中厚板轧制过程轧件温度场模型建立与分析

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1、东北大学硕士学位论文第1章绪论1．1研究的背景、目的和意义中厚钢板是国民经济发展所必须的重要钢铁材料，广泛应用于基础设施建设、造船、工程机械、容器、能源、建筑等各行各业，是国家钢铁工业及钢铁材料水平的一个重要标志。从世界工业化国家看，中厚板的需求量约占到钢材总量的10％左右。作为一个快速发展的发展中国家，我国正在进行大规模的基础建设，对中厚板的需求一直非常强劲。2009年中厚板产量为5837万t，占当年钢材中产量的10．24％，2010年产量再次刷新历史记录，达到6947万t，占当年钢材中产量的11．02％，较2009年同比增长为19．02％。图1．1为2001年以来我国中厚板的年产量增

2、长趋势图。‘I：份图1．12001～2010我国中厚板年产量Fig．1．1Theannualyieldofplatefrom2001to2010我国钢板的生产能力己经不小，生产水平也在逐渐提高，但是中厚板轧制是我国冶金工业相对薄弱的环节，生产过程中遇到的各种实际问题急需解决。中厚板轧制受设备状况、工艺条件、产品种类等复杂因素交互影响，产品质量的最优控制越来越受到钢铁企业和研究机构的高度重视。随着市场竞争的加剧，以及轧制技术的日益进步，对中厚板轧制产品的质量要求愈来愈高，生产厂家在激烈的竞争中为了增强产品竞争力，需要不断研制开发新的轧制工艺，提高产品质量、提高成材率及生产效率、增加产品的科

3、技含量、降低能耗与成本[1-3】。在中厚板生产过程中，温度是最重要的参数之一。由于温度直接影响到轧制力，因东北大学硕士学位论文第1章绪论此精确预报生产过程中各阶段的温度是保证厚度、宽度和板形等数学模型命中率的关键，是实现自动轧钢的基础；另外，温度也为产品组织性能的预测和控制提供了必要的数据支持。过去中厚板生产过程中使用的温度计算模型或受其求解机理限制或过于简化，对钢板内部温度的计算相对较少，难以满足目前对中厚板生产厚度精度高、板形条件良好的要求。因此，开发高精度的温度数学模型具有十分重要的意义。1．2中厚板生产的发展趋势鉴于中厚板在社会工业化进程中的重要地位，各经济强国对中厚板的生产非常

4、重视，中厚板生产的发展方向主要体现在轧机和轧制技术上。各国的中厚板轧机和生产技术都各有其特色，钢板质量和各种经济指标总体也达到了较高的水平。1．2．1国内外中厚板轧机发展中厚板轧机的规模通常用辊身长度来表示。辊身长度直接决定了所能轧制钢板的最大宽度，它可体现一个国家建造大型船舶、舰艇和油气输送管道的实力[1_8]。下面以辊身长度为线索，分别介绍国内外中厚板轧机的状况和发展趋势。中厚板轧机最初为二辊可逆轧机。第一架中厚板轧机于1864年诞生于美国，其构造为装备较为落后的三辊劳特式轧机。1891年，为了满足各工业制造部门对板材厚度及精度的要求，美国又率先建成了世界上第一架四辊可逆式厚板轧机，

5、这种轧制工艺和设备一直流行了半个多世纪。二十世纪的上半个世纪，世界主要发达国家建造的中厚板轧机多为3810"--'5230mm的四辊可逆式轧机，其产品在很长时期内主要用于军事用途(生产航母、各类舰艇、坦克及鱼雷等用)，兼顾民用。二十世纪60年代以后，主要发达国家建造的中厚板轧机以4500mm以上特宽单机架轧机为主，以满足大型舰艇、航母和大直径油气管线的生产需求。70年代开始，轧机又加大了一级，以5500mm轧机为典型代表，5000mm级轧机世界上有13套，其中日本有5套、美国2套、前苏联3套、德国2套、法国l套。截至1999年，世界各国辊身长度大于3000mm的轧机共有77套。到2010

6、年世界各国4500mm以上的轧机有27套。中厚板的生产水平是衡量一个国家钢铁工业水平的标志之一。表1．1列出了国外4500mm以上轧机‘3埘。东北大学硕士学位论文第1章绪论表1．1国外4500mm以上宽厚板轧机Table1．1PlateMillover4500mmontheWorld注：ItM一粗轧机：FM一精轧机：()表示预留一3一东北大学硕士学位论文第1章绪论现代化的四辊厚板轧机以高精度、高刚度、大功率、大转矩为显著特点，表1．2为国外先进的宽厚板轧机参数‘6，71。表1．2国外先进的宽厚板轧机参数Table1．2Parametersofforeignheavyplatemill我国

7、中厚板轧机经历了从三辊劳特式为主到以四辊轧机为主的发展历程13】。在改革开放之前，中厚板轧机的主力是2000～3000mm的小型中厚板轧机，装备水平和技术水平均与国际先进水平有很大的差距。厚度自动控制和加速冷却这两项中厚板最重要的基本技术虽然几经探索，成效甚微。改革开放后，随着造船业、油气输送管线、石油平台、石油储罐、桥梁、高层建筑和工程机械等下游行业的快速发展，对中厚钢板提出了更高的要求。为满足国民经济建设的需要，国内中厚板轧机发