热轧带钢层流冷却过程的温度预测模型

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热轧带钢层流冷却过程的温度预测模型

作者：杨彦广 王俊

来源：《中国科技博览》2013年第13期

[摘要]通过焓法模型和相变热力学和相变动力学模型来研究分析热轧带钢在层流冷却过程中的能量变化，利用层流冷却过程中带钢的温度场和热焓场的计算结果来预测带钢冷却后的温度，并验证热轧带钢层流冷却过程并非带钢温度下降的过程，而是带钢能量传递给了周围的环境。

[关键词]热轧带钢 层流冷却 温度 相变

中图分类号：TG335.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0275-01 引言

近年来随着经济社会的飞速发展，热轧带钢的需求量与日俱增，它被广泛应用于汽车、电机、化工、机械制造、建筑、造船等部门的重要的工业原料。[1]随着需求量的增长，对热轧带钢的质量也提出了更高的要求。由于冷却温度对热轧带钢的质量性能起到极其关键的作用，所以，需对温度范围进行精准的掌握。热轧带钢的层流冷却是使低水头的水从水箱或集水管中通过U型弯曲管的作用形成一无旋和无脉动的流股，这样的层流态的水从一定高度降落到钢板表面会平稳地向四周流去，从而扩大了冷却水同板材的有效接触，大大提高了冷却效率。热轧带钢经过层流冷却，当温度低于Ar3时，带钢中奥氏体将会转变为自由能更低的相，如铁素体、珠光体等。基于此，笔者认为热轧带钢层流冷却过程可以理解为存在相变的传热过程。存在相变的传热问题可以采用固定区域法来研究， 但考虑到相变的角度，本文应用焓法模型，来求解热轧带钢层流冷却过程中的温度场。 一、温度场模型的建立

热轧带钢在层流冷却过程中，因带钢能量流入周围环境而使得带钢能量不断减少。但由于层流冷却过程是存在相变的传热过程，相变具有一定的潜热作用，这种潜热功能会使带钢的温度出现上升的现象，这势必导致不同的能量状态却对应相同的温度。因此对于目前仅能测得卷取温度的层流控制系统来说，就无法确定这个温度下带钢对应的物理状态，也就无法精确做出阀门开闭的指令。[2]鉴于此，我们必须通过能量方程计算出带钢的能量，通过能量状态来实现对带钢的高精准温度控制。于是，我们引入显热容量和潜热之和的热焓，将其作为待求函数引入到能量方程之中：（KT）=ρ*φH/φ[3]，根据热力学理论，将定压热容、相变潜热L引入到能量方程之中，则热焓和温度将共同作为焓法模型的函数，能够通过求解得出带钢的温度场和热焓场分布。这种模型将相变的因素考虑其中，较之经典模型而言物理意义更加明显。为求解能量方程，应将带钢精轧出口的温度分布、带钢和冷却水的对流换热方程和带钢对环境的热辐射方程分别作为初始条件和边界条件。