CN113705005B - 一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，属于冶金领域。该确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法为：步骤1：确定钢坯外部环境，通过测温设备对钢坯外部环境温度场内运动的钢坯温度进行测量；步骤2：通过计算机建立模型，进行流固换热耦合分析，得到耦合分析结果；将耦合分析结果和测量的钢坯温度进行对比，对相对差值≥5％的区域进行标记，对标记区域进行精准测量，然后对耦合分析结果中标定区域进行修正：重复步骤2，直至耦合分析结果中无标记区域，从而确定钢坯外部环境温度场。该方法能够精确地求出钢坯所在环境场温度分布情况，为未来钢坯余热回收方案制定提供理论支撑，从而达到降低成本，提升钢铁生产中能源利用率的目的。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法。
背景技术
钢铁工业是能源密集型工业，其能源消耗十分巨大，占我国能源消费总量的11％-15％，占工业能源消费总量的15-20％。与国际先进水平相比，我国每吨钢能耗比部分发达国家高出20％。钢铁工业在进行材料转化过程中会产生大量余热，我国钢铁行业每吨钢余热产量高达8.44GJ，而对于这一部分余热利用率仅为30％-50％，甚至一些中小企业并未在生产过程中使用余热回收技术。相较而言，部分发达国家钢铁行业对于余热技术应用已经较为广泛，例如日本钢铁行业每吨钢产热量为7.36GJ，但每吨钢产生余热回收已经达到92％。
针对上述因素，对于钢铁行业余热回收利用技术也存在更多需求。连铸过程中存在大量余废热，且连铸机辊道区内可安装空间大可使用多种余热回收设备。所以，针对连铸过程中的余热回收技术成为了研究重点。对于连铸过程中钢坯表面温度分布情况及钢坯周围环境温度场分布，目前还未有有效方案进行测量，这对余热回收技术的前期设计与可行性预测产生了极大影响。
对钢铁流程温度场的预测都是对钢材或反应容器进行测试，如一种预测冷轧带钢温度场的计算方法(CN201210006018.3)和一种基于耦合迭代的加热炉出钢温度预测方法(CN202010836567.8)等，都没有对钢坯外部温度场分布情况进行分析。
发明内容
本发明提出一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法。该方法能够精确地求出钢坯所在环境场温度分布情况，为未来钢坯余热回收方案制定提供理论支撑，从而达到降低成本，提升钢铁生产中能源利用率的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，包括以下步骤：
步骤1：确定钢坯外部环境
(1)根据生产实际，得到钢坯影响温度的参数、钢坯生产周围场地尺寸和相应生产环境参数；
(2)确定整体钢坯外部环境温度场测量范围并拟定温度场测量区域；
(3)通过测温设备对钢坯外部环境温度场内运动的钢坯温度进行测量，得到测量的钢坯温度；
步骤2：建模分析
(1)通过计算机建立模型，进行流固换热耦合分析，得到耦合分析结果；
(2)将耦合分析结果和测量的钢坯温度进行对比，如果相对差值≥5％，则认为存在误差，对存在误差的区域进行标记，从而确定标记区域；其中，相对差值的计算方法为：(耦合分析结果-测量的钢坯温度)/测量的钢坯温度×100％；
(3)对标记区域采用测温设备进行精准测量；
(4)根据精准测量结果对耦合分析结果中标定区域进行修正：
步骤3：
重复步骤2，直至耦合分析结果中无标记区域，从而确定钢坯外部环境温度场。
所述的步骤1的(1)中，影响温度的参数为钢坯横截面尺寸、钢坯长度、钢坯传热系数和平均辐射率。
所述的步骤1的(1)中，相应生产环境参数包括温度和湿气。
所述的步骤1的(3)中，测温设备为红外热成像仪中的一种。
所述的步骤2的(3)中，测温设备为红外测温仪。
所述的步骤2的(4)中，通过对标记区域的温度进行精确赋值，使计算机建立的模型中温度值与精准测量值一致；从而实现耦合分析结果中标定区域的修正。
本发明提出一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，该方法将依托于钢铁实际生产情况。采用现场测试与数值计算相结合的方法，并基于此开发钢坯传热模型，能够更好的对环境温度余热进行利用。
本发明为钢坯余热回收技术提供新途径，也为开发钢铁制造全流程节能环保新技术的实施奠定理论基础；这不仅将会大幅度降低钢铁企业的制造成本，也会极大缓解工业节能减排压力，进而产生社会经济效益，相关研究具有重要的理论和现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法流程图。
图2为钢坯及可测环境温度场。
图3为初次计算结果及大误差区域标记。
图4为温度场多次修正结果。
具体实施方式
为使本发明实施目的、技术方案和主要优点更加清楚，下面将结合本发明实施中的附图，对本发明实施的技术方案进行更加详细的描述。
实施例1
本实施例选用抚顺新钢铁公司连铸车间辊道输送区内钢坯作为研究对象，除去火焰切割区内产生的影响，仅以辊道内钢坯为主。辊道输送区长度为34米，宽度为6.4米，内部共有4条钢坯线路，由于辊道区为持续工作状态，所以取工况下任意时刻进行测量。
确定研究对象后，具体操作如下：
图1是根据本发明的一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法的流程图，包括如下步骤：
步骤1：选取的待测区域为长34米，宽6.4米的连铸区辊道输送区，测试钢坯平均辐射率为0.95，钢坯传热系数为27.6W/mK，大气温度为20℃，相对湿度为40％。
步骤2：根据步骤1中各项数据的具体值，确定了温度场测量区域，为了尽可能覆盖整个辊道输送区，在火焰切割区后对整个温度场进行测量，距离辊道直线距离为4m。
步骤3：在连铸现场待测区内，采用红外热成像仪对辊道内钢坯温度进行测量，由于钢坯热辐射较大，采用多次测量方式，单次测温时间为1分钟，对同一区域内进行5次测量，保证后去计算过程中拥有充足的实测数据。
图2是整理后钢坯及周围可测环境温度数量图，基于图2所示结果对步骤4中得出的温度场分布结果进行矫正。
步骤4：对所测钢坯及周围环境区域进行建模，并进行流固换热过程的数值计算，所得环境温度场结果的温度数量如图3。
步骤5：通过比较图2和图3可以明显看出，两图中温度差异较大，误差较为明显。因此，在步骤5中将温度差异较大的区域进行标记，并在热成像图中找到标记相应区域。
步骤6：对步骤5中标记区域进行精确测量。在连铸车间内采用红外测温仪，对红外热成像图中相应大误差区域进行温度测量，并将测量结果进行总结。
步骤7：将通过步骤6中所得实测数据对物理计算模型进行优化处理，通过相应区域变化，改变部分区域内计算设置，但变化范围仅限在钢坯模型上进行，对于环境场不做过多修改。
步骤8：通过多次重复步骤4-步骤7对模型计算结果进行校正，图4是经过多次校正之后温度场修正结果。相较于图3中出现的多处大误差区域，在图4中都得到了明显改善，图4中所得结果与现场实测数据吻合度不低于85％，因此认定数值计算结果足够精确，可以放映实际工作情况。
通过以上八个步骤就可以得到近似于实际工况的温度场情况，在通过钢坯外部设置空气域获得钢坯外部环境温度分布情况。空气域中反应的温度场情况不仅可以对辊道输送区内热量流失进行计算，还可以对后续余热回收技术的实施提供理论基础。
实施例2
一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，包括如下步骤：
步骤1：获得钢坯及周围场地的尺寸、钢坯物理参数数据及相应厂区内环境参数的各项数值；
步骤2：通过对待测温现场进行实地考察，确定整体温度场测量范围并拟定测量区域；
步骤3：通过红外热成像仪对连铸辊道输送区内钢坯温度进行测量；
步骤4：通过计算机将钢坯各项数值进行模型建立，并根据现场实际情况进行流固换热耦合分析，得到耦合分析结果；
步骤5：对耦合分析结果中与测量结果的相对差值超过5％(相对差值＝(耦合分析结果-测量的钢坯温度)/测量的钢坯温度×100％)的区域进行标记，即为标记区域；
步骤6：采用红外测温仪对钢坯上标记区域进行精确测量；
步骤7：根据精确测量结果，对标记区域的温度进行精确赋值，使计算机建立的模型中温度值与本次精准测量值一致；从而对计算机建立的模型进行修正；
步骤8：重复步骤4至步骤7，直到计算结果足够准确。
最后需要提出的是：以上实施例中仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，但该测温方法仍可用于其它领域。
Claims (7)
1.一种确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定钢坯外部环境
(1)根据生产实际，得到钢坯影响温度的参数、钢坯生产周围场地尺寸和相应生产环境参数；
(2)确定整体钢坯外部环境温度场测量范围并拟定温度场测量区域；
(3)通过测温设备对钢坯外部环境温度场内运动的钢坯温度进行测量，得到测量的钢坯温度；
步骤2：建模分析
(1)通过计算机建立模型，进行流固换热耦合分析，得到耦合分析结果；
(2)将耦合分析结果和测量的钢坯温度进行对比，如果相对差值≥5％，则认为存在误差，对存在误差的区域进行标记，从而确定标记区域；
(3)对标记区域采用测温设备进行精准测量；
(4)根据精准测量结果对耦合分析结果中标定区域进行修正；
步骤3：
重复步骤2，直至耦合分析结果中无标记区域，从而确定钢坯外部环境温度场。
2.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤1的(1)中，影响温度的参数为钢坯横截面尺寸、钢坯长度、钢坯传热系数和平均辐射率。
3.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤1的(1)中，相应生产环境参数包括温度和湿气。
4.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤1的(3)中，测温设备为红外热成像仪中的一种。
5.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤2的(2)中，其中，相对差值的计算方法为：(耦合分析结果-测量的钢坯温度)/测量的钢坯温度×100％。
6.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤2的(3)中，测温设备为红外测温仪。
7.根据权利要求1所述的确定钢坯外部环境温度场的优化测量方法，其特征在于，所述的步骤2的(4)中，通过对标记区域的温度进行精确赋值，使计算机建立的模型中温度值与精准测量值一致，从而实现耦合分析结果中标定区域的修正。
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