摘要：为研究热连轧带钢终轧温度变化规律，给出了带钢轧制过程温度计算模型，分析了轧制速度、工作辊材质、带钢材质和工作辊温度对变形温升、接触温降和摩擦温升的影响，从而得到带钢轧制过程中温度变化的影响规律，为建立高精度热连轧带钢温度控制模型提供了理论依据。

关键词：热轧；温度控制；接触温降；变形温升；摩擦温升

      随着对热轧带钢产品精度要求的不断提高，终轧温度控制过程设定模型成为重要研究课题。终轧温度的控制精度，不但直接影响轧制力、负荷分配的设定以及精轧出口带钢厚度精度，还对热轧带钢产品的组织性能有重要影响。虽然带钢在中间辊道和精轧区域的空冷温降以及除鳞水、机架间冷却水的水冷温降，对带钢终轧温度有直接影响，但是带钢在轧制过程中的温度变化也是控制终轧温度的重要组成部分，因此研究带钢在轧制过程中温度的变化规律，对提高带钢精轧温度控制精度，具有重要的理论意义和实际价值。

1带钢轧制过程中的温度模型

    带钢在轧制过程的温度变化非常复杂，为了便于过程设定计算，可以忽略传送辊道对轧件温度的影响，主要考虑轧件由于轧制变形的升温、与轧辊摩擦的升温以及与工作辊之间的接触温降。

    文中轧件温度指的是带钢的平均温度。以前曾对带钢平均温度与表面温度做过系统分析，并给出带钢厚度方向上的温度分布线性模型，见参考文献。对于精轧阶段，尤其是后几个机架，带钢厚度较薄，采用厚度方向上平均温度计算，有利于节省计算时间。

1．1轧制变形温升模型

    轧件在辊缝中产生塑性变形所产生的热量，造成轧件变形温升Δvd_Cal；

式中，, Δvd_Cal为变形温升，℃；αd为热量转换增益因子，αd=0．90；Km为变形抗力，MPa；Cp为带钢比热，kcal／(kg·℃)；G为带钢密度，kg／m³；H_Cal(i)为带钢平均厚度，m；J为常数(1／427)，kcal／(kg·m)。

    变形抗力Km和轧辊压扁半径由志田茂公式计算。

1．2摩擦温升模型

  在精轧阶段，轧件与轧辊问润滑良好，轧件在辊缝中发生变形时，被压下的金属向轧辊入口和出口方向流动，造成轧件速度与轧辊速度的偏差，因而产生滑动摩擦。在工程计算中，为了简化计算，做出如下假定：(1)轧件与轧辊间的摩擦为两平板间的摩擦，并认为轧件变形阻力近似与平均轧制力相等；(2)轧件变形阻力为恒定值；(3)摩擦系数恒定；(4)将接触弧长度作为轧辊与轧件接触长度；(5)以带钢平均厚度作为轧件厚度。

  基于上述假设，计算带钢摩擦温升的模型为：

式中，△vf_Cal为摩擦温升，℃；af为热量转换增益因子，af=0．50；Km_Cal为变形抗力，MPa；μ为摩擦系数；H_Cal(i)为带钢平均厚度，m；Cp为带钢比热，kcal／(kg·℃)；G为带钢密度，kg／m3；V_Cal为带钢出口速度，m／s；Fs_Cal为前滑；Fsb_Cal为后滑。

1．3轧件和轧辊接触温降模型

  在计算轧件和轧辊接触温降时，假设轧辊温度为恒定值。同时，计算摩擦温升时的假设条件(1)、(4)、(5)同样适用于接触温降的计算，其计算模型为：

式中，Δvc_Cal为带钢与轧辊接触温降，℃；a_c为传热增益因子，a_c=0．65；vR为轧辊温度，℃；v_Cal为入口带钢温度，℃；Cp为带钢比热，kcal／(kg·℃)；G为带钢密度，kg/m3；T_Cal为轧辊与带钢接触时间，h；H_Cal(i)为带钢厚度，m；k_s为带钢导温系数，m²／h；Ram_s为带钢热传导系数，kcal／(m·h۰℃)；Ram_r为轧辊热传导系数，kcal／(m·h·℃)；K_r为轧辊导温系数，rn²／h。

2影响带钢轧制过程中温度变化的主要因素

2．1轧制速度对轧制过程中带钢温度变化的影响

    从上述模型可看出，轧制速度对带钢轧制过程中温度变化的影响，最明显的是接触温度的改变，这是因为轧制速度的变化直接影响带钢与工作辊的接触时间。其他条件不变，取出口速度的基本值5．4、7．4、9．4m／s，分别计算轧制过程中带钢温度的变化，如图1所示。

    从图1可看出，随带钢出口速度的增加，各道次带钢与工作辊的接触温降绝对值降低，其最大值超过4℃。带钢的变形温升在第1、第7道次随带钢出口速度的变化不大，但是在中间道次有最大超过3℃的偏差，且随着带钢出口速度的升高而升高。这是因为轧制速度对带钢变形温升的影响主要是通过带钢变形阻力来体现，而变形阻力的变化，受压下率等其他因素的影响。带钢因摩擦而引起的温升，基本不随带钢出口速度变化而变化。

    轧制速度变化，对变形温升和接触温降都有比较明显的影响，所以轧制速度是影响带钢轧制过程中温度变化的主要因素。

2．2工作辊材质对轧制过程中带钢温度变化的影响

    一般在现场条件下，精轧各机架轧辊材质不同。为了更好地研究轧辊材质对带钢在各机架轧制过程中温度变化的影响，将各机架工作辊材质均设为相同，采用白口铁、可锻铸铁和铬合金轧辊，分别计算各机架轧辊材质不同时带钢在轧制过程中的温度变化，如图2所示。从图2可看出，轧辊材质不同，对带钢因变形温升与摩擦温升基本没有影响，而带钢与轧辊的接触温降，则发生明显变化，这是因为轧辊的热传导率与导温系数直接影响带钢与轧辊之间的接触热阻。

2．3带钢材质对带钢轧制过程中温度变化的影响

    其他条件不变，对带钢材质为SPA—H、Q235和45钢分别进行带钢轧制过程中温度变化计算，结果如图3所示。从图3可看出，随带钢碳含量的不同，变形温升随碳含量的增加而增大，而摩擦温升和接触温降虽然也增大，但变化不明显。这是因为带钢的比热和密度虽然随碳含量的不同而略有不同，但差别不大，而计算变形温升时应考虑变形阻力。计算变形阻力时用到碳当量，这不仅与碳含量有关，还与Mn含量有关，而试验的3种带钢材质：Mn含量有较大不同。

2．4工作辊温度对轧制过程中带钢温度变化的影响

    带钢轧制过程中，工作辊瞬间温度变化情况复杂，在计算轧制过程中带钢温度变化时，将工作辊温度简化为其表面平均温度，其值在45～70℃之间。其他条件不变，工作辊温度取基本值45℃，并在基本值基础上以5℃递增，达到最大值70℃，分别计算带钢变形温升、摩擦温升和接触温降，如图4所示。从图4可看出，工作辊温度对带钢在轧制过程中的温度变化基本没有影响，在计算过程中，可设定一个正常范围内的工作辊平均温度来代替工作辊温度真实值。

3计算软件的精度

    文中给出的带钢在轧制过程中的温度变化模型物理意义明确，是理论性很强的数学模型。实际上，现场很难对带钢机架间温度进行测量，也不可能得到轧制过程温度变化的真实值。为了验证本文所阐述的规律，将精轧温度控制软件的精轧出口温度计算值，与国内某厂的精轧出口温度实测值进行了比较，计算值与现场实测值之差分别为5．64℃(SPA—H钢)、7．442℃(HP195—2钢)和一3．766℃(STl7钢)，这可以间接证明本文陈述的带钢在轧制过程中的温度变化规律接近真实情况。

4结论

    (1)工作辊温度变化对带钢在轧制过程中温度变化没有明显影响，在精轧温度控制计算过程中，可以指定一个工作辊温度常数值。

    (2)随轧制速度的增加，带钢变形温升增加，接触温降减小，如果提高带钢的出口速度，会减少轧制过程中的热量损失。

    (3)工作辊材质不同，轧制过程中带钢接触温降差值较大，而变形温升与摩擦温升变化不大。

    (4)带钢的材质不同，只对带钢变形温升有较明显的影响。