厚板加热炉钢坯三维温度场在线数模系统的研究与应用

摘要

轧钢厂加热炉是影响整个轧线生产成本和轧制成品质量的重要工艺环节。由于加热炉工况的多样化，某些反映加热炉主要的热工参数不能直接或连续地检测(如：钢坯在加热炉内温度过程变化)，导致生产常出现过烧和欠烧现象。数学模型可以将所研究的加热炉，用数学语言描述出来，同时用数学解析或者数值分析等方法，对描述过程的微分方程进行数值求解，从而实现对加热炉加热过程的模拟研究，因此研究和应用加热炉数学模型已成为当前冶金行业研究的热点之一。
　　 数学模型有两种方法：统计模型和机理模型。本论文基于传热理论，建立起钢坯加热过程的机理模型，根据模型实际应用情况，对模型的边界条件进行修正，从而得到钢坯加热过程的三维温度场。机理模型边界条件清晰，解释性强，具有统计模型无法取代的优势。
　　 本文主要介绍了自主开发的加热炉三维温度场模型的主要构成及区别于传统模型的三维温度场技术。通过建立三维不稳态传热数学模型，并采用有限差分法求解结算，利用软件DELPHI7.0，模拟计算出坯料在加热炉各位置、各时间段内的动态温度分布情况，并通过x、y、z不同方向，不同切面显示出计算结果，供技术人员观察分析并存储在系统数据库中。系统利用“黑匣子”在线测温装置对钢坯加热过程温度场分布进行多次实测，对计算结果进行验证，调整模型参数，总结最优加热曲线，使加热炉生产从不可观、不可控变为可观、可控、可预测。
　　 加热炉二级模型系统的成功在线应用，将根本上改革传统加热炉看火操作的生产方式，操作工可以通过模型画面直观检测板坯加热情况，能够较好的控制板坯加热的“过烧”“欠烧”现象。并根据系统推荐燃煤气值进行炉温控制，不仅保证了加热质量又可以高效的控制能源消耗。