加热炉内SS400 氧化铁皮生成数学模型的研究
热轧时钢铁材料高温氧化铁皮的研究进展
区域治理综合信息热轧时钢铁材料高温氧化铁皮的研究进展王彦成吉林建龙钢铁有限公司，吉林 吉林 132000摘要：我国自改革开放以来，铁制品的发展较为迅速，钢在冶炼过程中需要通过热轧环节，其中会产生不同程度的氧化反应，形成氧化铁皮，这在较大程度对资源造成较大的浪费，不但在一定程度上会降低表面质量，而且耐蚀性也会有一定的下降，这就需要对氧化铁皮的厚度与结构采取必要措施并实施有效的控制。
关键词：热轧；钢铁材料；高温氧化铁皮一、钢的热轧步骤钢在热轧过程中需要先对钢实施加热过程，当轧制的加热需要均衡的加热速度，达到一定温度时将钢柸取出并采用高压水去除表面的鳞，再将其放入粗轧机实施粗轧程序，再对其实施二次同时进行精轧，最后对其进行冷却与卷取。
此外，在对钢进行热轧时会形成不同类型的氧化铁皮[1]。
二、氧化铁皮的种类一次氧化铁皮：将板坯放于加热炉中进行加温至1200℃，在保温过程中钢坯表面氧离子与铁离子进行双向扩散，通过化学反应生成氧化铁皮，此种高温加热过程中形成的氧化铁皮由于是第一次产生氧化反应，形成“一次氧化铁皮”；二次氧化铁皮。
二次氧化铁皮是在第一次钢材氧化反应的基础上形成的，此阶段主要产生于坯料出炉后的粗轧环节，其中热轧环节需要去除一次氧化铁皮，并且坯料需要通过粗轧环节，在轧制过程中，高温状态中的粗轧与空气产生氧化反应，生成二次氧化铁皮；三次氧化铁皮。
钢坯粗轧后需要进行精轧才能制成成品板材，在进行精轧时，由于轧辊速度相对比较高，并且轧制时间相对比较短，会形成较薄的氧化铁皮，此种氧化铁皮叫作“三次氧化皮”[2]。
三、氧化铁皮的形成与结构氧化铁皮在形成过程中需要通过加热形成不同类型的氧化铁皮结构，如图1所示[3]。
图1中的氧化铁皮一共包含三层，其中包含外层、中间层以及内层，化学反应方程式分别为：2Fe+O2=2FeO；3Fe+2O2=Fe3O4；2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3；外层的Fe2O3主要是以红色为主，结构主要是密排六方结晶结构，结构相对致密，并且无法与酸性溶液相溶。
先进的中板加热炉数学模型控制系统
先进的中板加热炉数学模型控制系统刘日新（北京赛维美高科技有限公司北京100073）摘要本问介绍了中板加热炉先进的数学模型控制系统，提出了对加热炉进行蓄热燃烧改造时控制系统需要进行改进的一些问题。
关键词加热炉数学模型优化控制Advanced Mathematical Model Control System for SlabRe-heating FurnacesLiu RixinBeijing Savemation Technology Co. Ltd., Beijing, 100073 Email:rixin@Abstract The advanced mathematical model control system for slab reheating furnace is introduced The control system should be improved when the furnace uses regenerative combustion technology.Keywords:Re-heating furnace, Mathematical Model, Optimum control.1 控制系统总体结构酒钢中板加热炉为双排料推钢连续加热炉，产量为90t/h，燃混合煤气，热值为7535kJ/m3，上下各分三段控制。
炉长31050mm。
坯料尺寸为220×1350×2800mm。
由ABB开发的AF200FICS 和AF200FOCS对所有种类加热炉的控制和优化都实用, 系统由模块化程序通过内部或外部通讯建立起来．系统优化了钢坯的加热质量．加热节奏可以和轧制节奏相匹配．这个系统为温度控制计算出优化设定值并优化燃料消耗，取得节能的效果．AF200FICS用于加热炉的燃烧控制和物料运动控制，包括最优燃烧控制、空燃比控制、加热炉起/停控制，物料跟踪、炉压控制、换热器保护、冷却系统控制、推钢动作控制、进/出料、称重等。
热轧低碳钢氧化铁皮厚度的数值模拟及微观形貌的研究
第5期
孙
彬等 : 热轧低碳钢氧化 铁皮厚度的数值模拟及微观形貌的研究
35
皮厚度演变提供了参考。通过实验室的热模拟试验 研究了 3 种典型的铁的氧化物的生长方式, 分析了 不同的生长方式对氧化铁皮厚度的影响规律。
2 2
恒温氧化动力学模型 氧化动力学与现场实际相结合建立氧化动力学
[ 4]
模型 , 氧化 铁皮 的生 长 符合 抛 物线 方 程[ 3] 。 根据 Kof st ad , 建立氧化动力学的模型为 : W 2= K p t K p 用 Arr henius 等式表示如下 : K p, t = A ex p - Q RT ( 2) ( 1)
1
试验方法
本试验所用材料为 SPH C 钢 , 其化学成分( 质量
式中: K p 为氧化速率常数; W 为质量增重; t 为时间。
分数 , % ) 如 表 1 所 示。试 样 被 加 工 成 15m m 10 mm 2m m 。试样经砂纸打磨到 1 500 号砂纸后, 经抛光后再采用酒精进行清洗。氧化动力学试验是 在高 温 差 热 分 析 仪 上 进 行 的。 在 氩 气 流 量 为 20 mL / min 的情况下, 从室温以 20 / m in 加热到预 设温度, 通入空气, 等温 540 min 后, 再以 30 / min 降到室温 , 通过仪器自带的电子天平可测量出氧化 前后试样的质量增重变化。在此期间通入的空气流 量为 50 mL / m in。预设的等温氧化温度分别为 500、 600、 700 、 800 和 900 。
2 3
图 1 SPHC 的氧化增重曲线 Fig 1 The curve of oxidation weight gain of SPHC
变温条件下氧化动力学模型 在实际的热轧过程中, 温度是不断变化的。连
高炉炉缸出铁热过程模型的建立与计算的开题报告
高炉炉缸出铁热过程模型的建立与计算的开题报告一、选题背景高炉是一种重要的工业设备，用于生产铁和钢。
在高炉生产过程中，热力学性质是非常重要的。
其中，高炉炉缸出铁的热过程模型是一个重要的问题。
该模型可以帮助工程师更好地控制铁水的质量和产量。
因此，在现代工业中，高炉炉缸出铁热过程模型的建立与计算是非常有意义的。
二、研究目的本文的研究目的是建立高炉炉缸出铁热过程的数学模型，通过计算方法加以求解，从而更好地控制铁水的质量和产量。
三、研究内容本研究拟从以下三个方面进行：1.数学模型的建立：通过对高炉炉缸出铁过程的热力学过程进行分析，建立该过程的数学模型。
主要包括炉缸内各区域的温度、压力、气体组成、铁水流量等参数。
2.计算方法的设计：针对所建立的数学模型，设计相应的计算方法。
主要包括数值计算方法和解析计算方法。
数值计算方法适用于繁琐的计算，解析计算方法适用于快速估算和简单计算。
3.计算结果的分析和优化：通过对所得到的计算结果进行分析和优化，得出合理的建议和措施，以更好地控制铁水的质量和产量。
四、研究意义高炉炉缸出铁热过程模型的建立与计算对工业生产具有重要意义。
它可以帮助工程师更好地控制铁水的质量和产量，提高生产效率和质量。
此外，该模型还可以为高炉改造和升级提供重要的理论依据，促进高炉技术的进步。
五、研究方法本研究主要采用理论分析和计算模拟相结合的方法。
首先，通过对高炉炉缸出铁过程的热力学过程进行理论分析和数学建模，建立该过程的数学模型。
然后，应用各种数值计算方法和解析计算方法进行计算求解，并对所得到的结果进行分析和优化。
六、预期结果通过本研究，预期能够建立出高炉炉缸出铁热过程的数学模型，并通过计算方法对该模型进行求解和分析。
同时，预期还能提出一些控制铁水质量和产量的合理建议和措施。
七、研究进度安排本研究的进度安排如下：第一阶段：文献研究和理论分析（1个月）第二阶段：建立数学模型和计算方法设计（2个月）第三阶段：计算求解和结果分析（2个月）第四阶段：撰写论文和答辩准备（3个月）八、论文结构安排本论文的结构安排如下：第一章：绪论，介绍研究背景、研究目的、研究内容、研究意义、研究方法以及预期结果等。
宝钢热轧加热炉氧化烧损计算数模的建立和实施
宝钢热轧加热炉氧化烧损计算数模的建立和实施宝钢热轧加热炉氧化烧损是指在炉内产生的氧化物，如NOx和CO2等，与炉内的炉料发生反应，造成炉料质量的损失。
为了更好地控制和减少氧化烧损，可以通过建立和实施计算数模来进行优化和改进。
下面将从数模建立和实施两个方面进行详细介绍。
首先是计算数模的建立。
建立计算数模需要收集和分析大量的数据，包括炉内燃烧条件、炉料性质、产品质量等方面的数据。
通过对这些数据的分析和处理，可以建立一个准确的数学模型，来模拟和预测氧化烧损的产生和变化趋势。
在建立数模的过程中，需要考虑一些关键因素，如炉内温度、气流速度、燃料供应方式等，这些因素对氧化烧损的影响非常重要。
其次是计算数模的实施。
建立计算数模之后，需要将其应用于实际生产中，并进行实时监控和控制。
在实施过程中，可以通过计算数模来预测和优化炉内的燃烧条件，从而减少氧化烧损的产生。
通过监控和调整炉内的温度、气流速度、燃料供应方式等参数，可以实现对氧化烧损的实时控制和调节，从而提高产品的质量和工艺的稳定性。
需要注意的是，计算数模的建立和实施需要结合实际情况和生产条件进行调整和改进。
在建立数模的过程中，是否考虑了原料的差异性、不同炉内区域的温度分布等因素，以及在实施数模的过程中是否对历史数据进行了验证和修正等，都会对模型的准确性和实际效果产生重要影响。
总之，宝钢热轧加热炉氧化烧损计算数模的建立和实施可以帮助优化炉内燃烧条件，减少氧化烧损的产生，提高产品质量和工艺稳定性。
但需要在实践中不断调整和改进，才能取得最佳效果。
加热炉分数阶建模案例研究
加热炉分数阶建模案例研究本课题所选用的温度控制系统为，SXF-4-10型工业电加热炉，其原理图如图3.1所示，其实物图如图3.2所示，它的额定工作电压为220V，额定功率为4KW。
炉子的加热过程回路描述如下：自220V的交流电的正负极依次到达分压电阻、电阻丝、固态继电器左侧的正极，从固态继电器右侧的负极出来以后回到220V 的交流电负极。
图3.1 SXF-4-10型工业电加热系统的工艺流程图图3.2 SXF-4-10型工业电加热系统实物图3.3.1 加热炉工作过程介绍从图3.1所示的SXF-4-10型工业电加热炉原理图可以看出，整个电加炉温度控制系统的结构层面上包括三个部分，分别是温度采集模块，加热控制模块，加热控制执行模块。
整个电加热炉的运行过程由这三个模块配合执行完成，以下分别介绍这三个模块。
（1）温度采集模块。
它负责采集加热炉运行过程中的实时温度数据。
这个模块具体又分为三个部分，分别为K型热电偶、电压放大器、端子板。
K型热电偶是一种工业实际中常用的温度传感器，在一个较大的温度变化范围内，它具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，被广泛采用。
它的工作原理为，当热电偶两端的受热程度不同时，热电偶回路中会产生热电势，通过将这部分热电势经过换算转化等效的温度值，便可实现测量温度的作用。
由于热电偶产生的热电势非常小，大概在几十毫伏到几百毫伏之间，几乎无法被后续的加热控制模块所接受，所以必须经过一定程度的放大，因而，在热电偶输出端接上一个SG-3011型信号放大器，通过调整适当的放大倍数，使得热电偶的输出端电压达到0-5V之间，达到加热控制模块所能接受的处理范围，以便后续的加热控制使用。
DN-37CR端子板，负责连接最终的热电偶输出端到加热控制模块上，它配有标签，方便拆接线操作，同时兼有信号隔离和驱动、回路保护、信号转接等多项功能，能够保障即使在复杂干扰性下热电偶输出端的电压信号依旧稳定。
加热炉加热过程数学模型建立
加热炉加热过程数学模型建立
李赛博
【期刊名称】《工业加热》
【年(卷),期】2024(53)4
【摘要】加热炉是钢铁生产中常用的设备,主要用于加热钢坯或钢材,以达到改变其组织、提高其塑性和可加工性等目的。
加热炉具有结构简单、操作方便等优点,在钢铁生产中应用广泛。
各种工业炉、锅炉都属于高能耗窖炉,对资源的消耗量较大,加热炉在进行钢铁材料加热时的温度较高,会通过烟气造成大量的热能损失,因此对加热炉温度的合理控制是节能降耗的有效渠道。
加热炉加热过程数学模型的构建是提升加热炉温度变化精度的重要手段。
充分介绍了加热炉加热过程数学模型构建的重要性,从模型理论基础、模型构建假设、数学表达以及求解方法进行探讨,并提出加热炉加热过程数学模型的优化方法,在数学模型的支撑下,加热炉温度得到控制,并且运行效率大幅度提升,为加热炉结构的完善提供借鉴。
【总页数】3页(P55-57)
【作者】李赛博
【作者单位】陕西省建筑职工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG155.1
【相关文献】
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宝钢热轧加热炉氧化烧损计算数模的建立和实施
宝钢热轧加热炉氧化烧损计算数模的建立和实施引言：热轧加热炉是钢材生产中关键的设备之一，其作用是通过对钢材进行高温加热，使其达到所需的热加工温度，并通过调节加热炉内的工艺参数，控制钢材的加热过程，从而保证钢材在后续的轧制过程中能够获得满足要求的织构和力学性能。
然而，在加热过程中，会产生氧化烧损现象，即钢材表面的铁氧化物含量增加，导致钢材表面质量下降。
因此，为了减小氧化烧损对钢材质量的影响，需要建立一个可靠的数学模型来计算和预测氧化烧损的大小，并通过优化加热炉的工艺参数，减少氧化烧损的发生。
一、建立氧化烧损计算数模1.收集数据并分析首先，需要从现有的生产数据中收集相关信息，包括加热炉的工艺参数、钢材的化学成分以及氧化烧损的实际测量值。
然后，对数据进行统计和分析，以寻找加热炉工艺参数与氧化烧损之间的关系。
2.建立模型基于收集到的数据和分析结果，可以建立一个数学模型来描述加热炉中氧化烧损的计算方法。
一般来说，氧化烧损的计算可以通过考虑加热过程中的热传递、质量传递和化学反应等因素来进行。
常见的模型包括物理模型和统计模型等。
物理模型可以通过基本的物理方程和参数来描述加热过程中的各种现象，而统计模型则是通过对现有数据的回归分析来建立数学公式。
3.模型参数确定在建立模型过程中，需要确定各个参数的数值。
这些参数可以通过实验、现场观察或专家经验来获得。
对于实验数据，可以使用最小二乘法等统计方法来进行拟合，并得到参数的值。
二、实施氧化烧损计算数模1.数据采集和验证根据建立的模型，需要持续收集实际生产中的数据，包括加热炉的工艺参数和钢材的化学成分等信息。
这些数据可以用于验证模型的准确性和可靠性。
如果发现模型与实际数据存在较大误差，需要对模型进行修正和改进。
2.模型应用和优化建立好的数学模型可以用于预测氧化烧损的大小，并通过调整加热炉的工艺参数来优化加热过程，减少氧化烧损的发生。
通过对模型的反复应用和参数的调整，可以逐步优化加热过程，提高钢材的表面质量。
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加热炉内SS400氧化铁皮生成数学模型的研究范佳孙玉虎刘红艳李建文（河北钢铁集团邯郸分公司，邯郸 056015）摘 要 氧化铁皮是影响轧钢产品表面品质的重要因素之一，其铸坯单位面积上的生成量也是评价加热炉温度控制水平的重要指标之一。
本文针对SS400钢种开展了氧化铁皮生成规律研究。
通过对SS400氧化动力学实验所得到的基础数据进行分析，得到了针对该钢种的氧化铁皮生成激活能等相关参数，并开发出针对该钢种的在加热炉内的氧化铁皮生成的数学模型，为制定合理的加热炉工序规程，从而确保轧钢表面质量及降低氧化烧损打下了基础。
关键词 加热炉 SS400 氧化铁皮激活能数学模型Study of Numerical Model of Iron Oxide Skin of SS400 in FurnaceFan Jia Sun Yuhu Liu Hongyan Li Jianwen(Hebei Iron and Steel Company Limited Handan Branch, Handan, 056015)Abstract The iron oxide skin is the one of the important factors to affect the surface quality of the rolled steel products.And its formation on the unit area of the slab is the one of the important indexes to evaluate the level of temperature control of the furnace. In this paper, the regular pattern of iron oxide skin generation in connection with SS400 is studied. By analyzing the basic data obtained by the oxidation kinetics experiments, the activation energy in connection with this steel and other relevant parameters are obtained, and the numerical model of iron oxide skin generation in the furnace in connection with SS400 is developed. So it lays the foundation for developing the reasonable furnace process procedures so as to ensure the surface quality of the rolled steel products and to reduce the oxidation loss.Key words furnace, SS400, iron oxide skin, activation energy, numerical model1引言钢坯在加热炉内的加热过程中，其表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生反应，生成大量的氧化铁皮。
氧化铁皮的生成一方面会对轧钢表面质量造成较大的影响，另一方面还会造成金属的大量损失。
因此在满足钢坯温度达到A C3的前提下，控制氧化铁皮的生成至关重要。
控制氧化铁皮的基础是掌握工艺参数对氧化铁皮的影响规律，找到控制氧化铁皮生长的因素，从而制定出合理的板坯加热工艺制度。
本文针对SS400开发出氧化铁皮生成模型，掌握了该钢种氧化铁皮的生成规律，从而为制定合理的SS400板坯加热生产工艺制度，形成针对该钢种稳定的加热炉工艺规程打下坚实的基础。
2氧化动力学实验方法本文利用高温差热分析仪，如图1所示，模拟SS400铸坯在加热炉气氛中氧化烧损情况随加热温度与范佳，男，硕士，工程师，从事工艺技术开发，fanjia801215@加热时间的变化规律，从而为建立SS400加热炉内氧化铁皮生成模型提供数据支持。
图1 高温差热分析仪2.1试验设备2.1.1 加热炉该设备的最高设定温度为1750℃，可以完成室温至1750℃的TG和TG/DTA测量，或是在还原性气氛内室温至1000℃的TG和TG/DSC测量；升温速率可调，最大升温速率不低于99.9℃/min，控温精度±0.1℃。
2.1.2 微天平TG最大装样量为35g，可称量的质量变化范围±200mg；TG分辨率不大于0.03μg，TG噪声不大于0.03μg，TG相对噪声不大于0.02μg/mL。
2.2实验方法实验工艺如图2所示，将线切割好的样品用丙酮进行超声波清洗，洗掉试样表面的乳化液，之后用砂纸打磨，酒精清洗，吹干，制备成大小为10mm×15mm×(1.5~2)mm的试样。
采用同步差热分析仪进行氧化增重试验，同步热分析仪每隔0.3s采集一次质量增重信号，炉内气氛为混合煤气，等温氧化温度为1000, 1050，1100，1150，1200，1250，1300，1350℃，氧化时间为60min。
表1氧化动力学实验参数钢种保温时间/min 加热温度/℃SS400 60 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350图2 氧化动力学实验方案3实验结果及相关数据分析针对SS400铸坯的氧化动力学实验结果如表2所示。
表2 SS400氧化动力学实验结果温度/℃ 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 烧损重量/g·m −2427.9 557.9 647.3 838.2 1123 1476 1725 2215通过对相关实验数据的拟合分析，得到SS400 氧化烧损-温度的关系如图3所示。
图3 SS400 烧损-温度关系图3.7086exp(0.0047)M T = (1)20.9959R =式中，M 为单位面积上SS400生成氧化铁皮的质量，g/m 2；T 为当前加热温度，℃。
由SS400 氧化烧损-温度的关系式可知，加热温度与SS400氧化铁皮的生成重量呈指数关系，氧化铁皮的生成重量随加热温度的升高呈急剧上升的趋势。
4 加热炉内SS400氧化铁皮生成模型的建立4.1 等温过程SS400氧化铁皮生成模型的建立根据氧化动力学条件，钢在加热过程中的氧化铁皮生长符合抛物线方程[1]：2,P T M K t Δ=(2)式中，M Δ为加热过程单位面积上氧化铁皮则增加质量，mg/cm 2；,P T K 为抛物线氧化速率，mg 2/(cm 4·min)；t 为保持在T 温度下持续的时间，min 。
抛物线氧化速率满足Arrhenius 定律，即,exp()P T ox QK K RT−= (3)式中，Q 为某钢种氧化铁皮生成激活能，kJ/mol ；T 为炉内加热温度，K ；R 为气体常数，J/(K· mol)；K ox 为氧化动力系数。
因此，得出针对SS400的氧化铁皮生成激活能Q 及氧化动力系数K ox 是建立SS400氧化铁皮生成模型的基础。
由式(3)可以推导出式(4)，即,1ln ln ()P T ox Q K K R T−=+ (4)由式(4)可知，,ln P T K 与1T 之间具有明显的线性关系，该直线的斜率即Q R−。
由表3所提供的数据，通过线性拟合，可得出它们之间的关系，如图4所示。
表3 SS400加热过程相关实验数据温度 /℃10000/K烧损重量 /g·m 2烧损重量 /λmg·cm 2 保温时间 /min K P,T/mg 2·(cm 4·min)−1ln K P,T1000 7.855 427.9 42.79 60 30.52 3.418 1050 7.559 557.9 55.79 60 51.88 3.949 1100 7.283 647.3 64.73 60 69.83 4.246 1150 7.027 838.2 83.82 60 117.10 4.763 1200 6.789 1123 112.3 60 210.19 5.348 1250 6.566 1476 147.6 60 363.10 5.895 1300 6.357 1725 172.5 60 495.94 6.206 1350 6.1612215221.560817.706.707图4 SS400的ln K P ,T 与10000/T 的关系曲线,10000ln 18.666 1.9568P T K T=− (5)20.9906R =由式(5)最终得到针对SS400的Q 及K ox 为：162.688Q =kJ/mol 81.2810ox K =×从而得到抛物线氧化速率T P K ,为：8,162.6881.2810exp()P T K RT −=× (6)最终得到SS400的氧化铁皮生成模型为：28162.6881.2810exp()M t RT−Δ=× (7)4.2 加热炉内SS400氧化铁皮生成模型的建立加热炉内的不同加热段，其温度是连续变化的。
因此在建立加热炉内SS400氧化铁皮生成模型时，需要将连续变化的温度简化成若干个微小的温度梯度叠加的效果，其计算过程示意如图5所示。
假定在一定的温度段内温度的变化以同等的微小的单元来进行递增或递减。
在特定的温度下，氧化铁皮的增重符合抛物线规律。
变温的条件下的氧化铁皮增重可以分解为若干个微小的等温单元来计算其生成总和。
因此在微小等温单元内氧化铁皮的生成模型为：221,ii i P T i M M K t −≈+δ(8),exp()i P T ox iQK K RT −= i iTt T αδδ=式中，[1,]i n ∈；T δ为温度步长；i t δ为时间步长。
由式(8)可得SS400在加热炉内全过程加热中氧化铁皮生成模型，可以表示为：220,1nii P T i i M M K t =≈+δ∑ 22801162.6881.2810exp()ni i i iM M t RT =−≈+×δ∑ 式中，M 0为SS400在加热炉入口处的氧化铁皮单位面积重量，通常认为M 0=0 mg/cm 2。
由氧化铁皮的生成重量，可以得到SS400在不同加热炉不同位置处生成的氧化铁皮厚度，即i i iM H ρ=(9)式中，H i 为加热炉第i 位置处SS400钢坯单位面积上的氧化铁皮厚度，μm/cm 2；ρi 为加热炉第i 位置处的氧化铁皮质量密度，g/cm 2，受氧化铁皮不同成分的影响，5.18 5.70i ρ≤≤。