一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法、装置及设备。所述方法包括：获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状；构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型；对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息；根据所述轧制信息，获得快速冷却过程中各处理阶段的换热系数；所述处理阶段包括：空冷阶段和水冷阶段；根据所述坐标信息、所述空冷阶段的换热系数、水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。本发明专利技术的方案可以实现棒材的快速冷却过程中棒材心部温度的测定。中棒材心部温度的测定。中棒材心部温度的测定。

【技术实现步骤摘要】
一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及轧制
，特别是指一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]温度在热轧过程中至关重要，温度作为金属塑性变形和热处理过程中最重要的影响因素之一，直接影响金属的变形抗力和轧制过程的关键参数设定，从而影响棒材轧制规程、工艺参数以及产品性能和质量。
[0003]过去常用的温度测量方法多采用现场测量和传统模型的计算方法，现场温度测量虽然方便快捷，但现场测量影响因素较多，容易造成采集的温度数据不精确，甚至需要通过其他轧制参数获得温度，并且现场采集温度大多为表面温度，无法测定棒材心部温度，不能得到准确的温度；传统模型方法包括经验公式和有限差分法，这些方法虽然能够在线应用，降低实验成本，但对温度影响较大的热轧来说，温度计算的精度还需提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法、装置及设备。可以实现棒材的快速冷却过程中棒材心部温度的测定。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法，所述方法包括：
[0007]获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状；
[0008]构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型；
[0009]对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息；
[0010]根据所述轧制信息，获得快速冷却过程中各处理阶段的换热系数；所述处理阶段包括：空冷阶段和水冷阶段；
[0011]根据所述坐标信息、所述空冷阶段的换热系数、水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。
[0012]可选的，所述节点是对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分后得到的至少一个区域内的单元网格的顶点。
[0013]可选的，对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息，包括：
[0014]按照预设区域划分数量，将所述预设有限元非均匀网格划分模型，划分为第一区域、第二区域以及第三区域；
[0015]获取所述第一区域的宽度单元网格数以及厚度单元网格数；
[0016]获取所述第二区域与所述第三区域的径向单元网格数；
[0017]根据所述宽度单元网格数与所述厚度单元网格数，获得所述第一区域中单元网格
的节点的坐标信息；
[0018]根据所述宽度单元网格数与所述径向单元网格数，获得所述第二区域中单元网格的节点的坐标信息；
[0019]根据所述厚度单元网格数与所述径向单元网格数，获得所述第三区域中单元网格的节点的坐标信息；
[0020]其中，所述第一区域与所述第二区域的宽度单元网格数相同；所述第一区域与所述第三区域的厚度单元网格数相同；所述第二区域与所述第三区域的径向单元网格数相同。
[0021]可选的，根据所述坐标信息、所述空冷阶段的换热系数、水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布，包括：
[0022]根据所述空冷阶段的换热系数、所述水冷阶段的换热系数、所述坐标信息以及所述预设温度预测模型，获得所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组；
[0023]根据所述温度预测线性方程组，获得所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。
[0024]可选的，所述空冷阶段的换热系数根据下式计算得到：
[0025][0026]其中，所述h
r
为空冷阶段的换热系数，所述σ为斯特凡
‑
玻尔兹曼常数，所述ε为黑度系数，所述T为瞬时温度，所述T
∞
为温度极值；
[0027]所述水冷阶段的第一换热系数根据下式计算得到：
[0028][0029]其中，所述h1为水冷阶段的第一换热系数，所述T
d
为冷却水的沸点，所述T
R
为棒材表面温度，所述T
f
为冷却水温度，所述D为冷却水管径，所述d为棒材直径，所述λ
w
为水的导热系数，所述Re为雷诺准数；
[0030]所述水冷阶段的第二换热系数根据下式计算得到：
[0031]h2＝(Nu
·
λ
α
)/d；
[0032]其中，所述h2为水冷阶段的第二换热系数，所述Nu为努谢尔特准数，所述λ
α
为空气导热系数，所述d为棒材直径。
[0033]可选的，根据所述空冷阶段的换热系数、所述水冷阶段的换热系数、所述坐标信息以及所述预设温度预测模型，获得所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组，包括：
[0034]根据所述空冷阶段的换热系数、所述轧制阶段的换热系数和所述坐标信息，按照热力学第一定律，构建热传导微分方程；
[0035]根据热传导问题的变分原理，对所述热传导微分方程求一阶偏导数并置零，得到每个单元网格的等效泛函方程；
[0036]根据所述热传导微分方程和有限元组合方法，对离散单元进行组装，得到所述预设温度预测模型；
[0037]将所述预设温度预测模型中的温度对时间偏导数，表示为二点向后差分格式；
[0038]将所述二点向后差分格式，带入所述设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组。
[0039]可选的，根据所述温度预测线性方程组，获得所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布，包括：
[0040]采用一维变带宽存储法求解所述温度预测线性方程组，获得所述棒材断面上的第一区域、第二区域以及第三区域内的每个节点的温度；
[0041]对所述节点的温度的计算次数进行迭代，直至当前处理阶段的节点的温度的计算次数达到预设次数；
[0042]在所述快速冷却过程的总时间没有达到时，继续进行下一轮的获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状；构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型；对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息；根据所述坐标信息、所述棒材轧制信息和所述预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布，直到所述快速冷却过程的总时间到达。
[0043]本专利技术还提供一种棒材的快速冷却过程温度的预测装置，所述装置包括：
[0044]获取模块，用于获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状；
[0045]处理模块，用于构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型；对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息；根据所述轧制信息，获得快速冷却过程中各处理阶段的换热系数；所述处理阶段包括：空冷阶段和水冷阶段；根据所述坐标信息、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种棒材的快速冷却过程温度的预测方法，其特征在于，所述方法包括：获取至少一种棒材轧制信息以及轧制完成后的棒材断面的形状；构建所述轧制完成后的棒材断面的形状对应的有限元非均匀网格划分模型；对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息；根据所述轧制信息，获得快速冷却过程中各处理阶段的换热系数；所述处理阶段包括：空冷阶段和水冷阶段；根据所述坐标信息、所述空冷阶段的换热系数、水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。2.根据权利要求1所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法，其特征在于，所述节点是对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分后得到的至少一个区域内的单元网格的顶点。3.根据权利要求1所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法，其特征在于，对所述有限元非均匀网格划分模型进行区域划分，获取至少一个区域内的至少一个节点的坐标信息，包括：按照预设区域划分数量，将所述预设有限元非均匀网格划分模型，划分为第一区域、第二区域以及第三区域；获取所述第一区域的宽度单元网格数以及厚度单元网格数；获取所述第二区域与所述第三区域的径向单元网格数；根据所述宽度单元网格数与所述厚度单元网格数，获得所述第一区域中单元网格的节点的坐标信息；根据所述宽度单元网格数与所述径向单元网格数，获得所述第二区域中单元网格的节点的坐标信息；根据所述厚度单元网格数与所述径向单元网格数，获得所述第三区域中单元网格的节点的坐标信息；其中，所述第一区域与所述第二区域的宽度单元网格数相同；所述第一区域与所述第三区域的厚度单元网格数相同；所述第二区域与所述第三区域的径向单元网格数相同。4.根据权利要求3所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法，其特征在于，根据所述坐标信息、所述空冷阶段的换热系数、水冷阶段的换热系数和预设温度预测模型，得到所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布，包括：根据所述空冷阶段的换热系数、所述水冷阶段的换热系数、所述坐标信息以及所述预设温度预测模型，获得所述棒材的快速冷却过程的温度预测线性方程组；根据所述温度预测线性方程组，获得所述棒材的快速冷却过程的预测温度分布。5.根据权利要求4所述的棒材的快速冷却过程温度的预测方法，其特征在于，所述空冷阶段的换热系数根据下式计算得到：其中，所述h
r
为空冷阶段的换热系数，所述σ为斯特凡
‑
玻尔兹曼常数，所述ε为黑度系数，所述T为瞬时温度，所述T
∞
为温度极值；
所述水冷阶段的第一换热系数根据下式计算得到：其中，所述h1为水冷阶段的第一换热系数，所述T
d
为冷却水的沸点，所述T
R
为棒材表面温度，所述T
f
为冷却水温度，所述D为冷却水管径，所述d为棒材直径，所述λ
w
为水的导热系数，所述Re为雷诺准数；所述水冷阶段的第二换热系数根据下式计算得到：h2...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅瑞斌，王雪苏，张碧辉，王继州，侯俊卿，高晗，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：