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在熱連軋帶鋼生產(chǎn)中，如何做到既保證帶鋼頭部及全長(zhǎng)的終軋溫度在要求的范圍內(nèi)，又保證較高的生產(chǎn)率，一直是現(xiàn)代熱連軋生產(chǎn)技術(shù)人員研究的重要課題。實(shí)際生產(chǎn)中影響終軋溫度的因素很多，但其中最主要的因素之一是精軋溫度模型的計(jì)算精度。提高終軋溫度的精確度，提出符合生產(chǎn)條件且行之有效的溫度控制模型，是十分必要的。目前由于熱連軋生產(chǎn)線采了計(jì)算機(jī)控制，帶鋼的終軋溫度的控制精度進(jìn)一步提高，同時(shí)還能利用反饋系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)輔助手段對(duì)軋件溫度進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，這為提高終軋溫度的控制精度提供了便利條件。本文詳細(xì)介紹熱連軋精軋機(jī)組溫度控制數(shù)學(xué)模型，這對(duì)于提高終軋溫度計(jì)算精度，進(jìn)一步改善產(chǎn)品質(zhì)量具有十分重要的理論意義和實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 機(jī)架間溫度控制數(shù)學(xué)模型研究

精軋機(jī)組溫降模型是熱連軋的關(guān)鍵模型。圖1 是熱連軋精軋機(jī)組設(shè)備布置圖，從圖中我們可以看出，精軋入口處設(shè)有高溫計(jì)、熱金屬檢測(cè)儀各一臺(tái)。精軋F(tuán)7 出口處設(shè)高溫計(jì)、厚度儀和寬度儀各一臺(tái)。卷曲機(jī)入口處有高溫計(jì)一臺(tái)。機(jī)架間設(shè)有活套。精軋前設(shè)有除鱗箱，清除次生氧化鐵皮。為了提高帶鋼表面質(zhì)量，進(jìn)一步清除再生氧化鐵皮，在F1-F2’ 機(jī)架后設(shè)有高壓水除鱗裝置。在精軋各機(jī)架間有噴水冷卻噴嘴。

1.1機(jī)架間溫度變化區(qū)段分析

準(zhǔn)確地計(jì)算精軋各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度變化是分析帶鋼熱連軋過程的重要前提。本文以熱軋帶鋼實(shí)際生產(chǎn)過程為計(jì)算條件，把熱連軋精軋溫降過程歸結(jié)為以下5 種基本傳熱環(huán)節(jié)：
    1）帶鋼（鋼坯，板坯）在輥道上或機(jī)架間傳送時(shí)的溫降；
    2）噴水或高壓水除鱗時(shí)的溫降；
    3）軋制時(shí)的帶鋼與軋輥接觸時(shí)產(chǎn)生的變形溫升；
   4）軋制時(shí)的帶鋼與軋輥接觸時(shí)產(chǎn)生的溫度變化；
   5）軋制時(shí)的帶鋼與軋輥間的摩擦所產(chǎn)生的溫度變化。

帶鋼在精軋過程中的溫度變化過程如圖2 所示。從圖中可以看出，整個(gè)溫度變化過程又可為3 個(gè)區(qū)域。
   1空冷區(qū)
   如圖2 所示1，2區(qū)為空冷區(qū)。當(dāng)噴嘴未打開時(shí)，,5區(qū)也為空冷區(qū)。
   2水冷區(qū)
   水冷區(qū)有除鱗區(qū)、軋輥冷卻區(qū)和機(jī)架間噴水冷卻區(qū)，三個(gè)區(qū)域的對(duì)流換熱系數(shù)不同。
   3帶鋼與軋輥接觸區(qū)
    接觸區(qū)帶鋼溫度變化分為：帶鋼與軋輥接觸溫降、變形溫升和摩擦溫升三個(gè)部分。

該空冷溫降模型物理意義明確、結(jié)構(gòu)完整，充分反映了精軋出口溫度、比熱、厚度等各主要因素的影響，能夠較精確地計(jì)算出軋件軋制過程中由空冷引起的溫降。提高軋件熱輻射系數(shù)計(jì)算精度，可以提高空冷溫降計(jì)算精度。空冷溫降模型通過建立其與軋件厚度的線性關(guān)系來計(jì)算。可是軋件的熱輻射系數(shù)與許多物理因素有關(guān)如軋件表面上的氧化鐵皮的程度，氧化鐵皮較多時(shí)其值較大，反之較小，因此如果增加一些其它的影響因素如軋件溫度，重新建立線性關(guān)系，該模型精度有可能進(jìn)一步提高。

1.2 溫度模型介紹
    1.2.1 空冷溫度模型
   帶鋼自由表面在空冷過程中，主要有熱輻射和熱對(duì)流兩種傳熱方式。熱帶軋制時(shí)的輻射傳熱是通過軋件的高溫表面以輻射的形式向外散失熱量，而對(duì)流傳熱為自然對(duì)流，它引起的溫降約為輻射溫降的1%，且在高溫區(qū)對(duì)流熱量損失只占總熱量損失的5%-7%，因此可以只考慮輻射損失，而把其他影響都包含在根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定的輻射率£。

    1.2.2 水冷溫降模型
    因水冷時(shí)帶鋼在長(zhǎng)度和寬度方向上的傳熱條件均比較一致，故可認(rèn)為長(zhǎng)度和寬度方向上溫度分布均勻。因帶鋼較薄，故可認(rèn)為在一定的厚度范圍內(nèi)，沿厚度方向上的溫度相同，這樣，帶鋼水冷過程就簡(jiǎn)化為零維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。機(jī)架間冷卻實(shí)質(zhì)上屬于低壓噴水冷卻，雖然工作壓力較小，但是流量比較大，帶鋼是在層流水中通過，所以，它也是強(qiáng)迫對(duì)流的一種形式。
     該模型考慮了帶鋼與冷卻水之間的熱傳導(dǎo)以及噴水對(duì)帶鋼的影響，對(duì)各種影響對(duì)流換熱的因素考慮地較全面。該模型可以滿足較高控制精度的要求，是一種較先進(jìn)的水冷溫度控制模型。
    1.2.3 接觸溫降模型
    軋制過程中，溫度較高的鋼板和溫度較低的軋輥發(fā)生接觸，鋼板熱量流向軋輥，使得鋼板溫度降低。該模型考慮了帶鋼與軋輥之間的熱傳導(dǎo)對(duì)帶鋼溫度的影響，對(duì)各種影響接觸換熱的因素考慮地較全面。
    1.2.4變形升溫模型
     研究表明，金屬在塑性變形過程中，軋輥傳遞給軋件的機(jī)械能，在使軋件發(fā)生形狀改變的同時(shí)，還會(huì)使金屬產(chǎn)生加工硬化，在隨后的再結(jié)晶過程中，加工硬化組織中累積的機(jī)械能就會(huì)以熱能的形式釋放出來，使軋件的溫度升高。
     1.2.5摩擦升溫模型
    帶鋼與軋輥相互摩擦產(chǎn)生的熱量是由一部分塑性變形功轉(zhuǎn)化來的。假若變形區(qū)中粘著區(qū)范圍很大，則此部分熱量可以忽略不計(jì)。但是，精軋時(shí)滑動(dòng)區(qū)范圍很大，克服摩擦的功增大，接觸摩擦所產(chǎn)生的熱量就不能忽略了。

    2計(jì)算結(jié)果及分析
    本研究中給出的帶鋼在軋制過程中溫度變化模型物理意義明確，是理論性很強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)很難對(duì)帶鋼機(jī)架間溫度進(jìn)行測(cè)量，也不可能得到軋制過程溫度變化的真實(shí)值。為了驗(yàn)證本文所闡述規(guī)律，將精軋溫度控制軟件的精軋出口溫度計(jì)算值，與國(guó)內(nèi)某廠的精出口溫度實(shí)測(cè)值進(jìn)行了比較，如圖3 所示。

從圖中可見，由精軋溫度控制軟件計(jì)算所得的帶鋼精軋出口溫度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值之差在7 $. 8之內(nèi)，這可以間接證明本研究中帶鋼在軋制過程中的溫度變化規(guī)律接近真實(shí)情況。采用本文模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合良好，證明了該模型完全可以適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。