高速线材穿水控冷过程温度场建模与分析

摘要

高速线材控制冷却技术是当前钢铁企业生产的关键和难点，其目的是控制钢材晶粒的微观尺寸、研究钢材的组织变化趋势、减少脱碳及控制氧化铁皮的生成量等。控制冷却轧制工艺的深入研究能大大地提高线材的各种品质潜力和综合性能。 本文结合达涅利水冷控制系统的改造，针对82B线材达涅利线水冷过程进行研究，建立相应的温度变化模型，并进行温度场仿真分析，用以解决82B线材冷却不均匀问题。文中对穿水冷却过程的传热进行了比较详细的分析，确定了整个穿水冷却过程的初始条件和边界条件，并且着重讨论了换热系数的确定问题。采用现代有限元法对建立的数学模型进行数值解析，运用工程软件ANSYS10.0作为分析工具，结合生产实际对高线生产现场进行了模拟。在模拟仿真的过程中，利用Ansys的二次开发语言(APDL)编制相应的命令流，使得模拟仿真的过程更加的便捷。 最后，模拟的数据和现场实测数据吻合良好，为优化控冷工艺提供了理论依据，同时对原生产工艺提出了相应的改进意见。使得在水冷段实现了通过自动设定冷却温度来直接控制线材的冷却速度、及时得到实际的冷却控制效果，从而达到正确协调成分、温度和冷却速度三者的匹配关系的目的，使线材强度和稳定性得到很好的监测和控制，最终提高线材的质量。

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第一章 绪论

1.1线材轧制技术概述

1.1.1国内外高速线材轧制技术发展及现状

1.1.2线材轧制的主要技术和装备

1.2线材控制冷却工艺

1.3达涅利控制冷却工艺

1.3.1 Danieli结构控制系统

1.3.2轧制温度控制

1.3.3低温轧制

1.3.4线材精轧机组中的温度控制

1.3.5线材精轧机组后布置的水冷线

1.3.6 QTR流程

1.4课题来源、研究内容及意义

1.4.1课题来源

1.4.2本文的研究内容及意义

第二章 高线穿水控冷过程及温度场模型的建立

2.1传热学基本理论

2.1.1温度场

2.1.2热传递的基本方式

2.1.3导热基本定律

2.1.4导热微分方程及定解条件

2.2高线控冷过程中温度场数学模型的建立

2.2.1高线控冷的目的

2.2.2控冷过程的传热分析

2.2.3高线穿水模型的建立

2.2.4对流换热系数的确定

2.3本章小结

第三章 高线控冷过程的有限元解析

3.1有限元法概述

3.1.1有限元法的基本原理

3.1.2有限元法求解的基本过程

3.2高线控冷过程温度场的有限元解析

3.2.1数值计算法概述

3.2.2模型的有限元解析

3.2.3边界与初始条件的确定

3.3本章小结

第四章 高线温度场分析与三维数值仿真

4.1三维数值模拟概述

4.1.1温度场建模工具选择

4.1.2 Ansys解析步骤及二次开发方法

4.2现场的工艺参数

4.3材料热物性参数

4.4几何模型及网格划分

4.5现场实测数据的ANSYS模拟

4.5.1温度场分布图

4.5.2温度变化曲线

4.6结果数据分析

4.6.1控制冷却影响因素

4.6.2结果分析对工艺参数的修正探讨

4.7本章小结

第五章 结论

附录 穿水过程ansys仿真的APDL程序

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文