【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热轧板形控制，尤其涉及一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法。
技术介绍
1、温度作为金属塑性变形过程中重要的影响因素之一，其在热轧过程中表现最为显著，温度不仅影响带钢的变形抗力从而影响轧制压力的计算，而且还会影响带钢内应力的分布状态进而影响板形，因此精确预报和控制热轧带钢精轧过程中的温度场是保证带钢质量的重要前提。
2、带钢轧制过程是一个复杂的热机耦合过程，通过对实际热轧过程的各种热交换现象的分析，热轧带钢精轧过程与介质的热交换过程可归纳为以下几个方面：带钢表面与冷却水的热对流、带钢表面与周围空气的热对流、带钢表面辐射换热、变形区带钢与轧辊的热传导、带钢发生塑性变形产生的变形热、带钢表面与轧辊摩擦产生的热量。但现有的温度场模型在边界条件处理以及物性参数选取方面存在不同的缺陷，忽视了带钢在热连轧过程中温度变化的复杂性。
3、在实际生产中由于检测仪表的限制，精确测量精轧机组各机架出口带钢的温度场是无法实现的；同时，过去几十年对构建瞬态温度场模型的研究，大多是基于厚向或者纵向的一维预测模型以及基于带钢横截面上的二维温度计算模型，对精轧带钢的三维温度场模型的研究较少。而带钢在热连轧过程中经历的传热过程十分复杂，构建精准的板带材温度场计算模型需要考虑三维方向上的多种传热情况。
技术实现思路
1、针对在实际生产中无法实现精确测量精轧机组各机架出口带钢的三维温度场的问题，本专利技术提出一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，基于有限差分方法建立数学
2、为实现上述技术效果，本专利技术提出的一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，包括以下步骤：
3、步骤1：对轧后带钢差分网格进行划分；
4、建立一个 xyz坐标系，以带钢的纵向、横向、厚度方向分别为 x、 y、 z方向，沿 x、 y和 z方向分别按等间距δ x、δ y和δ z将带钢分割成若干长方体单元，分别产生 n x、 n y、 n z个网格，设 i为方向 x的节点号、 j为方向 y的节点号、 h为方向 z的节点号，将带钢划分为若干个长方体单元，即微单元体，以每个微单元体的中心为一个节点，节点号为（ i, j, h）；
5、步骤2：确定带钢几何尺寸与热物性参数、轧后初始温度分布和外部条件参数；
6、所述几何尺寸包括带钢厚度 z、带钢宽度 y、带钢长度 x、带钢边缘温降区域的宽度 c；
7、所述热物性参数包括带钢密度、导热系数、比热；
8、所述轧后初始温度参数包括距轧后带钢距中心点设定区域的温度 t0、距带钢边缘设定距离的温度 t0'；
9、所述外部条件参数指空气温度 t、水流密度 w；
10、步骤3：使用数值仿真软件建立三维温度场差分模型；
11、步骤3.1：建立初始温度场模型；
12、根据步骤1划分网格，进行单元离散化，获得初始模型；
13、将步骤2收集参数带入至初始模型，为所建立模型赋予步骤2收集的初始温度参数和材料热物性参数，从而建立初始温度场模型；
14、步骤3.2：计算水冷的换热系数 h w：
15、
16、式中 h w为水冷的换热系数；r为水压影响系数，w为水流密度；
17、步骤3.3：由热量平衡关系得到每个节点控制体积的能量守恒方程；
18、从带钢内部取出任一微单元体，其边长为 dx、 dy和 dz，基于热量平衡关系得：；式中 ρ为带钢密度， c为带钢比热容， λ为热导率， h w为水冷换热系数， t为时间， x为带钢长度， y为带钢宽度， z为带钢厚度，为求偏微分符号， t为外部空气温度；
19、除内部节点以外的节点都与外界有能量传递，故在外部拟一节点与除内部节点以外的节点的间距为其与相邻节点间距的二分之一，再根据平板导热原理，得到以下节点能量关系：
20、角节点：
21、边节点：
22、面节点：
23、内节点：
24、式中， ds=δ xδ y； 为节点（ i,j,h）对应控制统计在 k时刻的温度，℃，为节点（ i,j,h）对应控制统计在δ t时间后的温度，℃； k为时刻；δ t为时间步长， s，δx、δy和δz为在经过网格划分后的微单元体的长、宽、高；
25、步骤3.4：应用消元法计算每个节点每个时刻的温度并进行存储，实现对三维温度场的温度预测；
26、步骤3.4.1：输入初始温度场模型，初始温度场模型中各节点温度值为0时刻各节点温度值，即为；设置预测时间 t'、建立温度存储三维矩阵（（本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，其特征在于，步骤2中，所述几何尺寸包括带钢厚度z、带钢宽度y、带钢长度x、带钢边缘温降区域的宽度c；
3.根据权利要求1所述的一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，其特征在于，步骤3.2所述水冷的换热系数hw如下式：；式中hw为水冷的换热系数；r为水压影响系数，w为水流密度。
【技术特征摘要】
1.一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种机架间冷却过程带钢三维温度场的预测方法，其特征在于，步骤2中，所述几何尺寸包括带钢厚度z、带钢宽度y、带钢长度...
【专利技术属性】
技术研发人员：匡萃葳，吴豪，李文梦，陈扬，彭文，孙杰，张殿华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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