热轧区域钢坯（板）周期传热边界特征与温度场的协同机制

发布时间：2021-12-23 14:14

　　钢铁企业是高能耗、高污染行业,且产能过剩。企业为了生存发展,必须进行转型升级、开发高附加值、高性能产品。钢坯组织性能控制对产品质量有着重要影响,它与钢坯的温度分布、水平和梯度密切相关,而钢坯（板）传热边界又直接决定着温度的分布规律。因此,研究热轧区域钢坯（板）传热边界特征与温度场协同规律具有重要的意义。热轧区域包括加热炉、轧制和层流冷却三个单元。钢坯（板）从加热炉到层流冷却历经加热和多点冷却,是周期性的复杂传热过程,目前对这种复杂传热过程的规律尚不清楚。基于此,提出了采用实验测试、理论分析计算以及最小二乘有机结合得到表征边界函数的方法,发现了传热边界具有周期特征,并从正、反两方面研究了周期特征参数与温度场的协同性,获得了特征参数对传热效果的影响程度,分析了特征参数协同运行规律,为优化热工操作、合理安排加热（冷却）生产过程提供依据。具体结论如下:（1）各单元传热边界周期性显著,周期函数各不相同影响传热边界的因素为炉温和换热系数,它们都具有明显周期特征。研究发现加热炉炉温可以由三角函数和线性函数叠加而成,轧制单元换热系数主要为梯形波或者矩形波,层流冷却单元换热系数为以喷头为中心的半波正弦构... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：184 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 热轧区域系统的特点及传热研究重点
        1.2.1 热轧区域系统特点
        1.2.2 热轧区域传热研究重点
    1.3 热轧区域传热研究现状
        1.3.1 加热炉传热边界及传热模型研究现状
        1.3.2 轧制传热边界及传热模型研究现状
        1.3.3 层流冷却传热边界及传热模型研究现状
    1.4 研究内容
    1.5 论文研究思路
第2章 钢坯(板)传热模型的建立
    2.1 控制方程及定解条件
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 定解条件
    2.2 区域离散化
        2.2.1 空间网格划分
        2.2.2 导热微分方程的离散
    2.3 边界处理
    2.4 离散方程求解
    2.5 小结
第3章 加热单元传热边界特征对传热过程影响
    3.1 加热炉内传热过程分析
    3.2 传热边界函数的获得
        3.2.1 热平衡分析
        3.2.2 炉温函数
        3.2.3 对流换热系数
        3.2.4 辐射全交换面积
    3.3 传热边界特征及其对传热过程影响
        3.3.1 炉温函数特征参数及其对传热过程影响分析
        3.3.2 对流换热系数及其对传热过程的影响
        3.3.3 辐射全交换面积的影响
    3.4 案例分析
        3.4.1 基本参数
        3.4.2 传热边界函数特征参数的获得
        3.4.3 钢坯温度场的验证
        3.4.4 传热边界特征参数对温度场的影响
    3.5 小结
第4章 轧制单元传热边界特征对传热过程影响
    4.1 轧制单元传热过程分析
    4.2 轧制单元传热边界特征函数
        4.2.1 空冷阶段边界函数
        4.2.2 除鳞阶段边界函数
        4.2.3 轧制阶段边界函数
    4.3 轧制单元传热边界特征及其对钢坯温度场影响
        4.3.1 空冷阶段
        4.3.2 除鳞阶段
        4.3.3 轧制阶段
    4.4 小结
第5章 层流冷却单元边界特征对传热过程影响
    5.1 层流冷却单元传热过程分析
    5.2 层流冷却传热边界函数
    5.3 层流冷却传热边界特征参数
    5.4 传热边界特征参数对传热过程影响规律
        5.4.1 特征参数对传热过程影响规律分析
        5.4.2 案例分析
    5.5 小结
第6章 热轧区域传热边界与温度场协同
    6.1 加热炉传热边界特征与温度场协同性
        6.1.1 加热炉炉温振幅与周期的协同
        6.1.2 加热炉炉温振幅与周期协同性应用
    6.2 层流冷却传热边界特征与温度场协同性
        6.2.1 水冷时间与振幅之间的协同
        6.2.2 喷射高度与振幅之间的协同
        6.2.3 水冷时间、喷射高度与振幅之间的协同
    6.3 热轧区域传热边界特征与温度场协同性分析
    6.4 小结
第7章 结论及展望
    7.1 主要结论
    7.2 论文创新点
    7.3 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法[J]. 郑忠,黄世鹏,龙建宇,高小强.  工程科学学报. 2017(01)
[2]2015年我国钢铁行业经济运行特点及2016年预测分析[J].   冶金管理. 2016(01)
[3]轧钢加热炉钢坯“黑匣子”测温方法[J]. 钱惠国,高超.  金属热处理. 2015(11)
[4]步进梁式加热炉“黑匣子”测试与分析讨论[J]. 郑其英.  工业加热. 2015(03)
[5]热轧带钢层流冷却宽度方向温度分布的研究[J]. 肖湖福,葛国军,李军.  冶金设备. 2014(S1)
[6]热轧带钢层流冷却控制方法[J]. 李双宏,王聪,秦强,杨杰,李曦.  计算机工程与应用. 2015(23)
[7]基于Matlab的中厚板轧后冷却过程温度场数值研究[J]. 冯辉君,陈林根,孙丰瑞.  轧钢. 2013(06)
[8]基于改进遗传算法的板坯温度计算[J]. 杨伟超,王剑魁,张国山,王贇.  系统仿真技术. 2012(04)
[9]热轧带钢层流冷却系统温度的建模与仿真[J]. 张国山,高乐,吴毅平.  控制工程. 2012(04)
[10]步进梁式板坯加热炉数学模型的“黑匣子”测试与应用[J]. 张强国,李仕一,陈亮全.  工业炉. 2012(03)

博士论文
[1]连铸板坯—结晶器传热、变形与摩擦行为研究[D]. 杜凤鸣.大连理工大学 2016
[2]带钢卷取温度高精度预报及多目标优化控制策略研究[D]. 孙铁军.北京科技大学 2016
[3]中国钢铁产业循环经济效率研究[D]. 刘龙.辽宁大学 2015
[4]中厚板连铸坯高压水除鳞换热系数研究[D]. 高朋.燕山大学 2015
[5]钢铁制造流程中物质流与能量流优化及其协同运行基础研究[D]. 孙文强.东北大学 2013
[6]棒线材轧制过程多场耦合数值模拟与工艺优化[D]. 岳重祥.大连理工大学 2010
[7]基于PEBI网格的油藏数值计算及其实现[D]. 査文舒.中国科学技术大学 2009
[8]基于物质流、能量流与信息流协同的大系统研究[D]. 龙妍.华中科技大学 2009
[9]热轧带钢温度建模和数值模拟[D]. 陈水宣.浙江大学 2008

硕士论文
[1]基于段法模型的步进式轧钢加热炉结构参数研究[D]. 李浩.武汉科技大学 2018
[2]“去产能”背景下钢铁行业发展策略研究[D]. 李泽.湖北工业大学 2016
[3]基于效率的我国钢铁产业政策影响研究[D]. 王稳稳.南京理工大学 2016
[4]华北钢铁企业产能过剩的测量及其对企业盈利能力的影响[D]. 陈丹.中北大学 2015
[5]基于数据驱动的高炉冶炼操作参数优化[D]. 顾东洋.内蒙古科技大学 2014
[6]热轧带钢粗轧过程工艺模拟软件开发[D]. 杨耀华.东北大学 2014
[7]加热炉钢温建模与炉温优化设定研究[D]. 张廷玉.东北大学 2014
[8]我国钢铁企业竞争力评价研究[D]. 秦海燕.河北联合大学 2014
[9]钢铁行业并购财务风险评价与防范研究[D]. 李举媛.江苏科技大学 2013
[10]基于差分进化算法的加热炉预测控制[D]. 刘加新.东北大学 2013



本文编号：3548630