CN113850004A - 一种钢板叠装时的温度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢板叠装时的温度计算方法，属于辊底式热处理炉模型控制技术领域。S1：读取叠装入炉钢板块数n；S2：根据钢板位置将钢板划分为：上部钢板、中间钢板和底部钢板，分别计算各类钢板表面热流密度；对于上部钢板，其上表面和炉膛换热，下表面和另一钢板接触导热；对于中间钢板，上下表面都是和其他钢板接触导热；对于底部钢板，上表面和另一钢板接触导热，下表面和炉膛换热；S3：获得钢板表面热流密度后，划分网格，根据钢板差分方程计算各块钢板的截面温度分布。本发明针对薄板热处理时叠装的生产状况，提出了钢板温度的计算方法，提高了薄板叠装热处理炉的生产效率和模型计算精度。

Description

一种钢板叠装时的温度计算方法
技术领域
本发明属于辊底式热处理炉模型控制技术领域，涉及薄钢板叠装生产时钢板截面温度的计算方法。
背景技术
热处理产品是高附加值产品，对产品质量要求严格，尤其是高强薄板回火热处理，温度均匀性要求高，保温时间较其他热处理工艺长，导致热处理炉生产效率低。对于薄钢板，采用几块相同工艺钢板叠装入炉的生产方式，可以大大提升热处理炉的生产效率。但是，钢板叠装会降低内部钢板的传热速率，出口高温计也无法测量到其温度。因此，钢板的温度只能依靠准确的模型计算获得。
目前，辊底炉模型控制都是基于单块钢板入炉，还未发现钢板叠装时的模型计算方法。例如：公开号为CN111254259A的专利申请“一种用于薄规格回火板的高效回火生产方法”，该方法包括：选板、叠板、齐板、设定工艺参数、入炉回火等步骤。该发明主要涉及薄钢板叠装生产工艺，并未涉及模型温度控制计算。
因此，目前亟需一种能计算钢板叠装时的钢板截面温度的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢板叠装时的温度计算方法，针对辊底式热处理炉薄钢板叠装生产时不同部位的钢板表面的热流计算，采用不同的表面热流计算方法，引入了钢板表面接触导热计算，从而解决两钢板接触表面的传热计算问题，提高模型计算精度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钢板叠装时的温度计算方法，具体包括以下步骤：
S1：读取叠装入炉钢板块数n，从上到下给钢板编号1、2、…、n；
S2：根据钢板位置将钢板划分为三类：上部钢板、中间钢板和底部钢板，分别计算各类钢板表面热流密度：其中，上部钢板的编号为1，其上表面和炉膛换热，下表面和另一钢板接触导热；中间钢板的编号为2～n-1，其上下表面都是和其他钢板接触导热；底部钢板的编号为n，其上表面和另一钢板接触导热，下表面和炉膛换热；
S3：获得钢板表面热流密度后，划分网格，根据钢板差分方程计算各块钢板的截面温度分布。
进一步，步骤S2中，各类钢板表面之间的热交换包括：钢板表面与炉膛之间的辐射和对流换热，以及不同钢板接触面间的接触导热。
进一步，步骤S2中，钢板表面与炉膛之间的辐射和对流换热过程中，钢板表面与炉膛之间热交换的热流密度qb为：
qb＝qr+qc
辐射热流密度为：
Figure BDA0003293082200000021
其中，qr为钢板表面辐射热流密度，W/m2；C0为黑体辐射常数，为5.67W/(m2.K4)；εg为炉气黑度；εm为钢板黑度；
Figure BDA0003293082200000022
为炉墙对钢板角系数；Tg为炉温，K；Tm为钢板温度，K；
对流热流密度为：
Figure BDA0003293082200000023
其中，qc为钢板表面对流热流密度，W/m2；Nu为努塞尔数；λ为炉气导热系数，W/(m.K)；L为钢板长度，m。
进一步，步骤S2中，不同钢板接触面间的接触导热过程中，钢板接触表面的热流密度qj为：
Figure BDA0003293082200000024
其中，t1、t2分别为两接触钢板表面温度，℃；Δy1、Δy2分别为两接触钢板厚度方向步长，m；δ为接触面缝隙高度，取两钢板翘曲度最大值，m；λj为钢板接触表面之间当量导热系数，W/(m.K)，其计算公式为：
Figure BDA0003293082200000025
其中，λs为钢板导热系数，W/(m.K)，λg为炉气导热系数，W/(m.K)。
本发明的有益效果在于：本发明提针对不同部位的钢板采用不同的表面热流计算方法，解决了两钢板接触表面的传热计算问题，引入了钢板表面接触导热计算，提高了模型计算精度，为钢板保温时间的计算提供准确可靠地温度依据，提高了产品质量。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明钢板叠装时的温度计算方法流程图；
图2为钢板叠装示意图；
图3为两钢板接触表面放大示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种薄钢板叠装生产时钢板截面温度的计算方法，具体包括以下步骤：
S1：输入叠装入炉钢板块数5，从上到下给钢板编号1、2、3、4、5。
本实例中选取的辊底式热处理炉有效长度为69m，炉膛内宽4.2m，热处理钢板厚度为4mm～60mm，该辊底炉主要用于钢板的回火热处理。处理薄钢板时，采用叠装生产模式。
选取5块薄钢板叠装入炉，钢板信息如下表1所示，叠装示意见图2。
表1钢板信息表
Figure BDA0003293082200000041
S2：根据钢板位置把钢板划分为三类：上部钢板、中间钢板、底部钢板，分别计算其表面热流密度，下面以钢板1为例介绍其计算过程。
上表面：
钢板1上表面和炉膛进行热交换，有辐射和对流换热，即：
qb＝qr+qc
Figure BDA0003293082200000042
Figure BDA0003293082200000043
其中，qr为钢板表面辐射热流密度，W/m2；qc为钢板表面对流热流密度，W/m2；C0为黑体辐射常数，为5.67W/(m2.K4)；εg为炉气黑度；εm为钢板黑度；
Figure BDA0003293082200000045
为炉墙对钢板角系数；Tg为炉温，K；Tm为钢板温度，K；Nu为努塞尔数；λ为炉气导热系数，W/(m.K)；L为钢板长度，m。
下表面：
钢板1下表面和钢板2上表面接触导热，见图3，热流密度为：
Figure BDA0003293082200000044
其中，t1、t2分别为钢板1和钢板2的表面温度，℃；Δy1为钢板1厚度方向步长，假设钢板1厚度方向划分为3个节点，则Δy1＝6÷(3-1)＝3mm；Δy2为钢板2厚度方向步长，假设钢板2厚度方向划分为3个节点，则Δy2＝4÷(3-1)＝2mm；m；δ为接触面缝隙高度，由钢板1和钢板2的平直度决定，m；λj为钢板接触表面之间当量导热系数，W/(m.K)。
其余钢板的表面热流方式和上述相同，只需确定钢板表面换热方式，选取相应加算方法即可，此处不再赘述。
S3：获得每块钢板的表面热流密度后，根据差分方程分别计算钢板1～钢板5的截面温度分布。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种钢板叠装时的温度计算方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：读取叠装入炉钢板块数n，从上到下给钢板编号1、2、…、n；
S2：根据钢板位置将钢板划分为三类：上部钢板、中间钢板和底部钢板，分别计算各类钢板表面热流密度：其中，上部钢板的编号为1，其上表面和炉膛换热，下表面和另一钢板接触导热；中间钢板的编号为2～n-1，其上下表面都是和其他钢板接触导热；底部钢板的编号为n，其上表面和另一钢板接触导热，下表面和炉膛换热；
S3：获得钢板表面热流密度后，划分网格，根据钢板差分方程计算各块钢板的截面温度分布。
2.根据权利要求1所述的钢板叠装时的温度计算方法，其特征在于，步骤S2中，各类钢板表面之间的热交换包括：钢板表面与炉膛之间的辐射和对流换热，以及不同钢板接触面间的接触导热。
3.根据权利要求2所述的钢板叠装时的温度计算方法，其特征在于，步骤S2中，钢板表面与炉膛之间的辐射和对流换热过程中，钢板表面与炉膛之间热交换的热流密度qb为：
qb＝qr+qc
辐射热流密度为：
Figure FDA0003293082190000011
其中，qr为钢板表面辐射热流密度；C0为黑体辐射常数；εg为炉气黑度；εm为钢板黑度；
Figure FDA0003293082190000014
为炉墙对钢板角系数；Tg为炉温；Tm为钢板温度；
对流热流密度为：
Figure FDA0003293082190000012
其中，qc为钢板表面对流热流密度；Nu为努塞尔数；λ为炉气导热系数；L为钢板长度。
4.根据权利要求2所述的钢板叠装时的温度计算方法，其特征在于，步骤S2中，不同钢板接触面间的接触导热过程中，钢板接触表面的热流密度qj为：
Figure FDA0003293082190000013
其中，t1、t2分别为两接触钢板表面温度；Δy1、Δy2分别为两接触钢板厚度方向步长；δ为接触面缝隙高度，取两钢板翘曲度最大值；λj为钢板接触表面之间当量导热系数，其计算公式为：
Figure FDA0003293082190000021
其中，λs为钢板导热系数，λg为炉气导热系数。
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