中厚板轧后先进冷却工艺技术的研究与应用

摘要

在中厚板生产中，控制轧制与控制冷却是提高产品质量性能的重要技术，其中轧后冷却控制技术不仅可以减轻轧制负荷，同时降低了合金元素的添加，节能降耗，大大节约了生产成本。研究表明，合理的装备设计以及数学模型，都有利于改善冷却效果并提高控制精度。本文以十二五国家科技支撑计划“热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术开发与应用”、国家重点基础研究发展计划(973计划)“高性能钢的组织调控理论与技术基础研究”为背景，结合某钢厂3000mm中厚板生产线轧后超快速冷却系统科研项目，深入研究了冷却过程中流体特性、钢板内部温度变化规律以及冷却速率的主要影响因素。主要研究内容和成果如下：
　　(1)基于现场实际超快冷装备的设计形式，模拟了冷却过程中冷却水在近钢板表面的流动状况，着重研究了流体对钢板表面的冲击压力以及流速的变化规律，对完善装备设计具有一定参考价值。
　　(2)基于实际生产，建立了过程控制系统。为了进一步提高温度控制精度，根据现场实际数据，做出该厂条件下的换热系数与水流密度和温度之间的数值关系，拟合求解得到换热系数简化模型的回归式。一定程度上提高了终冷温度的计算精度。
　　(3)基于现场新产品开发过程，制定了各冷却工艺参数。为了解各参数对冷却的影响，模拟研究了不同水流密度、不同辊道速度、不同钢板厚度条件下的冷却过程中钢板厚向的温度场。得出水流密度越大换热能力越强;辊速越慢，温降越大;厚度越大，对钢板表面效果影响不大，但钢板心部的冷却能力大大削弱。
　　(4)基于实际生产，对不同冷却策略下钢板内部的温度变化情况进行了研究。分析比较了水冷集管的不同开启方式对冷却能力、冷速以及对板形的影响，对工业生产实际中冷却工艺的制定具有一定指导意义。
　　(5)将所研究的成果用于实际生产过程控制中。以减量化Q345为例，结果表明了超快速冷却技术的应用，可以在满足性能、保证板形的基础上，大大降低合金元素的添加量，取得良好的经济效益。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外超快速冷却技术的发展

1．2．1 国外超快速冷却(UFC)应用情况

1．2．2 国内超快速冷却(UFC)的应用情况

1．3 轧后冷却控制关键因素及难点

1．4 课题研究内容及目的

第2章 基于超快冷的流体流动特性分析

2．1 流体动力学基本原理

2．2 窄缝倾斜射流冲击式流体分析

2．3 圆形倾斜射流冲击式流体分析

2．4 上表面冷却水区域化流体分析

2．5 厚向冷却效果均匀化流体分析

2．6 本章小结

第3章 轧后先进冷却系统的模型研究

3．1 超快速冷却系统模型结构

3．1．1 预计算模块

3．1．2 在线计算模块

3．1．3 温度场计算模块

3．1．4 后计算模块

3．1．5 自学习计算模块

3．2 传热学基本原理

3．2．1 热传导

3．2．2 热对流

3．2．3 热辐射

3．3 超快冷换热机理

3．4 超快冷温度场模型参数计算

3．4．1 导热系数

3．4．2 换热系数

3．4．3 比热

3．4．4 密度

3．5 有限元差分法计算温度场

3．5．1 一维有限差分

3．5．2 二维有限差分

3．5．3 三维有限差分

3．6 本章小结

第4章 各冷却工艺下厚向温度场的模拟分析

4．1 通过式冷却方式

4．1．1 不同水流密度下厚向温度场分析

4．1．2 不同辊道速度下厚向温度场分析

4．1．3 不同厚度规格下厚向温度场分析

4．1．4 不同冷却策略下厚向温度场分析

4．2 摆动式冷却方式

4．3 往复式冷却方式

4．4 本章小结

第5章 ADCOS-PM在实际生产中的应用

5．1 化学成分

5．2 轧制信息

5．3 超快速冷却规程

5．4 结果验证

5．5 性能和板形

5．6 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢