轧前及粗轧过程中钢坯温降的计算机模拟

热轧过程中，钢坯的温度不仅直接影响成品的尺寸精度和力学性能，而且是决定轧机轧制负荷的主要因素，它直接关系到轧机的使用寿命。轧钢生产过程的加热环节与轧制环节的综合集成控制技术已成为我国冶金自动化领域今后发展的一个重要方向，而准确及时地获得钢坯轧制过程中的温度分布是确保集成控制技术能在轧钢生产过程中实现的一个重要基础。

1模拟钢坯温度变化的计算模型

影响轧件温度变化的因素很多，在轧钢生产过程中应考虑的主要因素有：轧件自身的热传导、轧件变形过程中产生的变形热、轧件与轧辊之间的热交换以及钢坯出炉后在辊道传送过程中的热损失等。

轧辊与轧件之间的热交换是基于轧件和轧辊受热的边界条件给出的，即在轧件与轧辊接触表面，二者的温度相等，而且温度梯度应该一致。钢坯出炉后在辊道上的传热主要有两种模式，即钢坯在传送过程中自然空冷或进入粗轧机前因高压水除鳞引起的强制冷却，后者对钢坯温降的作用最大。热传导方程仍采用二维非稳态导热方程，但此时的边界条件发生了变化，钢坯经过高压水除鳞装置时与高压水之间的热交换主要属于强制对流换热，其传热机理十分复杂，纯理论计算十分困难，因此一般采用牛顿冷却定理来计算钢坯的表面散热量。高压水除鳞时强制对流换热主要发生在钢坯的上、下表面，因此只考虑强制对流换热对钢板上、下表面温度分布的影响，进而分析对整块钢板温度分布的影响。

2模拟结果及讨论

以上述讨论的内容为基础，采用有限差分法对时问和空间分别进行离散化处理，得到计算模型[1，用此模型对国内某钢铁公司板带厂的16Mn钢坯在轧前及粗轧道次中的温度变化进行了模拟计算，并将模拟计算值与现场实测值进行了比较。程序中用控制变量I控制程序走向，可分别对钢坯轧前空冷、除鳞及轧制变形进行单独计算。模拟计算中所用参数如下：钢坯出炉温度1250℃，钢坯厚18O～250mm、宽1000～2300mm、长10250～12000mm，钢坯粗轧出口厚度25～35mm。

钢坯实际尺寸为220mm×1220mm×10000mm，粗轧出口厚度为33mm。计算值与实测值的误差为±15℃，完全可以满足实际生产的需要。虽然粗轧最后道次钢坯中心温度略有上升，在随后的辊道传送途中，由于钢坯变薄，钢坯表面及中心温度开始迅速下降。

为了对二维模型与一维模型的计算精度进行比较，笔者还用钢坯轧制时温度变化的一维模型进行了模拟，一维模型的模拟条件与二维模型的基本相同，模拟结果。从两种模型的模拟结果可以看出，二维模型的精度明显高于一维模型。

3结论

(1)用笔者建立的温度模型计算得出的钢坯温度变化与实际生产情况基本吻合，完全可以用来指导生产。

(2)此模型具有通用性，可推广到其它钢种的生产过程中。

(3)由于该模型计算耗时较多，因而用于钢坯温度的在线控制时具有一定的困难。所以，如何提高模型的计算速度，以便更好地用于实时控制将是进一步研究的主要内容。