钢铁企业是高能耗、高污染行业,且产能过剩。企业为了生存发展,必须进行转型升级、开发高附加值、高性能产品。钢坯组织性能控制对产品质量有着重要影响,它与钢坯的温度分布、水平和梯度密切相关,而钢坯(板)传热边界又直接决定着温度的分布规律。因此,研究热轧区域钢坯(板)传热边界特征与温度场协同规律具有重要的意义。热轧区域包括加热炉、轧制和层流冷却三个单元。钢坯(板)从加热炉到层流冷却历经加热和多点冷却,是周期性的复杂传热过程,目前对这种复杂传热过程的规律尚不清楚。基于此,提出了采用实验测试、理论分析计算以及最小二乘有机结合得到表征边界函数的方法,发现了传热边界具有周期特征,并从正、反两方面研究了周期特征参数与温度场的协同性,获得了特征参数对传热效果的影响程度,分析了特征参数协同运行规律,为优化热工操作、合理安排加热(冷却)生产过程提供依据。具体结论如下:(1)各单元传热边界周期性显著,周期函数各不相同影响传热边界的因素为炉温和换热系数,它们都具有明显周期特征。研究发现加热炉炉温可以由三角函数和线性函数叠加而成,轧制单元换热系数主要为梯形波或者矩形波,层流冷却单元换热系数为以喷头为中心的半波正弦构成的分段函数。(2)传热边界特征参数振幅和周期对钢坯传热影响规律明显单一特征参数对钢坯(板)温度场虽有影响,但方式和效果并不相同。振幅反映了同一区域温度的涨、落,案例计算表明:加热炉炉温曲线振幅每增加1℃,钢坯表面温度最大增幅为1.22℃;层流冷却单元换热系数振幅每增加1W/(m~2·K),钢坯表面温度最大降幅为0.36℃。周期反映了沿钢坯(板)运行方向的温度分布或者冷却区域面积大小,案例计算表明:加热炉内周期越大,钢坯表面温度变化越平缓;层流冷却单元,周期越小,钢板冷却效果越差。(3)传热边界周期与振幅协同变化对温度目标的控制起着决定性的作用,对热轧区域的生产节奏调控有着重要影响正常生产条件下,加热炉内炉温曲线的振幅随着周期(加热时间)的增加而降低,二者呈指数函数关系。应用这一规律讨论加热炉燃耗发现,随着加热时间的逐渐延长,燃耗强度逐渐降低,但这种效果只是在某一个时间区间内有效,如案例加热炉在150min～206min效果明显。同时应用这一规律分析了加热时间分别为170min、190min和210min三种条件下的区域热效率,结果表明,加热时间越短,区域热效率越高,特别是在一加热段内的各区域热效率增加最明显。层流冷却换热系数的振幅随着周期(冷却时间)的增加而降低,二者呈线性关系。热轧区域生产节奏调控主要是各单元传热边界周期(加热时间、轧制时间、冷却时间)的协同,案例生产线可调控加热时间为4080s,与其相对应的能耗调控量为0.58GJ/t,可调控的冷却时间为10.76s。