[发明专利]一种H型钢坯加热过程温度分布计算方法

说明书

本发明公开了一种H型钢坯加热过程温度分布计算方法，属于冶金自动化过程控制领域。所述计算方法包括：根据初始炉温设定值，确定炉内钢坯所在位置处的炉温；选取包含水梁在内的计算区域，进行网格划分；计算钢坯表面的热流密度；达到加热时间并满足加热要求之后输出钢坯温度，并绘制钢坯升温曲线。本发明充分考虑了水梁与钢坯之间以及受水梁遮蔽作用产生的热交换，使绘制的钢坯升温曲线与实测值更接近，在线生产时节能降耗。

技术领域

本发明涉及冶金自动化过程控制领域，具体地，特别涉及一种H型钢坯加热过程温度分布计算方法。

背景技术

工业炉窑是我国能源消耗的大户，其所消耗的能源约占全国总能耗的25％左右。仅在冶金系统就有各种轧钢加热炉5000余座，其能耗约占冶金行业总能耗的60～70％。近年来，由于采用了综合节能技术，轧钢加热炉、均热炉、热处理炉和锻造炉等典型均取得了一定的节能效益，但与国外钢铁企业相比差距仍很大。由此可见，我国工业炉窑节能的潜力很大，推广工业炉窑的节能技术具有十分重要的意义。

H型钢坯在步进式加热炉炉膛内的辐射换热是传热的主要方式，H型钢坯加热的质量直接影响钢材的质量和产量，运用合理的加热制度加热H型钢坯，使H型钢坯出炉后达到轧制所要求的温度分布，有利于提高钢材的质量。通常无法直接测量得出H型钢坯在炉内加热过程的温度分布，而采用数学模拟的方法得到。对炉膛传热研究的数学模型一般都采用一维长炉模型，即将炉长分成若干炉段，在每一炉段内用平均炉气温度来代替该段的温度分布，一般要考虑各炉段之间的辐射换热，而不考虑炉内水梁滑块与H型钢坯之间以及受水梁遮蔽作用产生的热交换，使得模型计算得到的H型钢坯在炉内升温曲线与实测值有很大偏差。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种H型钢坯加热过程温度分布计算方法，将水梁滑块与H型钢坯之间以及水梁遮蔽作用所产生的热交换考虑在内，以解决模型计算得到的H型钢坯在炉内加热过程升温曲线与实测值有很大偏差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明所述H型钢坯加热过程温度分布计算方法，其中，在加热炉中分布有活动梁，活动梁中设置有水梁，包括以下步骤：

1)根据初始炉温设定值，确定炉内钢坯所在位置处的炉温；

2)选取计算区域，且计算区域将水梁包含在其中，并对计算区域进行网格划分；

3)计算钢坯表面的热流密度；

4)判断是否达到设定加热时间，若未达到，则继续计算，若达到，则进行步骤5)；

5)判断是否满足加热要求，若不满足，则返回至步骤1)，若满足，则进行步骤6)；

6)输出钢坯温度，并绘制钢坯升温曲线。

7)结束。

优选的，加热炉炉温是沿炉长方向分布的函数，根据加热炉内热电偶的位置，采用线性插值的方法确定炉内钢坯所在位置处的炉温。

优选的，在步骤2)中，对计算区域进行网格划分时，在水梁位置处以及H型钢坯腹板和翼板交接处采用较密的网格划分，其他位置采用成比例的疏密划分。

优选的，在步骤2)中，在网格点建立钢坯二维非稳态导热微分方程，分别沿x方向和y方向离散化钢坯截面，根据钢坯前一时刻的温度分布和炉温确定此时刻的温度分布，若为第一次计算，则此时刻的温度分布为初始温度。

进一步地，优选的，钢坯上表面设置为热流密度边界条件，钢坯下表面与水梁接触处设置为第三类边界条件，钢坯下表面其他位置设置为热流密度边界条件。