第五章--轧制温度模型-上-----小象

第五章,轧制温度模型,第五章轧制温度模型,在轧刚生产过程中，轧件温度的准确计算十分重要，准确的测量、分析、计算轧制过程各环节轧件温度的变化是优化负荷分配，控制材料性能，实现工艺过程计算机控制的重要前提。具体来说，可表现在以下几个方面：,（1）轧制过程中各道次轧制压力的计算精度将直接关系到负荷分配的合理性、轧件尺寸精度、板形和平面形状的好坏以及轧钢设备的安全运行。而轧制压力的准确计算和温度有关，温度模型作为计算热轧材变形抗力的子模型，在压力的计算中占有非常重要的地位。,第五章轧制温度模型,第五章轧制温度模型,（2）温度的控制对于轧件的性能也有很大影响：1）工艺过程中各温度控制点得控制。2）温度的均匀性不仅影响到力学性能的均匀性，而且会造成轧制压力波动从而影响到轧件厚度的均匀性。3）温度的控制还影响到轧件的表面质量。,第五章轧制温度模型,由此可见，建立温度模型，进行准确的温度计算是十分重要的，值得注意的是，由于在热轧过程中轧件温度伴随着多种热交换方式，温度变化快影响复杂，温度变化规律很难掌握，目前现场的测温多是非接触式射线测量方式，加之现场作业条件复杂，测温的科学性和准确性还存在问题，这也为温度模型的建立带来了困难。,5.1传热原理,传热学：研究热量传递规律的一门科学。产生传热的必要条件：物体相互之间或同一物体的两个部分间存在着温度差。固体的传热：固体内部的传热（这一过程主要是热传导）固体和周围介质的热交换（主要是辐射、对流和传导）任何传热过程都同时存在这两个部分。,5.1传热原理,在热轧过程中，钢坯在加热炉表面被加热，热量首先在炉内气氛作用下按照某种规律传到钢坯表面然后再由表面向中心传导。因此，加热过程是由外部传热和内部导热相互影响相互联系共同组成的。冷却时（自然温降和强迫冷却）过程则与此相反。根据传热过程的物理本质不同，可将传热过程分为三种基本方式，即辐射、对流和传导。,5.1.1辐射换热,辐射是热轧生产中主要的传热方式，无论是钢坯加热还是轧件在加工中的冷却，辐射热交换都具有决定性意义。辐射是电磁能得传递，物体原子中的电子振动或激动，就会向外发射辐射能，辐射能的传播以光速进行，不需要借助中间介质，更不需要相互接触。,5.1.1辐射换热,热轧钢板和带钢的辐射温降，主要存在于轧制线上输送过程，高温轧件随着在空气中逗留的时间增长，而不断通过辐射方式散出热量造成温降。单位时间内物体表面积所辐射出去的能量，称为辐射能力，用E表示，辐射能力包括物体发射出去的波长=0到=的一切波长的总能量。令dE表示在到+d得波长间隔内物体的辐射能力，则,5.1.1辐射换热,式中E单色辐射力，W/m3或W/(m3m）,式中E辐射能力，E0黑体的单色辐射嫩分离波长，m；c1第一辐射常量，等于3.7410-16Wm2c2第一辐射常量，等于3.7410-16Wm2T黑体的绝对温度，K,（5-1）,（5-2）,（5-3）,5.1.1辐射换热,图5-1所示为普朗克定律揭示的关系，由图可见，当=0时，辐射强度等于零，随着波长的增加，辐射强度也增加，当波长达到某一值时，辐射强度有一峰值，以后又逐渐减小。辐射能量最多时在为0.810m的范围，这正是红外线的波长范围。,5.1.1辐射换热,将式（5-2）进行积分，可以求得绝对黑体在单位面积上辐射出的总能量：,或写成,式中0黑体的辐射常数，等于25.6710-8W/(m2K4）C0黑体的辐射系数，等于5.67W/(m2K4),式（5-4）为斯忒藩玻耳兹曼的表达式，可以看出黑体的辐射能力与温度的四次方成正比，随着温度的升高，辐射能力的增长是非常迅速的。,5.1.1辐射换热,普朗克定律是说明黑体单色辐射分布规律的。但一切实际物体在任何波长的辐射力都小于黑体在该波长的辐射能力。如果某种物体的辐射光谱是连续的，在任何温度下任何波长的单色辐射能力E与黑体的单色辐射能力E0之比都是定值等于，这种物体称为灰体，称为灰体的黑度，也就是实际物体的黑度，又称为辐射率（1）。轧件表面氧化铁皮较多时为0.8，轧件表面平滑时为0.550.65，可以根据实验确定。,5.1.1辐射换热,5.1.1辐射换热,5.1.1辐射换热,5.1.1辐射换热,上述辐射温降计算式是在带钢厚度很小这一假设条件下得出的。实际上，带钢在厚度方向上存在着热传导，故应对上式进行厚度修正，其方法可以考虑对辐射率进行修正，通过式=ah+b，对轧件表面辐射率按与厚度呈线性关系进行处理，考虑了轧件内部在厚度方向上的导热过程。线性修正式中的a和b可通过回归分析获得。,5.1.1辐射换热,厚板平均温度和表面温度差与辐射时间的关系如图5-2所示，轧件辐射温降的速度与板坯厚度成反比关系，如图5-3所示。,5.1.1辐射换热,5.1.1辐射换热,5.1.2对流换热,对流换热是物体表面热交换的另一种形式。对流传热过程既包括流体位移所产生的对流作用，同时也包括分子间的传导作用，单纯的对流现象是不存在的。对流传热与流体的流动有着不可分割的联系，流速越高，传热越强。此外，流体的物理性质、固体表面的形状尺寸等都对对流传热有影响。在此种热交换过程中，一般常伴着流体集态的改变（产生气泡、气膜）。因此，热交换过程是极其复杂的。,5.1.2对流换热,为便于计算，常采用下列简单形式的计算公式：,或写成微分形式：,5.1.2对流换热,由于将影响对流传热的各种因素都集中到。所以对流传热的计算主要是确定强迫对流传热系数，找出对流传热与的关系，确定各种条件下的值。一般情况下，影响强迫对流传热系数的因素包括：流体流动的速度、流体温度t1、介质温度t2、流体的导热系数、流体的比热容cp、流体的密度、流体的黏度、固体表面尺寸等。是以上因素的函数：,5.1.2对流换热,的理论计算较复杂，通常值主要用实验确定，实验应建立在相似理论的基础上，以使得实验得出的计算关系能广泛的应用。与辐射相同可写出温降热量公式：,公式中的符号的意义同式（5-9），联立式（5-17）一起可得：,5.1.2对流换热,式（5-19）只考虑了物体的整体温降，即假设物体内部温度是均匀的，不存在热传导问题，带钢的冷