(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210671987.4 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 彭文　张丽　文红博　孙佳楠　 吴豪　陈小睿　孙杰　张殿华　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 徐湘辉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种板带轧制过程轧件断面温度预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种板带轧制过程轧件断面 温度预测方法， 涉及轧钢自动控制技术领域。 该 方法首先确定轧件进行边部感应加热过程有 限 元模型的建模参数及影响轧件断面温度的各影 响因素取值范围， 进而对模型进行建立、 求解， 根 据数值模拟结果提取轧件断面 温度参数数据； 安 排数值模拟实验， 重复建立求解多组轧件进行边 部感应加热过程有限元模型， 分析所述各影响因 素对轧件断面温度参数的影 响规律， 提取多组轧 件断面温度参数数据进行轧件断面温度参数函 数拟合； 将数值模拟实验安排的每组影 响因素的 数值代入轧件断面温度参数函数确定轧件断面 分区位置， 提取轧件断面 温度数据进行轧件断面 温度函数拟合， 精准预测了边部感应加热后轧件 断面温度分布。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 115081278 A 2022.09.20 CN 115081278 A 1.一种板带轧制过程轧件断面温度预测方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤1： 相关参数确定： 根据实 际生产过程， 确定轧件进行边部感应加热过程有限元模 型的建模参数以及影响轧件断面温度的各影响因素的取值范围； 步骤2： 轧件进行边部感应加热过程有限元模型建立： 根据步骤1确定的相关参数通过 有限元分析软件创建轧件进行边部感应加热过程的1/2几何模型， 并为该几何模型赋予材 料物理性能参数、 设置边界条件、 进行网格划分； 步骤3： 轧件进行边部感应加热过程有限元模型求解： 在多物理场耦合下设置耦合节 点， 采用顺序耦合的方式求 解瞬态温度场； 步骤4： 轧件断面温度参数数据提取： 根据温度场计算结果， 提取感应加热 强影响范围la 的数据、 感应加热弱影响范围lb的数据及轧件边部温度T0的数据； 感应加热产生的温升可使轧件沿宽度方向一段距离内的温度迅速升 高， 这段距离定义 为感应加热强影响范围la； 此后感应加热产生的温升在轧件宽度方向一段距离内逐渐减小 直至这段距离内某一点的温度接近轧件中部温度， 这段距离定义为感应加热弱影响范围 lb； 经感应加热后的轧件边部温度T0用来评价感应加热效果， 由于轧件厚度方向温度不均匀 分布， 故轧件边部温度T0由厚度方向温度平均值代替； 步骤5： 数值模拟实验： 运用正交试验法安排影响因素， 将每组影响因素的具体数值代 入步骤2至步骤4， 实施轧件进 行边部感应加热过程的有限元建模、 求解、 提取轧件断面温度 参数的数值模拟实验； 步骤6： 轧件断面温度参数的规律研究及函数拟合： 依据步骤5得到的轧件断面温度参 数数据分析各影响因素对轧件断面温度参数la、 lb、 T0的影响规律， 从而对轧件断面温度参 数la、 lb、 T0的函数进行拟合； 步骤7： 轧件断面分区及轧件断面温度函数拟合： 将步骤5中运用正交试验法安排的各 组影响因素的数值代入步骤6得到的轧件断面温度参数la和lb的函数中计算出la和lb， 依据 la、 lb和轧件宽度B对轧件断面分区， 确定轧件断面各区域 范围， 在各区域范围内沿宽向以固 定间隔距离取点， 所取各点温度均以该点所在位置的厚度方向温度平均值表示， 从而提取 轧件断面温度数据， 利用全部轧件断面温度数据对轧件断面温度函数进行非线性拟合， 即 得到轧件断面温度函数T(x)。 2.根据权利要求1所述的板带轧制过程轧件断面温度预测方法， 其特 征在于， 所述建模参数包括轧件初始长度、 轧件宽度、 轧件进入边部感应加热器EH前的初始断 面温度、 轧件与E H的相对位置、 E H上下磁头间的空气间隙、 E H线圈匝数、 E H线圈直径； 所述影响因素包括产品规格参数及工艺参数； 其中， 所述产品规格参数包括轧件的初 始厚度H； 所述工艺参数包括边部感应加热器EH的电流频率f、 EH的励磁电流I和轧件运行速 度v。 3.根据权利要求2所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 所述步骤 2中所述的为该几何模型赋予材料物理性能参数， 指的是为该几何模型中边部感应加热器 EH的磁轭与线圈以及轧件赋予材料物理性能参数， 所述材料物理性能参数包括相对磁导 率、 电阻率、 导热系数和比热容。 4.根据权利要求2所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 所述步骤 2中所述的设置边界条件包括： 对轧件在EH入口处的初始断面 温度进行赋值； 依据轧件运行权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081278 A 2速度v的取值范围给定 轧件运行速度并设置 轧件匀速沿轧制方向运动； 设置环 境温度； 设置 轧件表面进行对流和辐射换热并设置传热系数和表面辐射率； 将轧件宽度边界设为对称边 界； 磁场初始值条件设置为0， 并将依据EH的励磁电流I的取值范围而给定的励磁电流应用 于EH线圈横截面作为涡流场的激励条件。 5.根据权利要求3所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 所述步骤 3所述的在多物理场耦合下设置耦合节点包括电磁热节点及温度耦合节点， 电磁热节点实 现将感应电流作为载荷施加给温度场， 温度耦合节点 实现根据温度变化更新轧件的材料物 理性能参数， 以实现电磁场与温度场的双向耦合。 6.根据权利要求2所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 所述步骤 5中所述的运用正交试验法安排影响因素具体是采用4因素5个水平， 选用L25(54)正交试验 表安排影响因素。 7.根据权利要求2所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 所述轧件 断面温度参数la、 lb、 T0的函数表达式均采用三次多 项式函数进行拟合， 其表达式如下： y＝A+a1f+b1f2+c1f3+a2I+b2I2+c2I3+a3H+b3H2+c3H3+a4v+b4v2+c4v3 将y依次替换为输出变量la、 lb、 T0并求出相应的待定系数A、 a1～4、 b1～4、 c1～4， 即可依次获 得轧件断面温度参数la、 lb、 T0的函数表达式。 8.根据权利要求7所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 以轧件进 入边部感应加热器EH入口处的轧件边部为原 点， 宽度方向为x轴， 将轧件断面分为如下三个 区域： Ⅰ区： 0＜x＜la； Ⅱ区： la≤x＜la+lb； Ⅲ区： la+lb≤x≤B/2。 9.根据权利要求8所述的板带轧制过程轧件断面温度 预测方法， 其特征在于， 使用三 次 多项式函数对轧件断面各区域温度函数进行拟合， 求出各区域的待定系数A、 a1～5、 b1～5、 c1～5， 即可得到轧件断面温度函数： T(x)＝A+a1f+b1f2+c1f3+a2I+b2I2+c2I3+a3H+b3H2+c3H3+a4v+b4v2+c4v3+a5x+b5x2+c5x3。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081278 A 3