燕山大学研究生开题报告(专业学位研究生适用)

研究生学位论文开题报告

（专业学位研究生）

课题名称立式连续退火炉热过程数学模型及实验验证

学位论文类型

专业硕士

姓名贾振兴

学号S

层次硕士研究生

所在学院机械工程学院

专业学位类别

工程领域

指导教师

开题时间

燕山大学研究生学院制

姓名贾振兴学号S 入学时间

课题名称立式连续退火炉热过程数学模型及实验验证开题报告时间开题报告地点

开题报告评审小组成员

姓名职称工作单位组长

组

员

秘书

指导教师对开题报告的意见：

□同意进行开题答辩□不同意进行开题答辩

导师签字：年月日学科对开题报告的意见：

□同意进行开题答辩□不同意进行开题答辩

负责人签字：年月日

注：以下1-10项内容，如填写不下，均可加页。

课题来源及研究的目的和意义：

带钢轧后热处理是冷轧生产中的重要工序，冷轧带钢多为碳钢和不锈钢等，其轧后热处理一般为再结晶退火，通过再结晶退火达到降低钢的硬度、消除冷加工硬化、改善钢的性能和恢复钢的塑性变形能力的目的。目前，带钢退火炉分为罩式退火炉和连续退火炉。罩式退火炉存在生产周期长，产品机械性能不够均匀，表面质量不佳的缺点，为了解决这些问题，人们开始致力于连续退火工艺的研发。近年来我国不锈钢的市场需求呈快速增长趋势，不锈钢产品广泛应用于国民经济的各个方面。在此形势下，国内知名钢铁企业相继投产或正在建设不锈钢连续退火、酸洗线。

不锈钢带钢生产流程主要包括轧制、清洗、退火和酸洗等过程。其中退火就是把固态金属或合金加热到一定温度，根据不同的工艺要求采用不同的保温间，然后以一定的速率冷却以获得需求的状态或性能的过程。退火过程除了可以消除加工硬化，改善力学性能和加工性能外，还可通过控制退火温度和冷却速度等得到需要的组织和性能。在退火炉处理设备的发展过程中，带钢连续退火炉的出现，克服了过去罩式退火炉生产效率偏低、热均匀性较差等不足，目前已被广泛地应用于带钢热处理工艺。为了满足不同的生产工艺，不锈钢立式连续退火炉通常可分为四个主要工艺段：预热段、加热段、缓慢冷却段和快速冷却段。其中带钢的加热升温过程主要在加热段完成，而冷却和固溶等过程主要发生在缓慢冷却段和快速冷却段。

我国大型连续退火机组的设计制造80%依靠进口，目前国内外相关领域进行的研究主要侧重于不锈钢退火酸洗机组的设备配置及其硬件控制，缺乏对不锈钢退火过程相关数学模型的深入研究。这些引进机组一般通过同类型有经验生产厂进行生产工艺技术指导，并经过实际生产验证后获得合理的生产工艺技术。这种方法的缺点是质量损失的成本较高、周期较长，同时对有特殊需求的产品的工艺技术方案缺乏针对性。尤其是退火炉经过数年投产运行，现场的生产条件发生了很大的改变，模型的精确度也面临着挑战。这就需要对不锈钢退火过程的传热机理进行深入的研究，通过建立退火炉生产过程的数学模型等方法对不锈钢生产过程进行工艺实现的数值仿真，获得适宜不同钢种、产品的退火工艺曲线和优良的控制策略，这也是目前满足不锈钢退火工艺要求的最为便捷和可靠的技术手段。总之通过研究带钢在炉内的传热机理，改进退火工艺这一研究方向，已逐步成为相关领域的研究热点，具有很大的研究意义。

国内研究状况及分析：

我国的连续退火机组的设计制造大部分依靠进口。由于其生产过程本身的复杂性，以及国际上对关键技术保密，使其模型化和控制成为急待解决的实际工业难题，而数学模型更是其中重要的关键技术之一。不少的国内学者针对模型的实现、稳定性和辨识等问题做了一些相关的研究。

80年代以来，数学模型实现退火炉优化控制的研究日趋活跃。迄今为止所开发的各类模型有些是静态的，有些对生产过程的描述比较粗糙，由于这些缺点，使得这些模型的推广应用十分困难。而源于热工机理和严格数学推导所建立的模型对带钢沿炉长方向的横向热传导考虑不足，又忽略了对流传热，故适用范围有限。特别是已有模型大多是针对局部和个别工艺段，很少有全炉数学模型的研究报道。

韩小良对带钢连续退火炉加热进行了系统的研究，对带钢连续退火退火炉加热室传热进行分析，提出了一种简化辐射管辐射的方法，并利用该法建立了带钢加热数学模型，对某厂的CAPL 加热室仿真计算所得结果与现场实测数据吻合较好。他还分析推导了辐射管退火炉内带钢(及带钢小区域)与辐射管和炉墙之间的角系数计算积分公式，并利用数值积分方法进行计算。研究结果对带钢热过程计算提供有效的计算公式和研究方法。

豆瑞锋针对连续退火过程，提出了炉温启发式优化策略及算法，并利用数值仿真验证了该算法的收敛性。

马太等以三元模型法为基础，建立了带钢在炉内退火全过程的数学模型，模拟计算了带钢和退火炉的温度场，讨论了操作参数对带钢加热的影响以及冷却气体初始温度和喷射速度对带钢冷却过程的影响。其模拟的带钢加热曲线与工艺要求相吻合，为带钢温度的预测和合理的炉温决策创造了有利条件。

严祖虬等对水冷辊的模型进行优化，从而提高了模型的控制精度，有效的减少了封闭卷的产生。

窦坦明[21,22]等对不锈钢带连续退火炉冷却系统工艺进行分析，优化了采用缓冷与急冷结合的整体喷水冷却工艺，该工艺能够满足热轧不锈钢生产的高效率、高质量和产品多样性的需要。

王小林等对在带钢冷却实际过程进行分析的基础上提出了一个带钢冷却控制过程的仿真方案，该仿真方案能再现生产过程中温度控制的实时数据和控制效果，为带钢冷却控制程序模块的运行情况提供了一种离线的调试和分析手段，其研究成果对研究冷却控制策略、改进冷却控制系统有着重要意义。

贾丽娣等对退火炉的快冷段进行了详细研究。

国外研究状况及分析：

我国的钢铁行业起步较晚，与钢铁发达国家在技术上有一定的差距。从文献中可以看出日本八九十年代的钢铁工艺都已经非常先进，在当时他们已经对退火工艺有了较为深入的研究。目前，在国外已公布的文献中，国外学者多数用商业软件来对带钢的生产过程进行模拟。

等人对硅钢连续退火过程仿真模拟进行研究，利用能量和质量平衡方程建立了炉内燃烧及带钢加热过程模型，同时在模拟过程中考虑了很多重要因素，例如：组分、温度、气体分压、绝热火焰温度和环境温度。此外，为了得到带钢任何时刻的温度分布，以带钢实测温度和计算温度之差为目标函数，利用黄金分割算法进行优化。整个模拟过程通过SIMCO—RB2软件实施，具体步骤如下：燃烧和退火过程、能量和质量守恒和最优化过程。通过分析和应用不同操作条件下连续退火炉生产线的数据证明了该软件的效率，因此，一般认为SIMCO—RB2 是模拟金属退火过程的有力工具之一。

国外学者以新西兰钢铁公司的镀锌线中的连续退火炉为研究对象，主要对连续退火炉内带钢温度分布进行研究，分别建立了带钢连续退火过程的三维和一维模型。作者首先采用COMSOL 三维模型对连续退火过程进行模拟，由于求解全