预热区产生最严重的热梯度，因为它在内部传导赶上之前，就将冷态的钛/钢复合板暴露在直接、强烈的热源下。进入时，板材表面通过高温炉气的对流和辐射被快速加热。由于热量需要时间传导到中心，因此在快速加热的表面和冰冷的芯部之间形成巨大的差异，从而在整个过程中产生横截面上的峰值温差。
表面加热和内部传导之间的物理滞后形成了一个短暂但关键的“冲击”阶段，此时温度梯度最高。管理好这个特定区域是防止热应力引起的界面分层的最重要因素。
温度尖峰的物理学
表面加热机制
当复合板进入预热区时，它会立即从冷态过渡到高温环境。
炉气通过对流和辐射将热量强烈地传递到板材的外部。
传导滞后
当表面温度飙升时，芯部温度不会同步升高。
热量需要时间通过传导穿过金属的厚度。
这种延迟意味着外部实际上是“热”的，而内部仍然是“冷”的，从而在板材的横截面上形成陡峭的热斜率。
峰值梯度点
这个特定阶段代表了板材两侧的温度最大差异。
在随后的区域，例如加热区或均热区，芯部温度开始赶上，导致温差缩小。
因此，预热区至关重要，因为它是在温度差距急剧扩大而不是缩小的唯一点。
对材料完整性的影响
热应力累积
预热区产生的大温差直接转化为板材内部的物理力。
膨胀的表面层对抗较冷、较硬的芯部，产生显著的热应力。
分层风险
如果初始温度梯度不受控制，由此产生的应力可能会超过钛和钢层之间的结合强度。
这会导致界面分层，在复合板进入轧制阶段之前就损害其结构完整性。
精确控制的必要性
为了降低这种风险，需要在加热设备中进行精确的初始温度控制。
操作员不能仅仅最大化该区域的热输入；他们必须平衡传热速率与材料向内传导热量的能力。
理解权衡
加热速度与材料安全
在预热区，生产速度与材料安全之间存在天然的紧张关系。
提高加热速率可以提高产量，但会加剧横截面温差，增加分层风险。
均热区的作用
区分预热区的易变性与均热区的稳定性很重要。
补充数据显示，均热区旨在提供最小的波动，使板材达到内部热平衡。
虽然均热区可以固定温差，但它无法修复在预热区早期形成的过大梯度造成的损坏。
模拟与优化
数值模拟表明，调整炉参数可以找到最佳平衡点。
然而，在后续阶段（如均热区）提高温度主要提高芯部温度，对梯度影响很小，这证实了预热区仍然是温差的主要驱动因素。
为您的目标做出正确选择
要获得高精度的轧制结果，您必须根据具体的质量优先事项优化加热曲线。
- 如果您的主要关注点是防止分层：优先在预热区采用保守的温度设置，以最小化初始横截面梯度，即使这会稍微延长总加热时间。
- 如果您的主要关注点是轧制一致性：确保后续的均热区提供足够的停留时间，以完全消除预热过程中产生的梯度，确保均匀的可塑性。
- 如果您的主要关注点是工艺效率：利用步行梁炉模型模拟气体温度和停留时间，确定在安全应力限制内的最大加热速度。
掌握预热区不仅仅是加热金属；而是要控制能量传递的节奏，以保持层与层之间的结合。
总结表：
| 因素 | 预热区影响 | 均热区影响 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 快速初始表面加热 | 热平衡（芯部赶上） |
| 温度梯度 | 达到最大峰值（风险最高） | 最小化并缩小 |
| 材料风险 | 因应力导致界面分层 | 如果预热得到控制，风险降低 |
| 传热 | 高对流和辐射 | 低波动，稳态 |
| 控制目标 | 平衡加热速度与传导 | 为轧制一致性提供均匀性 |
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参考文献
- Zhanrui Wang, Hui Yu. Numerical investigation on heating process of Ti/Steel composite plate in a walking-beam reheating furnace. DOI: 10.2298/tsci231108082w
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
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