一种板带热轧生产线轧件温度获取方法及装置
专利汇可以提供一种板带热轧生产线轧件温度获取方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种板带 热轧 生产线轧件 温度 获取方法，包括以下步骤：构造板带热轧生产线的设备布置，并获取相关工艺参数；根据生产线上的设备布置划分轧件换热区域，换热区域包括空冷区、 水 冷区、辊缝 接触 热传导区及热 辐射 保温区；划分轧件宽向-厚向截面网格 节点 ，并建立各节点的 坐标系 参数及 温度计 算模型；获取起始计算 位置 处轧件初始温度分布；从起始计算位置到终止计算位置，每计算一次时先判断轧件截面所在的换热区域，然后采用相应的轧件温度模型计算该位置处轧件截面的温度分布。本发明的有益效果为：本发明所述方法原理清晰明确，假设和简化条件少，能够准确地预报给定热轧生产线上轧件的温度场变化，其计算 精度 比 解析法 更高。，下面是一种板带热轧生产线轧件温度获取方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、构造板带热轧生产线的设备布置，并获取相关工艺参数；
步骤二、根据生产线上的设备布置划分轧件换热区域，换热区域包括空冷区、水冷区、辊缝接触热传导区及热辐射保温区，其中水冷区又分为高压水除鳞水冷区及层流冷却水冷区；
步骤三、划分轧件宽向-厚向截面网格节点，并建立各节点的坐标系参数及温度计算模型；
步骤四、获取起始计算位置处轧件截面的初始温度分布；
步骤五、所计算的轧件截面按照带钢运行速度沿着轧制方向移动，从起始计算位置到终止计算位置，每计算一次时先判断轧件截面所在的换热区域，然后采用相应的轧件温度模型计算该位置处轧件截面的温度分布。
2.如权利要求1所述的板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，板带热轧生产线的设备布置包括轧机机组、高压水除鳞装置、保温罩、加热炉、层流冷却装置及卷取机的位置及距离，工艺参数包括轧机工艺参数、轧件轧制参数、层流冷却工艺参数、热物性参数及介质参数。
3.如权利要求2所述的板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，所述轧机工艺参数包括各机架工作辊的辊身直径、辊身长度、辊颈直径、工作辊窜辊位移；轧件轧制参数包括轧件速度、轧件宽度、各机架辊缝入口厚度、出口厚度、轧件屈服强度；层流冷却工艺参数包括喷射梁数量、喷射梁喷射长度、相邻喷射梁间距及喷射梁开启数量及位置；热物性参数包括轧件热导率、比热容、轧件热辐射率、各机架辊缝接触换热系数、轧件空冷换热系数、轧件冷却水换热系数、轧件高压水除鳞换热系数；介质参数包括冷却水温度及环境温度。
4.如权利要求1所述的板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，在步骤三中，划分轧件宽向-厚向截面的网格节点，并建立各节点的坐标系位置及温度计算模型，具体为：建立y-z直角坐标系，其中y轴位于轧件中间厚度位置处，z轴位于轧件中间宽度位置处；
将轧件二分之一宽向-厚向横截面离散成N×M个网格，其中轧件半宽等分为N段，i＝1、2、
3...N，网格宽度为 轧件半厚等分为M段，j＝1、2、3...M，网格厚度为 Δ
zi,j＝Δzi,j-1＝Δzi,j+1＝Δz；其中，Δzi,j-轧件节点(i,j)对应单元的厚向长度，Δzi,j-1-轧件节点(i,j-1)对应单元的厚向长度，Δzi,j+1-轧件节点(i,j+1)对应单元的厚向长度；
根据所处的位置，节点分为内部节点、表面节点、端部节点、芯部节点及角部节点；
(1)对于内部节点，其序号可以表示为(i,j)，i＝2、3、4...N-1，j＝2、3、4...M-1，节点(i,j)横坐标为： 纵坐标为：
其温度计算模型表达式为：
(2)对于表面节点，其序号可表示为(i,M)，i＝2、3、4...N-1，节点(i,M)横坐标为纵坐标为
其温度计算模型表达式为：
(i)若在空冷区，则
(ii)若在热辐射保温区，则
(iii)若在水冷区，则
(iv)若在辊缝接触区，则
(3)对于端部节点，其序号可表示为(N,j)，j＝2、3、4...M-1，节点(N,j)横坐标为纵坐标为
其温度计算模型表达式为：
(i)若在空冷区、水冷区或辊缝接触区，则
(ii)若在热辐射保温区，则
(4)对于芯部节点，其中厚度芯部端面节点的序号可表示为(i,1)，i＝2、3、4...N-1，横坐标为 纵坐标为 宽度芯部端面节点的序号可表示为(1,j)，j
＝2、3、4...M-1，横坐标为 纵坐标为
其温度计算模型表达式为：
(i)若为厚向芯部节点，则
(ii)若为宽向芯部节点，则
(5)对于角部节点，其中左上角部节点序号为(1,M)，横坐标为 纵坐标为
右上角部节点序号为(N,M)，横坐标为 纵坐标
为 左下角部节点序号为(1,1)，横坐标为 纵坐标为
右下角部节点序号为(N,1)，横坐标为 纵坐标为
其温度计算模型表达式为：
(i)若在空冷区，则
对于左上角部节点，满足
对于右上角部节点，满足
对于左下角部节点，满足
对于右下角部节点，满足
(ii)若在热辐射保温区，则
对于左上角部节点，满足
对于右上角部节点，满足
对于左下角部节点，满足
对于右下角部节点，满足
(iii)若在水冷区，则
对于左上角部节点，满足
对于右上角部节点，满足
对于左下角部节点，满足
对于右下角部节点，满足
(iv)若在辊缝接触区，则
对于左上角部节点，满足
对于右上角部节点，满足
对于左下角部节点，满足
对于右下角部节点，满足
以上各式中，hs-轧件与工作辊之间的等效换热系数，单位W/(mm2×℃)；hx-水冷换热系数，单位W/(mm2×℃)；当为高压水除鳞冷却时hx＝hhw；当为层流冷却水冷时hx＝hlw，其中，hlw-层流冷却水对流冷却换热系数，hhw-高压水对流冷却换热系数；ha-空气自然对流冷却换热系数，单位W/(mm2×℃)；Tr-轧辊表面温度，单位℃；Tw-冷却水温度，单位℃；Ta-环境温度，单位℃；Tc-保温罩温度，单位℃；εr-轧件热辐射率，即黑度，εr＜1；σ0-绝对黑体的辐射系数，σ0＝5.67×10-6W/(mm2×K4)；c-轧件比热容，单位J/(kg×℃)；ρ-轧件材质密度，单位kg/mm3；λ-轧件导热系数(热导率)，单位W/(mm×℃)；B-轧件宽度，单位mm；h-当前时刻轧件截面厚度，单位mm；Δt-计算时间增量，单位S； -当前时刻节点(i,j)的温度，单位℃；
-上一时刻节点(i,j)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i-1,j)的温度，单位℃；
-上一时刻节点(i+1,j)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j-1)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j+1)的温度，单位℃；-单位时间单位体积内热源产生的热量，单位J/(mm3×s)，当在辊缝接触区时 当为其他换热区域时 其中η-变形热
功当量，取η＝0.9，σs-轧件平均屈服强度，hk-上一时刻轧件厚度，hk+1-下一时刻轧件厚度。
5.如权利要求1所述的板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，在步骤四中，获取起始计算位置处轧件初始温度分布的方法具体为：在轧件宽度方向上，从中间宽度处
0
到边部各节点温度依次降低，相邻节点之间的温差相同，且中间宽度位置与边部温差为T(1,j)-T0(N,j)＝ΔT1；在轧件厚度方向上，从表面到中间厚度处各节点温度依次升高，相邻节点之间的温差呈等比例关系，比例系数为γ(γ≥1)，即 且中间厚度位置
与表面温差为T0(i,1)-T0(i,M)＝ΔT2。因此，轧件初始温度分布可表示为：
当γ＞1时，
当γ＝1时，
6.如权利要求1所述的板带热轧生产线轧件温度获取方法，其特征在于，在步骤五中，所计算的轧件截面按照带钢运行速度沿着轧制方向移动，从起始计算位置到终止计算位置计算轧件截面温度分布的具体方法为：
(1)、当轧件截面处于热辐射保温区时，采用保温条件下的轧件温度模型计算轧件截面的温度分布，然后判断下一时刻轧件截面是否仍处于当前热辐射保温区，若在当前热辐射保温区，则继续计算下一时刻保温条件下轧件截面的温度分布，若不在，则转入下一个换热区域；
(2)、当轧件截面处于水冷区时，若为高压水除鳞水冷区，则采用高压水除鳞条件下的轧件温度模型计算轧件截面的温度分布，然后判断下一时刻轧件截面是否仍处于当前高压水除鳞水冷区，若在当前高压水除鳞水冷区，则继续计算下一时刻高压水除鳞水冷条件下轧件截面的温度分布，若不在，则转入下一个换热区域；若为层流冷却水冷区，则采用层流冷却水冷条件下的轧件温度模型计算轧件截面的温度分布，然后判断下一时刻轧件截面是否仍处于当前层流冷却水冷区，若在当前层流冷却水冷区，则继续计算下一时刻层流冷却水冷条件下轧件截面的温度分布，若不在，则转入下一个换热区域；
(3)、当轧件截面处于辊缝接触热传导区时，判断当前机架是否压下，若不压下，则说明该机架辊缝不存在，转入下一个换热区域；若压下，则采用辊缝接触热传导区的轧件温度模型计算轧件截面的温度分布，然后判断下一时刻轧件截面是否仍处于当前辊缝接触热传导区，若在当前辊缝接触热传导区，则继续计算下一时刻辊缝接触条件下的轧件截面的温度分布，若不在，则转入下一个换热区域；
(4)、当轧件截面处于空冷区时，采用空冷条件下的轧件温度模型计算轧件截面的温度分布，然后判断下一时刻轧件截面是否仍处于当前空冷区，若在当前空冷区，则继续计算下一时刻空冷条件下轧件截面的温度分布，若不在当前空冷区，则转入下一个换热区域；
(5)、当轧件截面处于终止计算位置时，计算结束。
7.一种板带热轧生产线轧件温度获取装置，其特征在于，包括：
生产线构造单元，用于构造热轧生产线的设备布置，并获取工艺参数；
换热区域划分单元，用于根据生产线上的设备布置划分轧件换热区域；
网格节点划分单元，用于划分轧件宽向-厚向截面网格节点，并建立各节点的坐标系参数及温度计算模型；
初始温度获取单元，用于获取起始计算位置处轧件初始温度分布；
换热区域判断与计算单元，用于从起始计算位置到终止计算位置轧件截面的温度分布；每计算一次时先判断轧件截面所在的换热区域，然后采用与该换热区域相应的轧件温度模型计算该位置处轧件截面的温度分布。
8.如权利要求7所述的板带热轧生产线轧件温度获取装置，其特征在于，所述换热区域判断与计算单元包括：
热辐射保温区判断模块，用于判断轧件截面是否在当前热辐射保温区，若是，则采用热辐射保温区的轧件温度计算模型计算保温条件下轧件截面温度分布，否则表明轧件截面已进入其他换热区；
层流冷却水冷区判断模块，用于判断轧件截面是否在当前喷射梁喷射区，若是，则采用层流冷却水冷区的轧件温度计算模型计算轧件截面温度分布，否则表明轧件截面已进入其他换热区；
高压水除鳞水冷区判断模块，用于判断轧件截面是否在当前高压水除鳞水冷区，若是，则采用高压水除鳞水冷区的轧件温度计算模型计算轧件截面温度分布，否则表明轧件截面已进入其他换热区；
辊缝接触热传导区判断模块，用于判断轧件截面是否在当前机架辊缝接触热传导区，若是，则采用辊缝接触热传导区的轧件温度计算模型计算轧件截面温度分布，否则表明轧件截面已进入其他换热区；
空冷区判断模块，用于判断轧件截面是否在当前空冷区，若是，则采用空冷区的轧件温度计算模型计算轧件截面温度分布，否则表明轧件截面已进入其他换热区。
一种板带热轧生产线轧件温度获取方法及装置
技术领域
背景技术
发明内容
j)，j＝2、3、4...M-1，横坐标为 纵坐标为
坐标为 左下角部节点序号为(1,1)，横坐标为 纵坐标为
右下角部节点序号为(N,1)，横坐标为 纵坐标为
热系数，单位W/(mm×℃)；当为高压水除鳞冷却时hx＝hhw；当为层流冷却水冷时hx＝hlw，其中，hlw-层流冷却水对流冷却换热系数，hhw-高压水对流冷却换热系数；ha-空气自然对流冷却换热系数，单位W/(mm2×℃)；Tr-轧辊表面温度，单位℃；Tw-冷却水温度，单位℃；Ta-环境温度，单位℃；Tc-保温罩温度，单位℃；εr-轧件热辐射率，即黑度，εr＜1；σ0-绝对黑体的辐射系数，σ0＝5.67×10-6W/(mm2×K4)；c-轧件比热容，单位J/(kg×℃)；ρ-轧件材质密度，单位kg/mm3；λ-轧件导热系数(热导率)，单位W/(mm×℃)；B-轧件宽度，单位mm；h-当前时刻轧件截面厚度，单位mm；Δt-计算时间增量，单位S； -当前时刻节点(i,j)的温度，单位℃；
-上一时刻节点(i,j)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i-1,j)的温度，单位℃；
-上一时刻节点(i+1,j)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j-1)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j+1)的温度，单位℃； -单位时间单位体积内热源产生的热量，单位J/(mm3×s)，当在辊缝接触区时 当为其他换热区域时 其中η-变形热
功当量，取η＝0.9，σs-轧件平均屈服强度，hk-上一时刻轧件厚度，hk+1-下一时刻轧件厚度。
0 0
即 且中间厚度位置与表面温差为T (i,1)-T (i,M)＝ΔT2。因此，轧件初始
温度分布可表示为：
具体实施方式
j)，j＝2、3、4...M-1，横坐标为 纵坐标为
坐标为 左下角部节点序号为(1,1)，横坐标为 纵坐标为
右下角部节点序号为(N,1)，横坐标为 纵坐标为
-上一时刻节点(i+1,j)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j-1)的温度，单位℃； -上一时刻节点(i,j+1)的温度，单位℃； -单位时间单位体积内热源产生的热量，单位J/(mm3×s)，当在辊缝接触区时 当为其他换热区域时 其中η-变形热
功当量，取η＝0.9，σs-轧件平均屈服强度，hk-上一时刻轧件厚度，hk+1-下一时刻轧件厚度。
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