[发明专利]一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法

说明书

本发明涉及一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法，旨在通过精确有限元建模解决新钢种层流冷却工艺难以快速有效制定的问题，属于钢铁冶金领域。其原理是沿带钢宽度、厚度和长度方向划分网格；将带钢运动转化为层流冷却集管的反向的、相同速度大小的运动；沿带钢宽度方向设置带钢表面换热系数；采用温度、相变和应力应变多场耦合模型进行带钢层流冷却过程计算，并根据温度计算值与实际值的差值对带钢表面换热系数进行优化，从而得到最佳带钢层流冷却有限元模型。使用该模型进行新钢种层流冷却计算，可以快速准确获得新钢种在不同冷却策略下的控制情况，提高效率，降低生产成本。

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法。

背景技术

钢铁工业是支撑国民经济发展的重要支柱产业，现代钢铁工业的发展水平是一个国家技术进步和综合国力的重要体现。对于热轧带钢，其性能不仅取决于热轧工艺，更决定于轧制之后的控制冷却技术。热轧卷取温度及其下机后的性能能否控制在要求范围之内，则主要取决于对精轧机后热轧带钢冷却系统的控制。

通常卷取温度随钢种变化而变化，多数钢种的卷取温度在670℃以下，约为570℃～650℃。热轧带钢从精轧机组出来的终轧温度约为800℃～900℃，精轧机组到卷取机之间的输出辊道都在几十到一百多米，带钢在此段辊道上的运行时间一般为几秒到几十秒之间。在如此短的时间内要使带钢温度降低约300℃左右，仅靠带钢在输出辊道上的自然冷却是不可能的，必须要在输出辊道上设置高效率层流冷却装置，对带钢上下表面进行喷水达到强制冷却的效果，同时对冷却水量进行准确控制以满足卷取温度的控制要求，从而获取所要求的成品钢卷性能。

对于层流冷却控制策略的制定一直是一个比较困难的课题，当热轧带钢上、下表面温差达到30℃,会使带钢产生冷却翘曲。上集管的流量均匀分布设计和下集管固定流量设计是常规冷却设备产生不均匀冷却的主要原因，因此需要反复测量控制数据后利用大量的数据进行评估，但是在实际生产线上进行试验的成本及危险性都比较高。现有技术方案中，一种方案是利用产线已有的控制模型进行在线预计算，或者将该控制模型移植到其它服务器或工作站上进行离线测试计算，但是都存在新开发钢种与预设钢种不对应导致实际开始命中率不高的问题；另一种方案是针对实际产线建立有限元模型，仿真计算层流冷却过程中带钢的温度分布和组织变化，但是都没对带钢表面的传热系数给出比较全面的方案，影响了带钢温度分布计算及相应的材料性能计算。

发明内容

本发明针对现有技术方案对层流冷却获得的试验结果准确度不高，进而导致不能获取准确的层流冷却控制策略的技术问题，提出一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法，其目的在于能够确定层流冷却过程中带钢表面各处的换热系数，克服现有技术计算不全面的问题。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

S1，沿带钢宽度、厚度和长度方向划分网格；

S2，将带钢运动转化为带钢生产中层流冷却集管的反向的、相同速度大小的运动；

S3，沿带钢宽度方向设置带钢表面换热系数；

S4，采用涵盖温度、相变和应力应变的多场耦合有限元模型进行带钢层流冷却过程计算，并根据温度计算值与实际值的差值对带钢表面换热系数进行优化，从而得到最佳带钢层流冷却多场耦合有限元模型；

S5，利用得到的最佳带钢层流冷却多场耦合有限元模型，应用在新钢种层流冷却控制策略制定中，获取新钢种准确的层流冷却控制工艺以及相应的材料性能。

所述的一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法，优选的，所述S1包括：

S1-1，以过带钢宽度中心且垂直带钢宽度方向的平面作为对称面，取其中一半进行建模，网格在宽度方向从对称面开始往边部进行标识，标号为i＝1，2，…，N_B；