文档文库
手机版
投诉建议
热门搜索： 心得体会 演讲稿 思想汇报
首页 > y基于ANSYS平台的中厚板控冷过程的横向冷却曲线

y基于ANSYS平台的中厚板控冷过程的横向冷却曲线

发布时间：   来源：文档文库   
小 中 大
字号：
手机查看
维普资讯http://www.cqvip.com
２Ｏ０４年６月　第１２卷第３期　
河南冶金　
Ｊｕｎ．　
Ｖ０１．１２　Ｎｏ．３　
ＨＥＮＡＮ　Ｍ圈　ＵＪｍＧＹ　
基于ＡＮＳＹＳ平台的中厚板控冷过程　
的横向冷却曲线　
崔乃忠　
（北京科技大学）　
摘要
针对中厚板控冷过程中均匀喷水时造成钢板变形的现象，提出了非均匀喷水的补偿方法，利用ＡＮＳＹＳ大型　
有限元分析软件对钢板在多股集管冲击射流作用下的温度场分布进行了数值模拟，得到钢板横向冷却曲线，为控　冷装置上集管的工艺设计提供了理论依据。　关键词　冲击射流
温度场
有限元模拟
Ｃ【瓜Ⅶ
横向冷却曲线　
ｏＦⅧ删
　
田匝ＰＬＡ，ＩＥ　
Ｔ丑Ｅ　ＰＲｏＣＥｓｓ　ｏＦ　
ＴＲＡＮｓｖＥＲｓＥ　ＣＯ０咖　
Ｃ０ＮＴＲＯＩ　Ｉ　ＥＤ　Ｃｏ０Ｌ　ＢＡ　ｏＮ　ＥＬＡＴ　Ｒｏ０ｌＦ　０ｌＦ　ＡＮｓＹｓ　
Ｃｕｉ　Ｎａｉｚｈｏｎｇ　
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ）　
ＡＢＳＴＲＡＣｑ＂Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｔｈａｔ　ｕｎｉｆｏＦｎｌ　ｓｐｒａｙ　ｃｏｏｈｎｇ　ｂｒｉｎｇｓ　ａｂｏｕｔ　ｕｎｅｖｅｎ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗｈｅｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｃｅｏｈｎｇ　
ｎｌ￣ｄｉｕｎｌ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｓ，ｔｅｈｅ　ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｌＴｉ１ｊｅｔ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｔｃｈｎｉｅｑｕｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｄ．Ｂｙ　ｅｉｆｉｔｎｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ￥ｏｆｔｗａ／￣ＡＮＳＹＳ，ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｎｌ　ｓｔｅｌ　ｐｌａｔｅ　ｓｕｂｊｃｔｅ　ｔｏ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｉｍｐｉｎ　ｎｇ　ｊｅｔｓ　ｗａｓ　ｎｍｎｅｒｉｃａｌｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｄ　ａｅｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒｍｍｖｅｒｓｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　
ｃｕｒｖｅ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｅａｄｅｒ　ｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｏｌｉｇ　ｆｎａｃｉｌｉｔｉｅｓ．　
ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ　ｉｍｐｉｎ　ｎｇ　ｊｅｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ呻ｌｓｖｅｒｓｅ　ｃｏｏｌｉｇ　ｃｎｕｒｖｅ　
０前言　
在中厚板轧后冷却过程中进行均匀冷却得到平　直板形的技术，是控冷设备实用化的关键，即对冷却　装置的基本要求是能均匀冷却整个钢板。我们知　道，对钢板冷却均匀程度的控制，其实质是对钢板冷　
却过程中温度分布和冷却速度的控制ｌ＿１ｊ。因此，本　
研究采用有限元分析方法，对钢板在多股集管冲击　
射流作用下的温度场分布进行数值模拟，使得钢板　宽度方向获得均匀冷却，为控冷装置上集管的工艺　
图ｌ　钢板横向水量分布和冷却效果示意图　
对多股集管冲击射流作用下的钢板进行热分　
析，可以得到钢板内部的温度分布。ＡＮＳＹＳ热分析　
设计提供理论依据。　
１钢板温度场有限元模拟的基本原理［２，３，４，５Ｊ　
冷却装置上集管对钢板进行冷却，除了水从喷　嘴直接喷出与热钢板发生对流换热外，还存在钢板　
基于能量守衡定律的热平衡方程，用有限元法计算　
各节点的温度，并导出其他热物理参数。钢板在多　
股冲击射流作用下的冷却过程属于瞬态传热过程。　在这个过程中，系统的温度、热流率、热边界条件及　
系统内能都随时间有明显变化。根据能量守衡定　律，瞬间热平衡可表示为：　
上表面滞留水层横向流动的冷却水的二次冷却。钢　
板上表面沿宽度方向的水流量不同，两侧的水流量　
比中心大。由于流量的不均匀分布，使钢板横向中　部温度高于边部，因而造成宽度方向冷却不均匀。　
此问题可以采用补偿的方法，减少板两侧的喷水量，　增加中心的喷水量。图１为沿宽度方向以同样的水　
［Ｋ］…＋［ｃ］｛　｝－｛ｐ｝　
式中：［Ｋ］——为温度总刚度矩阵；　
｛Ｔ｝——为内部各节点的温度矩阵；　
流密度喷水和非均匀喷水两种情况下的冷却示意　
图。　
［ｃ］——为热容矩阵；　
联系人：崔乃忠，硕士，北京（１０００￣３），北京科技大学机械工程学院；收稿Ｅｌ期：２００幸一５—３１　

维普资讯http://www.cqvip.com
２ｔＥｌ４年第３期　两南冶金　
｛　ｒ／　卜一一为∞点温发变化矩阵；　板边部。　
｛ｐ｝——为总体节点热载荷矩阵。　
在研究钢板温度场时，取钢板纵向（长度方向）　
由图３可以看出，温度从宽度方向的巾心向边　
缘逐渐降低，中心与边部温差达５３．ｆｆ２３￣Ｃ，这正是　射流的滞留水层在钢板上表面横向分布不均造成的　
冷却不均匀。　
中心处的一个截面进行研究。在有限元模拟中提出　以下假设：　
１）二维模型：钢板的长度和宽度远大于其厚度，　
针对这种温度分布不均的现象，本文提出：在进　行冷却设备上集管的工艺设计时，将上集管射流设　计成变直径的（射流横向间距不变），使射流的出口　近似看作一块无限大平板。钢板上下表面受冷却水　冲击，散热主要集中在厚度方向，板内各点温度可看　作厚度的函数。因此将中厚板简化为二维模型，模　
拟其在宽度一厚度平面上的温度场分布。　
２）对称冷却：钢板在冷却过程中，上下表面同时　冷却且上下水量比为一定比值时能使上下表面冷却　
均匀，因此可对钢板进行对称分析，其几何模型如图　
２所示　
图２温度场模拟的几何模型　
定解条件如下：　１）几何条件：　
０≤ｘ≤ｗ／２，
０≤Ｙ≤ｈ／２　
式中：一为钢板宽度；　
ｈ——为钢板厚度。　
２）初始条件：ｔ＝０，Ｔ（ｘ，ｙ）为开冷温度。　
３）边界条件：　
Ａ１　＿ｋ．　Ｉ　ｒｌ＝ａｌ（Ｔｗ—Ｔｆ）　
射流冲击或流水冷却　
Ａ２、Ａ３一ｋ・　Ｉ　ｒ１：０　绝热　
Ａ４　
一ｋ・　Ｉ　ｒ１：ａ４（Ｔｗ—Ｔｆ）　流水冷却　
２结果分析　
图３为１２ｍ　Ｘ　２ｍ　Ｘ　３２ｍｍ的Ｑ３４５Ｂ钢板在某高　
密度管层流控冷装置实际工况下（集管均匀分布且　
喷水量相同），通过ＡＮＳＹＳ软件模拟得到的钢板上　
表面在返红测温点（ｔ＝４５．５ｓ）温度沿板宽方向的分　
布。横坐标上的０表示钢板上表面中心，１表示钢　
７３８．９３０　’—＼
　
７３３　５２５　７２８　３２３　＼
　
７２３．０２１　＼＼　
。　
７ｌ７．７１９　１２－４１　
赡７０７．１１５　
７０１　８１３　６９５．５１１　５９１．２０９　５８５．９０７　
０　０．１　
０．２　０．３　０．４　０．５　
０．６　
０　７　
０　８　０．９　
１　ｘ／ｍ　
图３钢板上表面横向温度分布（ｔ＝４５．５ｓ）　
直径沿钢板宽度方向呈中凸变化，即中间射流的出　口直径较大、边部的较小，从而改善板宽方向的冷却　均匀性，获得平直的板形。表１列出了一些有代表　性的射流横向分布方案。　
表１射流横向分布方案列表
ｍｍ　
射流序号　
方案编号—
—
———
—
　
１　
２　
４　Ｓ　６　７　
Ｒ　Ｏ　１ｎ　１１　１２　１　
１４　
④　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　１４　ｌ４　
②　
１６　１６　１６　１６　１６　１６　１６　１４　１４　１４　１４　１２　１２　１２　
（　
１８　１８　１８　１８　１６　１６　１６　１６　１４　１４　ｌ４　１４　１２　１２　
（　
１８　１８　１８　１８　１８　１８　１８　１６　１６　１６　１６　１２　ｌ２　１２　
⑤　２０　２０　２０　１８　１８　１８　１８　１８　１４　１４　１４　１２　１２　１２　
⑥　２０　２０　２０　２ｏ　２０　１８　１８　１８　１６　１６　１４　１４　１２　１２　
注：表中数据为射流直径，ｌｎｎｌ。　
表２为六种方案经ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对　温度场的模拟，返红（ｔ＝４５．５ｓ）时钢板表面板宽方　向心部和边部的温差结果。　
表２各方案温差结果　
方案编号　
①　
②　
③　
④　
⑤　
⑥　
温差／℃　５３．ｏ　
４７．３　
４２．７　
４０．３　
３７．１　
３４．８　
从上表可以看出，中间射流的出口直径较大、边　
部较小的策略能够改善横向冷却的不均匀性。通过　大量的模拟结果，作者作出了钢板横向冷却曲线，即　板宽方向各集管喷水量的分布曲线（如图４所示）。　不难看出，在钢板中心以大水量射流冲击钢板，靠近　
两端的喷水量以一定的比率逐渐减小，可得到均匀　的温度分布，获得平直的板形。　
、
１００　
丑　■　
笔６０　
喜　
■　
督　
图４横向冷却曲线　
３结论　
１）冷却装置上集管对钢板进行冷却，除了包括　
水从喷嘴直接喷出与热钢板发生对流换热外，还存　在钢板上表面滞留水层横向　
（下转第３８页　）　

维普资讯http://www.cqvip.com
・
３８・　河南冶金　
２Ｏ０４年第３期　
焊作业，既增加了工人的劳动强度，也使热风炉缩短　了工作时间，影响热风温度和热风炉寿命。５号高　炉在投产近三年的时间里，拱顶结构完好，没有发生　
一
表３　５号高炉热风炉改造前后主要经济技术指标　
次因燃烧器外部开焊而引起的补焊作业，提高了　
２）根据热风炉热工理论和生产实践，从热风炉　
热风炉的作业率，安全生产得到了保障，减轻了职工　劳动强度。　
２）大幅度提高风温，节焦降耗增产增效。热风　炉改造后，热风温度大幅度提高，并且带动了高炉各　项经济技术指标的明显改善，特别是提高了产量和　降低了焦比。根据炼铁生产实践，每提高１００￣Ｃ风　温，可提高产量５％，降低焦比２０～３０ｋｇ／ｔ。表３是５　号高炉改造后的２００２年全年和改造前的２０００年全　年的主要经济技术指标对比。　
４结语　
内部结构、耐火材料配置、燃烧器三个方面对ＺＳＤ　
顶燃式热风炉进行了改造；　
３）ＺＳＤ顶燃式热风炉改造以后，取得了保证安　
全生产，大幅度提高风温的效果，也为该型式热风炉　
的进一步推广创造了条件。　５参考文献　
［１］　赵正清等．安钢炼铁厂热风炉改造与使用经验．钢铁研究，　
２００１（４）：５～８．　
［２］周传典等．高炉炼铁生产技术手册．北京：冶金工业出版社，　
２ＯＯ２，３０４．　
１）ＺＳＤ顶燃式热风炉在使用初期为提高风温做　出了贡献，但它的缺陷逐步暴露出来，已不适应进一　步提高风温的要求；　（上接第１４页）　
宽窄而的温度分布情况，　
［３］　成兰伯等．高炉炼铁工艺及计算．北京：冶金工业出版社，　
１９９９，１４２．　
数据转换成如图６所示　器行为的能力，对连铸工艺有更透彻的了解，可以用　
质量。在线可视化使操作人员能够发现临界状态，　始终在最佳条件下连铸。　
基于热电偶所测量的结晶器铜板的温度分布特　征，在实际生产过程中最重要的应用之一就是漏钢　预报技术。通过不断完善逻辑判断和运行操作参　
的彩色云图形式的热映像，能够直观的反映结晶器　来帮助控制连铸机，实现稳定操作，获得更好的铸坯　
数，唐钢薄板坯连铸机的粘结漏钢目前可以完全避　
图６　
长漏斗型结晶器温度数据热映像　
免，裂纹漏钢也可以得到控制。　
４结语　
采用安装在唐钢Ｈ２长漏斗型结晶器铜板上的　
通过铜板中温度分布的热映像，可以了解结晶　
器中真实的热交换，并能实时监测浇铸参数的正确　热电偶进行温度在线检测，研究了温度场的分布和　
对其传热特点进行了分析。通过模型转　组合。监控的内容包括：结晶器宽面和窄面铜板的　变化规律，
温度映像，横纵断面上的温度分布和对称性，保护渣　换显示的结晶器热映像，为进一步分析工艺参数对　对温度的分布和稳定性的影响，瞬时温度行为（温度　温度场的影响，使工艺参数的调整与结晶器传热最　上升、速度变化），连铸薄板坯坯壳的收缩行为。实　佳化提供了依据。　
４参考文献　
时检测各种临界状态，开发连铸工艺（新钢种、保护　［
１］杨晓江．唐钢薄板坯连铸机采用的关键技术．钢铁技术，２ＯＯ２　渣、振动参数）。这样，开放的系统提供了洞察结晶　（上接第２９页）　
流动的冷却水的二次冷却。　
（６）：ｌ６～ｌ９　
版社，１９９５　７６～７７．　
２）中厚板控冷时，减少钢板横向两端的喷水量　
［２］　唐兴伦等．ＡＮＳＹＳ工程应用教程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，　
２００３．１７～５９．　
并增加钢板中心的喷水量，可以补偿钢板沿宽度方　
向的冷却不均匀，从而得到平直的板形。　
［３］　嘉木工作室．ＡＮＳＹＳ　５．７有限元实例分析教程［Ｍ］．北京：机械　
工业出版社，２ＯＯ２．８～３５．　
３）横向冷却曲线的提出对冷却装置上集管的工　
［４］　王峰丽．中厚板控冷过程的数值模拟及控冷模型的研究［Ｄ］．　
北京：北京科技大学，２ＯＯ２．６３～７０．　
艺设计提供了理论依据。　
４参考文献　
『１］　王有铭等．钢材的控制轧制和控制冷却［Ｍ］．北京：冶金工业出　
［５］　吉原直武．厚板在线控冷过程中的翘曲分析［Ｊ］．铁　钢，１９９０，　
７６（６）：８８６～８９３．　

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/fb523a18c5da50e2524d7f0f.html

《y基于ANSYS平台的中厚板控冷过程的横向冷却曲线.doc》
将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印
推荐度：
点击下载文档

文档为doc格式
相
关
案
例

相关推荐

推荐内容

“百万网民学宪法”网上知识竞赛复习资料 新生见面会发言稿范文 建设路小学全国校园足球特色学校申报材料 【11.19】山东教师招聘考试每日一练 英语作文万能模板 高二文综上学期期末考试试题21 新园区集中供热合同(完整版) 广东工业大学研究生普通奖学金评定办法 经典英文笑话 机关部门廉政建设工作计划范文
网站内容来自网络，如有侵权请联系我们，立即删除！ Copyright © 范文写作网京ICP备16605803号