带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化

作者: 豆瑞锋著 , 温治著

出版社: 冶金工业出版社

出版时间: 2014-12

版次: 1

ISBN: 9787502468019

定价: 50.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 275页

正文语种: 简体中文

分类: 自然科学

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　　《带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化》介绍了带钢热处理的工艺和设备，重点对带钢连续热处理炉内热过程计算模型进行了讨论，分别对封闭空间辐射换热、气体射流冲击换热和粗糙表面接触换热进行了详细的论述，在此基础上分别建立了带钢连续热处理立式炉和卧式炉炉内热过程数学模型，并以国内钢铁企业的三条机组（碳钢连续热处理立式炉、热轧不锈钢连续退火卧式炉、冷轧不锈钢连续退火卧式炉）为例，对数学模型进行了大量的验证。在炉内热过程模型验证正确的前提下，以连续热处理立式炉为例，探讨了连续热处理过程优化的策略，并提出了基于可行工况集的变工况优化策略。书中所述内容对带钢连续热处理机组的工艺优化、提质增产具有重要的指导意义。
　　《带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化》可供带钢连续热处理生产系统的工程技术人员阅读，亦可供相关专业的教学、科研人员参考。　　豆瑞锋，河南省卫辉市人。作为子课题负责人或项目主要完成人先后完成了数十项科技攻关课题，其中包括：国家自然科学基金项目3项、国有大中型企业的重大科技攻关项目。先后发表高水平学术论文20余篇，其中被EI／SCI／ISTP等检索论文10余篇，获国家授权发明专利1项。长期从事带钢连续热处理过程的数学模型和在线优化与控制技术研究，基于传热传质机理模型，实现了工艺过渡过程中带钢温度的连续预测，基于可行工况集的优化策略，实现了工艺过渡过程操作参数的优化设定。相关研究成果已经成功地用在宝钢股份公司、宝钢不锈钢公司、太钢不锈钢公司等多条带钢连续热处理机组上，取得了良好的社会效益和经济效益。
　　温治，男，河北张家口人，1962年9月25日生。1980年考入北京科技大学热能系，1984午毕业；同年考入该校硕士生，1987年毕业；随后考入该校博士生，1992年3月毕业，获热能工程专业工学博士学位；毕业后留校任教。1993年破格晋升为副教授，1998年破格晋升为教授，20l3年被聘为北京科技大学终身教授。现任热能系主任、士生导师。长期从事热过程模型及优化控制、节能环保技术开发与装备研制、带钢热处理工艺优化及控制、能源管理及调度优化系统等方面的教学和科研工作。先后获发明专利3项；科技进步奖5项，其中：钢铁企业副产煤气利用与减排综合技术获得国家科技进步二等奖；国家和省部级教学科学成果奖2项。日前已发表论文250余篇，其中被SCI／EI／ISTP等检索论文近百篇。 1绪论
2带钢热处理工艺与设备
2.1带钢热处理工艺
2.1.1带钢再结晶退火
2.1.2退火工艺曲线
2.2带钢热处理设备
22.1森吉米尔法
2.2.2改良森吉米尔法
2.2.3美钢联法
22.4改良森吉米尔法与美钢联法的比较
2.2.5卧式加热炉与立式加热炉的比较
2.2.6预热段（炉）
2.2.7加热段（炉）
2.2.8冷却段（炉）
2.3不锈钢退火工艺概述
23.1不锈钢分类与特性
2.3.2不锈钢热处理的目的
2.3.3不锈钢退火炉炉型选择

3带钢热处理数学模型与优化策略研究现状
3.1带钢热处理炉内热过程模型研究进展
3.1.1带钢整体非稳态热过程模型
31.2带钢单元热过程跟踪模型
3.1.3炉内热过程的半理论半经验模型
3.2带钢热处理炉仿真优化控制研究进展
32.1优化目标函数的确定
3.2.2稳定工况下的优化控制策略
3.2.3变工况下的优化控制策略
3.2.4基于智能优化技术的控制策略

4封闭空间内的辐射换热
4.1辐射换热的基本概念
4.1.1辐射角系数的定义及其求解方法
4.1.2蒙特卡洛法的基本原理
4.2基于蒙特卡洛法的多个灰面间辐射换热通用模型
4.2.1设计蒙特卡洛法程序需要考虑的问题
4.2.2曲面单元设计
4.3蒙特卡洛法模型的验证与计算误差分析
4.3.1基于统计学的蒙特卡洛法误差分析
4.3.2蒙特卡洛法模型验证与误差分析
4.4封闭空间辐射换热计算方法
4.4.1封闭空间辐射透明介质下的辐射换热
4.4.2封闭空间辐射参与性介质下的辐射换热
4.5蒙特卡洛法在复杂空间辐射换热模型中的应用
451堆积状态下小球辐射换热模型
4.5.2小球蓄热室内球体之间辐射换热的分析
4.5.3辊底式辐射管炉内辐射换热模型
4.5.4粗糙表面黑度系数的理论计算模型

5气体射流冲击换热
5.1气体射流冲击换热的实验方法和实验关联式
5.2气体射流冲击换热数值仿真
5.2.1RNGk-ε湍流模型计算单孔射流冲击换热
5.2.2假设条件及边界条件设置
5.2.3流场特征参数验证与分析
5.2.4换热特性验证与分析
5.2.5不同射流结构下单孔射流压力系数的分布规律
5.2.6不同射流结构下单孔射流Nu数的分布规律
5.3孔排射流冲击流动与换热过程数值模拟
5.3.1换热特性分析
5.3.2流场特性分析

6粗糙表面间接触换热
6.1接触换热的统计模型
6.1.1假设条件
6.1.2单峰接触模型
6.1.3接触统计模型
6.1.4接触间隙内的辐射模型
6.1.5接触换热模型验证及其分析
6.1.6等效辐射系数的定义与分析
6.2影响接触热导的因素
6.2.1温度对接触热导的影响
6.2.2接触副导热系数与接触热阻的关系
6.2.3接触副硬度与接触热导的关系
6.2.4接触热阻影响因素的综合分析
6.3带钢辊冷过程的仿真分析
6.3.1带钢与冷却辊接触换热模型
6.3.2数值仿真分析
6.4立式炉辊室内的传热仿真分析
6.5接触传热在带钢连续热处理炉上的最新应用

7连续热处理立式炉炉内热过程数学模型及验证
7.1带钢传热过程物理模型
7.2带钢传热过程数学模型
7.2.1假设条件
7.2.2控制方程
7.3带钢传热模型边界条件的确定
7.3.1辐射换热边界条件
7.3.2射流冲击换热边界条件
7.3.3接触换热边界条件
7.3.4其他换热边界条件
7.4数值求解方法及计算流程框图
7.5立式炉内带钢传热过程的数值模拟及实验验证
7.5.1辐射管加热段内温度实测及其特性分析
7.5.2基于炉膛温度的辐射管加热段的实验验证
7.5.3基于辐射管管壁温度的辐射管加热炉段实验验证
7.5.4电阻加热段内的数值模拟及实验验证
7.5.5快速冷却段和感应加热段的数值模拟及实验验证

8不锈钢连续热处理卧式炉炉内热过程数学模型及验证
8.1物理模型与数学模型
8.1.1控制方程及其离散化
8.1.2外掠平板对流换热模型
8.1.3炉内辐射换热模型
8.1.4气体射流冲击换热模型
8.1.5水雾／气雾冷却换热模型
8.2炉膛热平衡模型的建立
8.2.1加热段热平衡模型
8.2.2冷却段热平衡模型
8.2.3全炉热平衡模型
8.3不锈钢热带连续退火炉数值仿真结果及验证
8.3.1加热部分带温实测值、配方值与仿真结果分析
8.3.2不锈钢热带连续退火炉加热部分实验验证
8.3.3不锈钢热带连续退火炉冷却部分实验验证
8.4不锈钢冷带连续退火炉数值仿真结果及验证
8.4.1不锈钢冷带连续退火炉加热部分验证
8.4.2不锈钢冷带连续退火炉冷却部分验证
8.4.3仿真结果验证统计分析
8.4.4热平衡仿真结果及验证

9带钢连续热处理过程操作参数的优化及仿真
9.1稳定工况下操作参数的优化控制策略
9.1.1极限带速的计算方法
9.1.2启发式优化算法
9.2变工况时的参数优化控制策略
9.2.1带钢钢种及规格相同时的变工况控制策略
92.2可行工况集的交集非空时的变工况控制策略
9.2.3可行工况集的交集为空集时的变工况控制策略
9.3立式炉操作参数优化控制数值仿真分析
附录
参考文献
内容简介:
　　《带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化》介绍了带钢热处理的工艺和设备，重点对带钢连续热处理炉内热过程计算模型进行了讨论，分别对封闭空间辐射换热、气体射流冲击换热和粗糙表面接触换热进行了详细的论述，在此基础上分别建立了带钢连续热处理立式炉和卧式炉炉内热过程数学模型，并以国内钢铁企业的三条机组（碳钢连续热处理立式炉、热轧不锈钢连续退火卧式炉、冷轧不锈钢连续退火卧式炉）为例，对数学模型进行了大量的验证。在炉内热过程模型验证正确的前提下，以连续热处理立式炉为例，探讨了连续热处理过程优化的策略，并提出了基于可行工况集的变工况优化策略。书中所述内容对带钢连续热处理机组的工艺优化、提质增产具有重要的指导意义。
　　《带钢连续热处理炉内热过程数学模型及过程优化》可供带钢连续热处理生产系统的工程技术人员阅读，亦可供相关专业的教学、科研人员参考。
作者简介:
　　豆瑞锋，河南省卫辉市人。作为子课题负责人或项目主要完成人先后完成了数十项科技攻关课题，其中包括：国家自然科学基金项目3项、国有大中型企业的重大科技攻关项目。先后发表高水平学术论文20余篇，其中被EI／SCI／ISTP等检索论文10余篇，获国家授权发明专利1项。长期从事带钢连续热处理过程的数学模型和在线优化与控制技术研究，基于传热传质机理模型，实现了工艺过渡过程中带钢温度的连续预测，基于可行工况集的优化策略，实现了工艺过渡过程操作参数的优化设定。相关研究成果已经成功地用在宝钢股份公司、宝钢不锈钢公司、太钢不锈钢公司等多条带钢连续热处理机组上，取得了良好的社会效益和经济效益。
　　温治，男，河北张家口人，1962年9月25日生。1980年考入北京科技大学热能系，1984午毕业；同年考入该校硕士生，1987年毕业；随后考入该校博士生，1992年3月毕业，获热能工程专业工学博士学位；毕业后留校任教。1993年破格晋升为副教授，1998年破格晋升为教授，20l3年被聘为北京科技大学终身教授。现任热能系主任、士生导师。长期从事热过程模型及优化控制、节能环保技术开发与装备研制、带钢热处理工艺优化及控制、能源管理及调度优化系统等方面的教学和科研工作。先后获发明专利3项；科技进步奖5项，其中：钢铁企业副产煤气利用与减排综合技术获得国家科技进步二等奖；国家和省部级教学科学成果奖2项。日前已发表论文250余篇，其中被SCI／EI／ISTP等检索论文近百篇。
目录:
1绪论
2带钢热处理工艺与设备
2.1带钢热处理工艺
2.1.1带钢再结晶退火
2.1.2退火工艺曲线
2.2带钢热处理设备
22.1森吉米尔法
2.2.2改良森吉米尔法
2.2.3美钢联法
22.4改良森吉米尔法与美钢联法的比较
2.2.5卧式加热炉与立式加热炉的比较
2.2.6预热段（炉）
2.2.7加热段（炉）
2.2.8冷却段（炉）
2.3不锈钢退火工艺概述
23.1不锈钢分类与特性
2.3.2不锈钢热处理的目的
2.3.3不锈钢退火炉炉型选择

3带钢热处理数学模型与优化策略研究现状
3.1带钢热处理炉内热过程模型研究进展
3.1.1带钢整体非稳态热过程模型
31.2带钢单元热过程跟踪模型
3.1.3炉内热过程的半理论半经验模型
3.2带钢热处理炉仿真优化控制研究进展
32.1优化目标函数的确定
3.2.2稳定工况下的优化控制策略
3.2.3变工况下的优化控制策略
3.2.4基于智能优化技术的控制策略

4封闭空间内的辐射换热
4.1辐射换热的基本概念
4.1.1辐射角系数的定义及其求解方法
4.1.2蒙特卡洛法的基本原理
4.2基于蒙特卡洛法的多个灰面间辐射换热通用模型
4.2.1设计蒙特卡洛法程序需要考虑的问题
4.2.2曲面单元设计
4.3蒙特卡洛法模型的验证与计算误差分析
4.3.1基于统计学的蒙特卡洛法误差分析
4.3.2蒙特卡洛法模型验证与误差分析
4.4封闭空间辐射换热计算方法
4.4.1封闭空间辐射透明介质下的辐射换热
4.4.2封闭空间辐射参与性介质下的辐射换热
4.5蒙特卡洛法在复杂空间辐射换热模型中的应用
451堆积状态下小球辐射换热模型
4.5.2小球蓄热室内球体之间辐射换热的分析
4.5.3辊底式辐射管炉内辐射换热模型
4.5.4粗糙表面黑度系数的理论计算模型

5气体射流冲击换热
5.1气体射流冲击换热的实验方法和实验关联式
5.2气体射流冲击换热数值仿真
5.2.1RNGk-ε湍流模型计算单孔射流冲击换热
5.2.2假设条件及边界条件设置
5.2.3流场特征参数验证与分析
5.2.4换热特性验证与分析
5.2.5不同射流结构下单孔射流压力系数的分布规律
5.2.6不同射流结构下单孔射流Nu数的分布规律
5.3孔排射流冲击流动与换热过程数值模拟
5.3.1换热特性分析
5.3.2流场特性分析

6粗糙表面间接触换热
6.1接触换热的统计模型
6.1.1假设条件
6.1.2单峰接触模型
6.1.3接触统计模型
6.1.4接触间隙内的辐射模型
6.1.5接触换热模型验证及其分析
6.1.6等效辐射系数的定义与分析
6.2影响接触热导的因素
6.2.1温度对接触热导的影响
6.2.2接触副导热系数与接触热阻的关系
6.2.3接触副硬度与接触热导的关系
6.2.4接触热阻影响因素的综合分析
6.3带钢辊冷过程的仿真分析
6.3.1带钢与冷却辊接触换热模型
6.3.2数值仿真分析
6.4立式炉辊室内的传热仿真分析
6.5接触传热在带钢连续热处理炉上的最新应用

7连续热处理立式炉炉内热过程数学模型及验证
7.1带钢传热过程物理模型
7.2带钢传热过程数学模型
7.2.1假设条件
7.2.2控制方程
7.3带钢传热模型边界条件的确定
7.3.1辐射换热边界条件
7.3.2射流冲击换热边界条件
7.3.3接触换热边界条件
7.3.4其他换热边界条件
7.4数值求解方法及计算流程框图
7.5立式炉内带钢传热过程的数值模拟及实验验证
7.5.1辐射管加热段内温度实测及其特性分析
7.5.2基于炉膛温度的辐射管加热段的实验验证
7.5.3基于辐射管管壁温度的辐射管加热炉段实验验证
7.5.4电阻加热段内的数值模拟及实验验证
7.5.5快速冷却段和感应加热段的数值模拟及实验验证

8不锈钢连续热处理卧式炉炉内热过程数学模型及验证
8.1物理模型与数学模型
8.1.1控制方程及其离散化
8.1.2外掠平板对流换热模型
8.1.3炉内辐射换热模型
8.1.4气体射流冲击换热模型
8.1.5水雾／气雾冷却换热模型
8.2炉膛热平衡模型的建立
8.2.1加热段热平衡模型
8.2.2冷却段热平衡模型
8.2.3全炉热平衡模型
8.3不锈钢热带连续退火炉数值仿真结果及验证
8.3.1加热部分带温实测值、配方值与仿真结果分析
8.3.2不锈钢热带连续退火炉加热部分实验验证
8.3.3不锈钢热带连续退火炉冷却部分实验验证
8.4不锈钢冷带连续退火炉数值仿真结果及验证
8.4.1不锈钢冷带连续退火炉加热部分验证
8.4.2不锈钢冷带连续退火炉冷却部分验证
8.4.3仿真结果验证统计分析
8.4.4热平衡仿真结果及验证

9带钢连续热处理过程操作参数的优化及仿真
9.1稳定工况下操作参数的优化控制策略
9.1.1极限带速的计算方法
9.1.2启发式优化算法
9.2变工况时的参数优化控制策略
9.2.1带钢钢种及规格相同时的变工况控制策略
92.2可行工况集的交集非空时的变工况控制策略
9.2.3可行工况集的交集为空集时的变工况控制策略
9.3立式炉操作参数优化控制数值仿真分析
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