过95%，这充分说明了此数学模型的精确性。4. 总结结合本实验及相关文献理论知识的基础上，主要对中厚板控制终轧温度的控制进行了研究，并结合实际数学优化模型各参数，改进控制策略，得出以下结论：通过对数学模型、程序设计的研究，并结合实际数据进行了验算，所得到理论温度与实测温度相差在10之内的数据在95%以上 （最大温差8且只有一个， 其余误差均小于6，最小温差2C） 。充分证明了该数学模型的精确性，实用性和合理性。由实验数据可以推论，开始影响轧制温度变化的是辐射散热及对流散热，随着轧制道次的增加，变形热占主导作用，使温度又回升。通过对模型的修改，整理，在相关环节上加以约束改进，能实现更加准确的
14、计算，为实现自动化管理在允许的温差范围内提供了保证。此实验考虑的影响温度误差的因素比较全面，可以结合实际操作经验合理的应用到实际生产中。本模型中还存在一些不完善的地方，这在以后的继续研究中将加以完善。参考文献：【1】孟令启，李成。中厚板轧机测量测试与力学行为建模【M】 。河南：黄河水利出版社，2006。【2】王廷傅。轧钢工艺学M 。北京：冶金工业出版社，1995。【3】王占学，控制轧制与控制冷却【M】中厚板控制冷却过程数学模型及控制策略研究1998 【4】李宏图，中厚板控制冷却技术【J】宽厚板2002 VO1.8 NO.6；3032 【5】孙本荣，王友铭，陈瑛，中厚板生产【M】. 北京冶金工业出版，2005 【6】王廷傅，轧钢工艺学【M】.北京：冶金工业出版社，1995 【7】顾洪家，朱大维，周蓉，温度控制技术在轧钢过程中的应用和拓展【J】.宝钢技术， 2006， （6） ，2222.5
