初轧厂钢锭加热和轧制过程的系统仿真研究

本文以某初轧厂一个月实际生产的调度和现场记录数据为依据,建立了生产过程系统仿真的数学模型,利用这些模型在计算机上对初轧厂钢锭加热和轧制过程进行多次仿真试验和过程研究,为现场的生产调度和管理等技术人员提供决策依据,也可供过程控制等系统研究人员参考。     

钢锭脱模后在保温设备内的热过程计算和分析

建立了保温设备内钢锭热过程的数学模型,经实测验证,数学模型可用。举例计算并分析了保温设备对钢锭的保温和节能效果,探索了高温液芯钢锭装保温设备均热后直送初轧机轧制的可能性,讨论了保温设备的砌筑材料和壁厚对节能效果的影响。     

钢锭加热过程的计算

用计算机模拟钢锭加热过程进行数值求解,可以解决各种钢锭装炉状态和烧钢方法的加热计算问题,如炉温、供燃料量随时间的变化,以及加热各期的时间长短,还可以算出炉子的燃料消耗和生产率等。 计算可用于研究均热炉的加热制度,也可用于建立均热炉计算机控制的数学模型。     

钢锭凝固和冷却过程的计算

装炉的热锭温度值是均热炉热工技术和管理工作的重要数据,现场普遍用传搁时间表反映热锭温度,传擱时间表通过实测制定,但实测工作量大,并且不易测准。由于钢锭凝固和冷却过程复杂,很难用分析解法进行理论计算。将传热基本方程置换为差分方程可以用计算机进行理论计算,计算结果与实测数据规律一致,说明计算可用于生产。计算还可用于均热炉计算机控制冷却数学模型的离线解析计算。     

扁锭凝固和冷却过程的计算

与方型断面钢锭一样,扁锭的传搁时间表也可以用计算方法制定,但基本方程要用二维导热方程,故计算量较一维显著增多。 文中介绍了计算用基本方程和置换为显式差分格式的各差分方程,举例说明计算步骤及所得数据的实用价值。计算结果可以用来制定钢锭传搁时间表,确定钢锭凝固率,凝固层厚度以及钢锭含有的凝固潜热量,确定装炉热锭载热情况,并在此基础上制定扁锭的合理加热制度和加热时间等。计算还可用于均热炉计算机控制扁锭冷却数学模型的离线解析计算。 方锭是扁锭的一个特例,因此,扁锭计算完全适用于方锭。     

钢锭的非对称冷却过程

本文针对钢锭在注车上的冷却过程,推导了钢锭的非对称冷却过程传热数学模型。该模型已被实例证明,可以用来估计对称传热假设的偏差以及生产中的可用程度,也为研究钢锭任一局部位置的热状态参数提供了数学模型。     

液芯钢锭热状态计算的数值分析

液芯钢锭的加热和轧制可大幅度地改善均热炉的技术经济指标,对节约能耗有极为显著的效果。通过模拟实验得知,钢锭液芯率控制在6％左右可以实现液芯轧制。通过理论计算得出不同模内、模外时间条件下沸腾钢锭的平均温度、凝固层厚度、液芯率、热含量以及达到出轧标准所应补充的热量等有关热状态参数,在此基础上找出实现液芯轧制所应遵守的条件,如传搁时间、在炉时间、最高炉温、热负荷等的定量关系,并提出最佳传搁时间的看法。经过现场实验的验证,上述分析是正确可信的。     

扁锭的液芯加热和液芯轧制

建立了反映扁锭特点的钢锭冷却和加热过程的二维数学模型。用该模型对本钢10.866吨扁锭的浇后冷却过程以及在单侧上烧嘴式均热炉内的加热过程进行了计算,由计算得出扁锭实现液芯加热和液芯轧制应该控制的装炉热状态。在炉时间以及温热制度等工艺参数。通过现场实测验证计算结果可信,说明数学模型可用。上述工作为现场制订扁锭的液芯加热和液芯轧制操作规程提供了理论依据,在本钢进行了51炉、6769吨扁锭的生产性实验,实验结果表明该项节能工艺是成功的,并取得了重大经济效益: 1.提高均热炉生产能力1.5倍; 2.降低热耗0.795×10~6kJ/t(ingot); 3.节电3.12kW·h/t(ingot); 4.减少氧化烧损0.5％。