Deform中厚板轧后冷却过程温度场的有限元模拟(2)
3.1 引言 11
3.2 建立有限元模型 11
3.3 数值模拟结果及分析 14
3.3.1 三种冷却条件下的温度场分布情况 14
（1） 空冷 14
（2） 油冷 17
（3） 水冷 19
3.3.2 三种冷却条件下的冷却速率变化规律 21
（1） 空冷 21
（2） 油冷 22
（3） 水冷 23
3.3.3 三种冷却条件下的比较分析 25
3.3.4 实验验证 27
（1） 冷却后钢板表面温度值的验证 28
（2） 较佳冷却条件的验证 30
4 结论 36
致 谢 37
参考文献 38
1 绪论
1.1 中厚板轧后冷却系统组成
中厚板轧后加速冷却设备多数布置在精轧机和热矫直机之间，图1.1为典型的中厚板厂加速冷却设备布置简图。通常的中厚板轧后冷却过程主要包括三个阶段：终轧时刻到水冷之前的空冷阶段、水冷阶段(若间歇喷水时，则为水冷、空冷交替过程)、水冷结束到矫直前的空冷(返红)阶段[1]。
中厚板轧后冷却系统主要包含三部分：加速冷却设备、检测元件以及自动控制系统。图1.2为典型的冷却系统组成概况[2]。
1.2 轧后控制冷却工艺
1.2.1 控制冷却
控制冷却的重要目的之一是在不降低钢板的韧性的前提下通过控制冷却能够进一步提高钢板的强度[3]。它能防止奥氏体晶粒长大，阻止减少网状碳化物的析出量和降低级别，保持其碳化物固溶状态，达到固溶强化的目的，同时减少珠光体球团尺寸，改善珠光体形貌和片层间距，从而改善钢板的性能。以上控冷技术是运用在热轧部分，并配合控制轧制进行[4]。
根据轧制实际情况，采取轧制过程中和轧后控温的方式，实现控冷工艺。通过控制冷却温度和冷却速度，以及整个板面冷却的均匀性，保证钢板的性能和板形[5]。
1.2.2 典型控制冷却设置及方式
控制冷却设备的方式经历了许多发展阶段。控制冷却发展的历史中，主要使用的控制冷却设置有：高压喷嘴冷却，柱状层流冷却，集管层流冷却，水幕层流冷却，水气喷雾冷却(ADCO)，辊式淬火冷却，喷淋冷却，板湍流冷却等等[6]。冷却条件根据冷却介质的不同可分为空冷、水冷和油冷。在同为水的介质条件下，冷却方式又可分为压力喷射冷却、层流冷却、水幕冷却、水-气喷雾冷却、喷淋冷却、板湍流等等。
（1） 压力喷射冷却
压力喷射的优点是连续无间断水流，呈紊流状态喷射到钢板表面，可喷射到合适的部位。但是，它的上下表面冷却温差大；冷却效率不高，耗水量大，且水流飞溅严重；对水质要求较高，喷嘴容易堵塞。一般冷却使用；适用于水气膜较厚的环境。
（2） 集管层流冷却
集管层流冷却是使低水头的水从集水管中通过曲管的作用形成一无旋和无脉动的流股，也就是当喷射的出口速度比较低时形成这种流股。这种流股从外观上看如同透明的棒一样，液体质点间无任何混杂现象。这样的流股在一定的高度范围内降落到钢板表面上会平稳的向四周流去(当钢板不动时)，从而扩大了冷却水同钢板的有效接触，大大提高了冷却效率。
冷却水以较低的压力从管状水嘴自然连续流出，形成平滑的柱状水流，水流落到钢板表面后的一段距离内仍保持平滑层流状态，有效击破水在钢板表面形成的稳定蒸汽膜(即所谓的稳定薄膜沸腾)，可获得较强的冷却能力。集管层流冷却嘴有u形集管和直形集管两种设计，按集管的排布又有高密度管层流和低密度管层流两种方式。但是集管层流冷却方式也存在一个较大的缺点，即管与管之间存在一定的距离，因而流股落在钢板表面上也有间隔，达不到横向均匀的冷却，为了改变这个缺点，就为水幕冷却所代替。虽然层流冷却要求在振动小的环境中工作，但轧制工艺要求强冷时，冷却系统入口应尽可能靠近轧机
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