基于ADCOS-PM工艺钢板冷却过程中温度变化规律的研究

论文摘要

东北大学基于多年科研、工程经验和超快冷技术开发出新一代中厚板轧后冷却系统（以下称为ADCOS-PM）,具有冷却能力调节范围广、产品冷却均匀性良好、可减少合金元素添加等优点。本研究以某钢厂4300mm宽厚板生产线轧后冷却系统科研项目为背景,针对ADCOS-PM的设备组成和冷却能力,冷却过程中的换热规律、钢板内部温度变化规律、冷却速率进行深入的研究。在此基础上,建立了高精度冷却速率和终冷温度计算模型,实现了ADCOS-PM对钢板温度高精度控制。本文的主要研究内容和成果如下：（1）对热轧中厚板超冷却过程,利用有限元方法建立了超快速冷却过程中的中厚板热传导解析模型。在此基础上,结合大量现场实测温度数据及工艺参数,采用反传热的计算方法,计算获得了利用ADCOS-PM的缝隙喷嘴、高密快冷喷嘴冷却过程中钢板与冷却之间的水冷综合换热系数。（2）针对利用ADCOS-PM进行中厚板轧后冷却过程,利用ANSYS（?）有限元模拟软件仿真获得缝隙喷嘴单独使用、高密快冷喷嘴单独使用,各冷却段联合使用条件下钢板内部温度变化规律,重点研究获得了钢板不同规格产品冷却过程中冷却速率变化规律以及平均冷却速率和钢板中心冷却速率的变化规律。（3）结合现场实际产品的基本热物性参数以及实际测量温度数据,利用大型ANSYS（?）有限元软件对冷却状况进行模拟。（4）对ADCOS-PM过程控制功能的物性参数模型、温降差分计算模型进行研究。开发了预设定高精度冷却速率和预设定计算模型,为实现ADCOS-PM产品控制精度提供保证。（5）以国内某钢厂为背景,将所开发的模型应用于在线生产过程控制。以610D为例,取得了良好的温度精度控制效果,经过ADCOS-PM冷却加回火处理的各项性能指标达到甚至超过调整处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 超快速冷却技术发展概况
• 1.2.1 超快速冷却技术的发展历程
• 1.2.2 基于超快速冷却的新一代TMCP技术
• 1.3 新品种开发的优点
• 1.4 本研究的背景与目的
• 第二章 ADCOS-PM主要设备
• 2.1 某钢厂轧后冷却系统概况
• 2.2 超快速冷却设备组成及特点
• 2.2.1 缝隙喷嘴
• 2.2.2 高密度喷嘴
• 2.2.3 高压水侧喷装置
• 2.3 层流冷却段设备组成及特点
• 2.4 ADCOS-PM各冷却段的流量曲线
• 2.4.1 缝隙喷嘴的流量范围
• 2.4.2 高密度喷嘴的流量范围
• 2.4.3 层流冷却喷嘴的流量范围
• 2.5 本章小结
• 第三章 轧后冷却基本换热模型的研究
• 3.1 传热学基本理论
• 3.1.1 热传导
• 3.1.2 热辐射
• 3.1.3 对流换热
• 3.2 导热问题的有限元解析模型
• 3.2.1 二维有限单元模型
• 3.2.2 有限单元网格划分
• 3.2.3 时间步长的确定
• 3.3 物性参数的确定
• 3.3.1 比热容
• 3.3.2 热传导率
• 3.3.3 密度
• 3.4 相变潜热的影响
• 3.4.1 扩散性相变计算
• 3.4.2 非扩散型相变
• 3.4.3 相变潜热计算
• 3.5 换热系数的计算
• 3.5.1 冲击射流强化换热机理
• 3.5.2 依据实测信息对不同冷却状况时换热系数的计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 ADCOS-PM中关于冷却速率变化规律的研究
• 4.1 厚度方向上冷速变化规律的研究
• 4.1.1 缝隙喷嘴段冷却速率的分析
• 4.1.2 高密度喷嘴段冷却速率的分析
• 4.1.3 层流冷却段冷却速率的分析
• 4.2 不同厚度时冷速变化规律的研究
• 4.2.1 表面冷速的变化规律
• 4.2.2 平均冷速的变化规律
• 4.2.3 心部冷速的变化规律
• 4.3 返红时间与冷后心表温差的研究
• 4.4 用ANSYS模拟验证得到的结果
• 4.4.1 开启2组缝隙喷嘴与6组高密度喷嘴
• 4.4.2 开启1组缝隙喷嘴与7组高密度喷嘴
• 4.5 本章小结
• 第五章 ADCOS-PM预设定计算模型的建立
• 5.1 主要计算模型
• 5.2 热物性参数计算模型
• 5.2.1 碳当量层别的确定模型
• 5.2.2 比热计算模型
• 5.2.3 热传导系数计算模型
• 5.3 基本计算模型
• 5.3.2 温降差分模型
• 5.3.5 空冷换热系数模型
• 5.3.6 水冷换热系数模型
• 5.3.7 水量计算模型
• 5.3.8 辊速计算模型
• 5.3.9 冷却速率计算模型
• 5.4 预设定计算模型
• 5.5 预计算模型在实际生产中的应用
• 5.5.1 化学成分与轧制信息
• 5.5.2 冷却规程的计算
• 5.5.3 计算精度的验证
• 5.5.4 冷后组织与性能
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢