带钢热轧过程高精度温度模型研究

论文摘要

热轧板带材是重要的钢铁产品,广泛应用于众多领域,近半个世纪以来,热轧板带生产得到了迅猛发展。在热轧带钢生产过程中,带钢温度是直接影响轧制产品尺寸精度和力学性能的重要因素之一。首先,它影响金属的变形抗力,从而影响带钢变形和轧制的力能参数；其次,它影响金属的微观组织变化,从而影响轧后产品的组织和性能。计算轧制过程温度场已是带钢生产过程中材质预报的一个重要手段。因此,研究带钢在轧制过程中的温度变化和内部的温度场不仅具有重要的理论意义,也具有十分明确的使用价值。本文以东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室与韩国浦项钢铁公司联合研究项目“热轧过程高精度温度预测模型”为背景,以国外和国内某钢厂热轧带钢生产过程为研究对象,采用有限元方法开发了热轧带钢二维高精度温度场计算模型,对热轧过程温度场进行了有限元数值模拟。本文主要研究内容如下：1)用有限元方法建立了带钢热轧过程二维温度场计算模型,综合分析了空冷、水冷和轧制过程条件,考虑了变形升温、热物性参数变化因素的影响。21结合实际轧制工艺条件,分析了影响有限元温度计算精度的因素,模型计算结果准确反映了热轧带钢温度变化规律。31采用Visual Basic语言开发了界面友好的热轧带钢温度场模拟程序PTPM,通过对应用软件MatLab和Office的调用实现计算结果的后处理功能,该程序便于初学者操作,通用性强。41分析了有限元温度计算模型的换热系数计算问题,提出了一种通过迭代计算的反算方法来计算带钢热轧过程的换热系数,该换热系数计算模型能够有效的提高带钢热轧温度场的计算精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、意义和目的
• 1.2 有限元法的发展状况及应用
• 1.2.1 弹塑性有限元法概述
• 1.2.2 粘塑性有限元法概述
• 1.2.3 刚塑性有限元法概述
• 1.3 板带轧制过程温度研究进展
• 1.3.1 数学模型分析方法
• 1.3.2 有限差分分析方法
• 1.3.3 有限元分析方法
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 有限元法求解温度场的基本理论
• 2.1 有限元法求解温度问题的变分原理
• 2.1.1 无内热源平面非稳态温度场的变分原理
• 2.1.2 有内热源平面非稳态温度场的变分原理
• 2.2 有限元网格的自动划分及节点的编号
• 2.3 单元内温度插值及形状函数
• 2.4 Jacobi矩阵及其逆矩阵和行列式
• 2.5 高斯数值积分
• 2.6 本章小结
• 第3章 轧制过程温度场的有限元法解析
• 3.1 传热学的基本理论
• 3.1.1 含有内热源的热传递基本方程
• 3.1.2 初始条件和边界条件
• 3.1.3 传热问题的泛函和变分原理
• 3.2 有限元求解公式
• 3.3 温度场有限元计算准备
• 3.3.1 网格划分
• 3.3.2 边界条件处理
• 3.3.3 热物性参数
• 3.4 温度场计算流程图
• 3.4.1 求解温度场有限元程序组成
• 3.4.2 有限元程序开发的特点和要求
• 3.5 本章小结
• 第4章 热轧带钢温度场模拟结果
• 4.1 模型计算的工艺条件
• 4.1.1 计算实例A
• 4.1.2 计算实例B
• 4.2 温度场的模拟计算结果
• 4.2.1 实例A模拟结果
• 4.2.2 实例B模拟结果
• 4.3 换热系数预测模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 热轧带钢温度场模拟程序开发
• 5.1 程序开发环境
• 5.2 PTPM开发流程
• 5.3 GUI功能实现
• 5.3.1 数据读写
• 5.3.2 Fortran计算程序调用
• 5.3.3 Excel数据表格调用
• 5.3.4 MatLab绘图调用
• 5.4 软件GUI界面概况
• 5.5 GUI操作流程
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢