熱軋鋼板層流冷卻過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、目前，全世界每年生產(chǎn)的鋼材中約有30％需要經(jīng)過(guò)熱軋形成板材，而熱軋板材的性能取決于熱軋后的冷卻過(guò)程，即冷卻速率和鋼板溫度的均勻性。因此，軋后控冷技術(shù)是鋼鐵工業(yè)中最重要的流程之一。雖然上世紀(jì)80年代開(kāi)始應(yīng)用的軋后控冷技術(shù)，尤其是近10年來(lái)才大量應(yīng)用的層流冷卻技術(shù)，已經(jīng)大大提高了生產(chǎn)效率、降低了能源消耗，但其冷卻能力的適應(yīng)性、鋼板內(nèi)外溫度的均勻性以及卷曲溫度的準(zhǔn)確性都遠(yuǎn)未達(dá)到人們的預(yù)期，并在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)鋼板翹曲、應(yīng)力不均等問(wèn)題，尤

2、其對(duì)于中厚鋼板更為嚴(yán)重。改善軋后控冷技術(shù)的關(guān)鍵在于深入理解過(guò)程參數(shù)對(duì)冷卻過(guò)程的影響，從而根據(jù)鋼板材料和所要求的性能等，準(zhǔn)確控制過(guò)程參數(shù)。然而，由于層流冷卻過(guò)程中的瞬態(tài)沖擊沸騰換熱相當(dāng)復(fù)雜，鋼板表面溫度變化速率高達(dá)2100°C/s，并且影響因素眾多，對(duì)其開(kāi)展深入而系統(tǒng)的研究顯然具有一定難度。 本文針對(duì)軋后控冷中的層流冷卻過(guò)程，設(shè)計(jì)并搭建了較為通用可行的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。要想準(zhǔn)確獲得高溫（800°C）高冷卻速率（1200°C/s）條件下的測(cè)點(diǎn)

3、溫度，首先需要對(duì)熱電偶的選取和埋置方法進(jìn)行詳細(xì)研究。這里選用鎳鎘-鎳硅熱電偶，利用“通孔/沉孔/蓋片”方式埋置熱電偶，結(jié)合NI的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及Labview平臺(tái)獲得冷卻過(guò)程中鋼板內(nèi)部距離上表面0.8mm處的溫度瞬變特性。針對(duì)多種關(guān)鍵影響因素，如冷卻水流量、管嘴直徑、管嘴數(shù)量以及管嘴距離鋼板表面的距離等，進(jìn)行了較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)。之后，建立了導(dǎo)熱反問(wèn)題模型以及三維非穩(wěn)態(tài)有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱正問(wèn)題模型，采用Fortran語(yǔ)言編制了相應(yīng)的計(jì)算代碼。反

4、問(wèn)題的計(jì)算結(jié)果采用簡(jiǎn)化的理論解進(jìn)行驗(yàn)證，反問(wèn)題則采用給定對(duì)流換熱系數(shù)的正問(wèn)題計(jì)算所的溫度作為輸入，而反演得到的對(duì)流換熱系數(shù)與前面給定的數(shù)值進(jìn)行比較。驗(yàn)證結(jié)果表明本文所建理論模型和編制的計(jì)算程序具有一定的可信度。利用導(dǎo)熱反問(wèn)題程序結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果反演測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)壁面點(diǎn)的溫度瞬變特性、對(duì)流換熱系數(shù)以及壁面點(diǎn)的熱流密度。從而為分析所考察參數(shù)對(duì)冷卻過(guò)程的影響提供了完整的技術(shù)路線和平臺(tái)。進(jìn)而，利用正問(wèn)題程序結(jié)合反演的對(duì)流換熱系數(shù)以及鋼板表面的分區(qū)技