中厚板控冷工艺仿真与分析

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1、中国冶金装备网—中国冶金人的网站中厚板控冷工艺仿真与分析王志军1①赵刚1叶传龙1刘校平2程蓬2摘要本文通过有限差分法对中厚板轧后控制冷却温度场进行模拟，得到钢板在整个控冷阶段的瞬态温度分布和温降速度分布，为均匀化冷却速度，制定合理控冷工艺提供实践指导。关键词中厚板控制冷却温度预报冷却速度有限差分SimulationandAnalysisofAcceleratedControlledCoolingofPlateWangZhijun1ZhaoGang1YeChuanlong1LiuXiaoping2ChengPeng2(1:CollegeofMaterialS

2、cienceandMetallurgicalEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081;2:WuhanWISDRISoftLtd,Wuhan430225)ABSTRACT:Inthispaper,finitedifferencemethodisadaptedtosimulateAcceleratedControlledCoolingofplate,andthetransienttemperaturedistributionandcoolingspeedofplateafterr

3、ollingisobtained.Itcanbeagoodguidanceforthehomogenizationoftemperaturedropspeedandtomakereasonablecontrolledcoolingprocess.KEYWORDS:PlateACCTemperaturePredictionCoolingSpeedFiniteDifferenceMethod1引言利用中厚板轧制后的余热，进行合理的控制冷却工艺（AcceleratedControlledCooling,ACC），通过控制相变和碳化物析出，能保证其它基本性能的条件

4、下提高强度，减少碳当量，提高钢材综合性能。同时也能省去轧后热处理工序，大大降低生产成本[1-2]。中厚板控冷过程温度计算是一个复杂的过程，温度变化会导致组织转变，而不同的冷却速度会得到不同的组织结构，同时相变会产生相变热，又会引起温度变化[3-5]。实际控冷过程中钢板的各点冷却速度并不是相同的，为此钢板中会产生内应力，对钢板性能造成不利的影响。本文通过仿真分析，提出了一种优化传统开启水量模型的方案。2轧后控冷工艺及设备①作者简介：王志军，男，1985年出生，武汉科技大学在读硕士研究生，研究方向：控轧控冷工艺研究及计算机模拟某中厚板厂控冷线的布置如图1所示：

5、中国冶金装备网—中国冶金人的网站图1控冷线主要设备及检测仪表布置H：热金属探测器P高温计TG测厚仪该厂的控制冷却设备采用U型管层流冷却形式，其中上集管15组，下集管30组，（一组上集管对应两组下集管），上下各有15个控制阀。上部集管间距1.6m，水冷区共长24m。每组上集管最大水流量为120m³/h，每组下集管最大水流量为330m³/h，瞬时最大水量为7000m³/h。钢板通过水冷区的速度为0.2-2.5m/s，上下水比分配为1：1-1：3.冷却速度在5-25℃/s之间（视板厚而定）。控制冷却的任务是对开始与终止冷却温度，冷却速度，冷却模式等冷却参数的控制

6、与优化，从而对钢的相变过程进行控制，达到最终需要的组织和性能的目的[6]。钢板冷却速度决定了钢板所得到的组织，钢板中各点的冷却速度不同，不仅会导致钢板各点的组织性能不均匀，还可能导致潜在的板形不良[7]。本文通过现场实测与仿真研究相结合的方法优化集管水量开启方式，来优化钢板各点的冷却速度，为现场提供理论指导。1控制冷却温度模型的建立中厚板控制冷却过程中，钢板主要冷却方式有钢板与冷却水的传热，钢板的热辐射，钢板与轧辊间热传导，钢板相变热等。在计算中，一般只考虑前两种，把钢板与轧辊的热传导计入辐射系数中，钢板相变热计入热物性参数里，其它因素则通过自学习来修正。

7、根据中厚板尺寸特点，长度远大于宽度和厚度，于是可以忽略长度方向热传导。为了避免钢板因为上下表面冷却不均而发生瓢曲，上下喷水的水比为1:1-1:3的范围内，使得上下冷却效果相同。在宽度方向，管层流的流量是均匀的，两个边部与空气的换热也是同步的，这样，钢板的温度场对于钢板截面中心点对称。计算时，采用二维温度场，可以只取1/4截面为研究对象，从而简化了计算。二维导热微分方程基本形式如式1：（1）式中：α=λ/(ρ·Cp)，α为热扩散率(m2·s-1)，λ为导热系数(W·m-1·K-1)，ρ为密度(kg·m-3)，Cp为比热(J·kg-1·K-1)，T为温度(℃)

8、，t为时间(s)。根据产品的种类，选择适当的物性参数，能够提高温度