热连轧温度控制讲义

1、热连轧温度讲义胡贤磊 东北大学热连轧温度讲义热连轧温度主要包括以下4部分内容： 粗轧温度模型 精轧温度模型 卷取温度设定及数据库 层流冷却自动1 .1 研究开发内容热连轧全线温度计算开发温度计算模块有限元法温度场计算冷却过程报表1 .2 总体开发路线出除粗热保精层卷炉鳞轧卷温轧冷取箱罩断面温度场阶段值轧件温度模拟计算结果基本计算软件模型空冷模块轧制模块模块卷取模块1 .3 实施方法卷取温度实外部条件目标卷取温度测卷取温度.FDTCT.1号号F1F7精轧机组卷取机CTC是一个以前馈为主，反馈为辅，不断进行自学习的闭环系统精冷区主冷区反馈前馈模型自学习FDTCTF1F7. . .主冷区精冷区CTS

2、（预设定）CMLC（模型学习）CT模型速度补偿(再设定)FBFDT补偿(修正设定)目标轧线及适应范围说明适应的钢种普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金结构钢、IF钢、冷轧深冲钢、高强度结构钢、钢、桥梁线钢（X70 X100）、容器及锅炉用钢、汽车大梁钢、家电板、热轧双相钢、硅钢、不锈钢等。目标轧线及适应范围说明来料及规格（1）原料厚度： 150300mm（2）厚度： 0.825.4mm（3）宽度： 6502150mm（4） 年产量： 最大550万吨（5） 粗轧水平轧机：最多2架，四辊/二辊（6） 精轧末架速度：最大28m/s（7） 精轧水平轧机：5 7架，四辊2 目标轧线及适应范围说明研究目

3、标1、热带钢连轧机组，建立热轧带钢由加热炉出口到层冷出口各环节温度变化的数学模型；2、开发轧线温度模拟计算平台；3、利用现场实际数据进行离线温度计算。3 全线温度场模拟本课题开发研究内容u 有限元温度场求解方法u 轧线温度计算数学模型u 温度场计算平台开发u 系统集成全线温度场模拟有限元网格划分3.1 有限元温度场求解方法有限元计算过程i=time/dat否是s=s+time,计算结束求得节点温度由K氏温度到摄氏温度的转换Tka1()本次计算结果Export()形成温度刚度矩阵，变温矩阵，系数矩阵，求解节点温度THeat()计算有限元基本矩阵Jmatrix（）Aircooling1()网格划分

4、，节点编号，节点codenum()除鳞前空冷原始数据，时间增量(dat)及该段总时间(time)，设i=0节点温度赋初值温度由摄氏度到K温度转换Tk()3.1 有限元温度场求解方法带钢在轧线上不同阶段经历不同的换热过程，主要包括空冷过程、过程、与轧辊热交换过程和保温过程。 空冷换热模型 轧制过程接触换热模型 轧制过程塑性变形换热模型 轧制过程摩擦换热模型 高压水强制对流换热模型 层流冷却换热模型 热物性参数模型3.2 轧线温度计算数学模型空冷换热模型轧件的自由表面通过辐射和对流与空气进行热交换。热轧钢时， 一般轧制温度均超过800摄氏度，此时对流换热与辐射相比很小（小于1/100），可以忽略不

5、计。根据Stefan-Boltzmann定律即可得到：h = se (T 2 + T 2 )(T + T )raa式中，为Stefan-Boltzmann常量； 为物体表面黑度；T 和 Ta分别为轧件温度和环境温度。3.2 轧线温度计算数学模型轧制过程接触换热模型接触热传递，其交换系数可按下式处理：hr= k /pat t =DHR / va = k /(rc)式中： hr为轧辊和轧件接触时的换热系数，W/(m2K)； k为轧件导热率，kcal/s/mm/；为轧件导温系数，m2/s；t为 轧件与轧辊接触时间，s；v为轧辊速度，m/s；H为压下量，m；R为 轧辊半径，m。3.2 轧线温度计算数学

6、模型h轧制过程塑性变形换热模型带钢在轧制过程中，由于塑性变形产生的内热源强度为：q& = hse&式中： 为塑性功转化系数s 为材料等效应力（变形抗力）e& 为应变速率3.2 轧线温度计算数学模型轧制过程摩擦换热模型在轧制过程中因轧辊与轧件间的摩擦而产生的内热源强度 q& 可由下式表示：q& = Amp(f)vr式中：A为摩擦功转化为轧件热的系数为摩擦系数；P()为轧制的法向分量vr轧辊与轧件的相对速度绝对值的平均值3.2 轧线温度计算数学模型有水参与轧件冷却的过程包括：层流冷却、高压水除鳞、机架间冷却等喷却过程。高压水强制对流换热模型h= r 107.2w 0.663 10-0.00147T

7、SU 1.163w对于高压水除鳞和机架间冷却等喷却过程，带钢表面温度TSU、水压以及水量密度对其热交换系数hw(W/(m2K)的影响较大.3.2 轧线温度计算数学模型层流冷却换热模型9.72 105w 0.355 (2.5 - 1.5 logT)D 0.645h=()W1.163WT- TP PsuWLC式中：为水流密度；D为集管喷嘴直径；Tsu,TW分别是带钢表面温度和水温；PL和PC分别为轧线轧线垂直方向的喷嘴距离。3.2 轧线温度计算数学模型热物性参数模型钢种层别表碳含量（%）0.020.0450.0460.0750.0760.1050.1060.1350.1360.1650.1660.

8、2000.2010.2450.2460.300钢族编号0#1#2#3#4#5#6#7#碳含量（%）0.3010.3650.3660.4400.4410.5200.5210.6050.6060.6900.6910.7700.7710.860钢族编号8#9#10#11#12#13#14#3.2 轧线温度计算数学模型热物性参数模型-(比热模型1：kJ/kg.K)钢种温度0#1#2#3#4#5#6#7#00.1150.1150.1150.1150.1150.1150.1150.11525.0.1150.1150.1150.1150.1150.1150.1150.1152750.1320.1330.13

9、30.1330.1330.1330.1330.1333250.1360.1370.1370.1370.1370.1370.1370.1373750.1410.1420.1420.1420.1420.1420.1420.1424250.1480.1490.1490.1490.1490.1490.1490.1494750.1570.1580.1580.1580.1580.1580.1580.1575250.1670.1670.1660.1660.1660.1680.1680.1665750.1780.1770.1770.1770.1770.1790.1790.1766250.1880.1890.1

10、890.1890.1890.1880.1880.1846750.2030.2040.2050.2050.2050.2020.2020.1967250.2480.2600.2900.2900.3070.3250.3420.3547750.2140.2210.2290.2290.2290.2270.2270.2208250.1400.1470.1540.1540.1540.1540.1540.1518750.1420.1480.1550.1550.1550.1550.1550.1539250.1440.1470.1550.1550.1550.1550.1550.1539750.1470.1520.

11、1570.1570.1570.1550.1550.15310250.1500.1540.1570.1570.1570.1550.1550.15310750.1520.1550.1580.1580.1580.1550.1550.15411250.1540.1560.1580.1580.1580.1570.1570.15612750.1600.1600.1590.1590.1590.1640.1640.1643.2 轧线温度计算数学模型热物性参数模型-(比热模型2：kJ/kg.K)钢种温度8#9#10#11#12#13#14#00.1150.1150.1150.1150.1150.1150.115

12、25.0.1150.1150.1150.1150.1150.1150.1152750.1320.1310.1320.1320.1330.1330.1343250.1360.1350.1360.1360.1370.1370.1383750.1410.1400.1410.1410.1420.1420.1434250.1480.1470.1480.1480.1490.1490.1504750.1560.1540.1550.1560.1580.1590.1605250.1640.1610.1620.1630.1640.1650.1665750.1720.1690.1690.1690.1700.1700

13、.1706250.1810.1770.1760.1750.1740.1730.1726750.1900.1840.1840.1840.1840.1840.1847250.3360.3780.4020.4260.4490.4730.4977750.2140.2070.1950.1830.1710.1590.1478250.1490.1460.1460.1460.1450.1450.1458750.1510.1480.1480.1480.1480.1480.1489250.1520.1500.1500.1500.1500.1490.1499750.1520.1500.1500.1500.1500.

14、1510.15110250.1520.1500.1510.1520.1520.1530.15410750.1520.1510.1520.1540.1540.1550.15611250.1550.1540.1550.1560.1560.1570.15812750.1640.1620.1620.1620.1620.1620.1623.2 轧线温度计算数学模型热物性参数模型-(导热系数1：Kcal/s/mm/)钢种温度0#1#2#3#4#5#6#7#015.59710-615.59710-615.59710-615.59710-614.53010-613.46310-612.39610-612.39

15、610-610014.40210-614.40210-614.40210-614.40210-613.67010-612.93710-612.20510-612.20510-620013.11310-613.11310-613.11310-613.11310-612.64310-612.17310-611.70310-611.70310-630011.799210-611.799210-611.799210-611.799210-611.53610-611.27410-611.01110-611.01110-640010.79610-610.79610-610.79610-610.79610-

16、610.59710-610.39810-610.19910-610.19910-65009.793210-69.793210-69.793210-69.793210-69.66610-65.53810-69.41110-69.41110-66008.69410-68.69410-68.69410-68.69410-68.63010-68.56710-68.50310-68.50310-67007.90610-67.90610-67.90610-67.90610-67.80210-67.70010-67.59510-67.59510-68006.80710-66.80710-66.80710-6

17、6.80710-66.60810-66.40910-66.21010-66.21010-610006.59210-66.59210-66.59210-66.59210-66.56010-66.52910-66.49710-66.49710-612007.09410-67.09410-67.09410-67.09410-67.09410-67.09410-67.09410-67.09410-614007.57110-67.57110-67.57110-67.57110-67.57110-67.57110-67.57110-67.57110-63.2 轧线温度计算数学模型热物性参数模型-(导热系数

18、2：Kcal/s/mm/)钢种温度8#9#10#11#12#13#14#012.39610-612.39610-612.39610-612.15110-611.90610-612.66210-611.41710-610012.15710-612.10910-612.10910-611.96010-611.81110-611.66110-611.51210-620011.60810-611.51210-611.51210-611.33310-611.15410-610.97510-610.79610-630010.95110-610.89110-610.89110-610.64010-610.3

19、9010-610.13910-69.88810-640010.10410-610.00810-610.00810-69.78110-69.55410-69.32710-69.10010-65009.25610-69.10010-69.10010-68.92710-68.75410-68.58010-68.40710-66008.30010-68.09710-68.09710-68.02510-67.95410-67.88210-67.81010-67007.39210-67.18910-67.18910-67.18910-67.18910-67.18910-67.18910-68006.055

20、10-65.90010-65.90010-66.87610-65.85210-65.82810-65.80410-610006.44910-66.40110-66.40110-66.40110-66.40110-66.40110-66.40110-612007.09410-67.09410-67.09410-67.11810-67.14210-67.16510-67.18910-614007.57110-67.57110-67.57110-67.59510-67.61910-67.64310-67.66710-63.2 轧线温度计算数学模型3.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发3

21、.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发3.3 温度场计算平台开发温度离线计算平台作为“热连轧工艺及技术开发” 项目中的一部分，在保持性的同时也需要和项目 中的其它部分进行连接，达到系统集成的目的。采取 措施如下： PDI数据既可以直接来源于ACCESS数据库，又可以通过PDI参数接口文件获得； 设备参数通过设备参数接口文件检索而确定； 粗轧轧制规程、精轧轧制规程由规程接口文件获得； 层冷规程由层流冷却预设定模型直接提供。3.4 系统集成本课题研究目标开发出一套热带钢连轧机卷取机组温度预设定和自 动 的模型

22、软件，可根据不同的轧制策略完成卷取温度的预设定计算和为满足卷取温度层流冷却的 工作制度及自动 。4 卷取温度课题本课题开发研究内容u 卷取温度系统及功能划分u 层冷CTC模型总体设计u 卷取温度计算数学模型u 人机界面u 系统集成4 卷取温度课题卷取温度系统的主要任务89.30mF712345678910 111213 14151617FDTCTDC1DC2按照冷却工艺的要求，通过对输出辊道上下布置的集管开闭状态的 设定及以实现卷取温度和冷却速度。4.1 卷取温度系统及功能划分卷取温度系统的组成L1级-快速气动开闭阀开关-平均值计算-层流冷却系统边部遮蔽位置-上集管倾翻手动-层流冷却系统的联锁

23、HMI-数据信息显示-功能操作-人工干预L2级-冷却数学模型-轧件温度计算-自学习-反馈计算-数据处理4.1 卷取温度系统及功能划分卷取温度系统的功能设计实外部条件目标卷取温度测卷取温度.FDTCT主冷区119组集管.1号号F1F7精轧机组卷取机CTC是一个以前馈为主，反馈为辅，不断进行自学习的闭环系统精冷区反馈前馈模型自学习4.1 卷取温度系统及功能划分（一）分段冷却将板带从头部到尾部进行物理分段，对每一段分别进行信号检测，并根据目标温度进行模型计算，求出各样本的集 态，对其实施分段4.2 层冷CTC模型总体设计（二）热头热尾工艺为使硬质材、 的头尾端卷取良好，可通过调整带钢头尾部的目标卷取

24、温度，减少集管开启根数实现带钢头中尾各区段实际卷取温度呈凹型。热头热尾工艺参数：-热头热尾长度-热头热尾4.2 层冷CTC模型总体设计（三）学习点分段带钢头部处于未建张区域、中部处于 区域、尾部处于失张区域，三者所经历的冷却条件是各不相同的。因此需要对带钢头中 尾分别进行自学习或采用不同的自学习系数进行计算。4.2 层冷CTC模型总体设计（四）冷却模式u 常规冷却模式u 冷却速度模式4.2 层冷CTC模型总体设计常规冷却模式FDTCTFDTCT.以铁素体和贝氏体为主的双相钢，及厚度小于1.7mm的碳素钢和低级硅钢以铁素体和珠光体为主的普碳钢和优质结构钢前后以微合金元素的碳氮化物的析出为主的微合

25、金化钢FDTCT.按组稀疏冷却FDTCT.按管稀疏冷却4.2 层冷CTC模型总体设计温度（）温度（）温度（冷却速度模式10009001000终轧终轧终轧800AF800800AFAFAP600AP700600APAB400AB600400终冷终冷200 AM500AB200 AM终冷400时间 log(t)时间 log(t)时间 log(t)工艺参数:-终轧温度(开度)-目标卷取温度(终度)-中间温度T2-中间冷却速度A1-中间温度T3-中间冷却速度A24.2 层冷CTC模型总体设计（五）模型外部接口 CTC L2操作工人工干预输入输出输出结果模型参数数据更新学层别层别表数据习数据数据常数数据接口数据处理模块轧件数据网络 I/O 数据数据库设定结果数据模型分析CTC L1冷却设定数据实测冷却数据报表输出层冷模型计算模块PDI、FSU 数据4.2 层冷CTC模型总体设计SYSCOM（系统公共数据区）SCT（六）（系统常数表）TDT(轧件跟踪数据表)模型数据流CTCCOM(层流冷却数据区)GITSRTCOM(组别索引)轧件数据区GDTPDI（组别数据表）（轧件初始数据区）CMC（模型常数表）MCDCMT(轧件实测数据和数据区)（层冷模型表）CRD(层冷却设定计算数据区)CAD(层