厚钢板层流冷却过程中断面温度分析

第 34 卷 第 12 期 2012 年 12 月
北
京
科
技
大
学
学
报
Vol． 34 No． 12 Dec． 2012
Journal of University of Science and Technology Beijing
水流量对热轧钢板层流冷却过程对流换热系数的影响
汪贺模 蔡庆伍 余 伟 苏 岚
Effect of water flow rate on the heat transfer coefficient of a hot steel plate during laminar flow cooling
WANG Hemu，CAI Qingwu，YU Wei ，SU Lan
National Engineering Research Center of Advanced Rolling，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083 ，China mail： yuwei@ nercar． ustb． edu． cn Corresponding author，E-
ABSTRACT
Establishing an accuracy relationship between the convective heat transfer coefficient and cooling process is the key to
improve the laminar cooling control model． The convective heat transfer coefficient and corresponding surface temperature were calculated by the finite difference method and the inverse heat conduction method． The effects of cooling water jet flow rate on the heat transfer coefficient and surface temperature was investigated when the cooling water jet flow rate varied from 0. 9 to 2. 1 m3· h － 1 ． It is found that the convective heat transfer coefficient is a nonlinear function of the surface temperature during laminar flow cooling． Within a distance of 70 mm from the stagnation line，the cooling flow rate has no effect on the heat transfer coefficient and surface temperature． But outside 70 mm，the heat transfer coefficient ratio becomes smaller with increasing distance from the stagnation line． It is also shown that relatively good agreement is obtained between the calculated and measured curves． KEY WORDS method hot rolling； steel plates； laminar flow； cooling； heat transfer coefficients； inverse heat conduction； finite difference

非合金钢厚钢板的烧蚀行为分析随着科技的发展和工业的进步，高温环境下材料的耐烧蚀性能成为了工程设计和材料研究的重要方向之一。

特别是在航空航天领域，由于飞行器进入大气层时所受温度和气体速度的极大变化，烧蚀问题对材料的稳定性和安全性提出了严峻的考验。

本文将针对非合金钢厚钢板的烧蚀行为进行分析，以期对该材料的性能优化和材料的选用提供参考。

一、烧蚀行为的基本介绍烧蚀是指材料在高温气体中遭受气体冲刷、氧化和熔融等作用，导致表面材料失去原有形状和质量的一种现象。

在航空航天应用中，高速气流中的热能会给材料表面带来剧烈的热冲击和气体侵蚀，进而引起烧蚀。

非合金钢厚钢板由于其成本相对较低、强度高等优点，广泛应用于航天器进入大气层时的烧蚀防护层。

二、烧蚀行为的影响因素非合金钢厚钢板的烧蚀行为受多个因素的影响，下面将对其中的几个重要因素进行分析。

1. 温度温度是决定烧蚀程度的关键因素之一。

随着温度的升高，非合金钢表面的烧蚀程度将会加剧。

这是因为高温环境下，材料中的金属元素与氧气反应生成金属氧化物，熔点较低的金属氧化物会融化从而形成剥落或流失。

2. 气体速度气体速度对烧蚀行为的影响主要来自于冲蚀作用和气动加热。

高速气流中的冲蚀作用会剥落材料表面的氧化层，进而暴露更深层的材料，从而加剧烧蚀程度。

同时，气动加热也会使材料表面温度升高，进一步加剧烧蚀。

3. 材料成分材料的成分对烧蚀行为有重要影响。

一般而言，非合金钢中的碳含量越高，材料的烧蚀程度就越大。

这是因为高碳含量会导致氧化物形成的温度较高，使烧蚀反应更为剧烈。

三、非合金钢厚钢板的应对措施针对非合金钢厚钢板的烧蚀问题，可以采取一些技术措施来进行应对，从而提高材料的烧蚀抗性。

1. 表面涂层处理在非合金钢厚钢板的表面涂覆一层具有良好耐烧蚀性能的涂层，可以有效降低烧蚀速率。

常用的涂层材料包括陶瓷涂层和金属涂层。

陶瓷涂层具有良好的耐高温和耐蚀性能，可以抵抗热冲击和气体侵蚀。

金属涂层可以提供一定程度的防护，但其耐蚀性能相对较差。

(1. School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083， China； 2. Beijing Key Laboratory of Green Recycling and Extraction of Metal，Beijing 100083，China； 3. State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China； 4. JISCO Carbon Steel and Thin Plate Plant，Jiayuguan 735100，Gansu，China)
形冲击区，直径为 0.030 7 m。为方便加载边界条件，
图 1 上冲击区分布示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the upper impingement region
图 2 rj 和 rp 区域分布示意图 Fig. 2 Schematic diagram of distribution of
喷嘴下方，垂直向下的水柱撞击到带钢表面，流
动方向发生变化，直到与钢板运动的方向相平行（相
向或者相对），此区域称为“冲击区”。冲击区内水流
存在压力梯度，因此也称为“压力梯度区”。在冲击
区的周围存在一个水流速度充分发展的区域，也就
是水流速度平行于钢板运行方向(相对或相向)的区
域，称为“平行流动区”或“非冲击区”。
第 10 期
张 鹏等：热轧带钢层流冷却过程温度场研究

热轧带钢层流冷却的控制层流冷却是控制带钢卷取温度，提高热轧带钢性能的一种重要技术，已经在热轧带钢的生产中得到广泛应用。

热轧带钢冷却技术的发展分为两个方面，一方面是工艺技术的发展，主要体现在各种冷却装置和冷却工艺的进步；另一方面是控制技术的发展，主要体现在控制策略、控制系统的进步。

层流冷却的控制，必须根据生产工艺的要求，采用不同的冷却模式，满足不同产品的要求。

要求系统控制稳定、水耗量低，实现带钢冷却温度高精度控制。

层流冷却系统控制的基本原理主要是根据原始数据输入，计算带钢终轧温度、目标卷取温度，设定带钢冷却所需的空冷段长度和水冷段的长度。

根据实测值调节冷却集管的开闭数量，调节水量和控制冷却温度精度。

其中，通过分析研究，计算层流冷却水量调节与带钢温降是建立带钢冷却系统控制模型的关键环节。

近年来热轧带钢层流冷却系统普遍采用了冷却路径控制，可以实现前部快冷、后部快冷、稀疏冷却、间断式冷却等多种控制冷却模式。

为了加强对带钢相变过程的控制，可以在输出辊道的前部或者后部采用超快速冷却装置。

目前，该项技术已经应用于热轧带钢和中厚板的轧后快速冷却，如：Arcelor/Carlam，NKK/福山，TKS等热连轧机组，对于3~4mm厚度的钢板超快速冷却装置的冷却速度可以达到每秒400℃以上。

比利时科克利尔和日本的NKK通过应用超快速冷却技术，对热轧带钢轧后冷却过程进行精确控制，分别成功开发了700MPa级和800MPa级高强度汽车用热轧带钢，用于制造汽车车轮轮毂。

热轧带钢层流冷却系统有的采用边部遮蔽技术，以实现带钢横向温度分布的高均匀控制，这一技术对于高强钢的横向组织均匀性具有重要的意义。

此外，一种叫做“双调节段的温度前馈控制”的新方式近来引起注意。

以往国内大部分钢铁企业在层流冷却控制上采取的是温度前馈加温度反馈的控制方式。

为了提高控制精度，常规控制系统的设计中引入反馈控制，以弥补前馈控制的不足。

这种反馈补偿，就是在带钢段到达卷取区高温计处时，根据实际落到带钢上的水量来计算温度变化，利用测量的卷取温度和预报的卷取温度的差别确认和修正参数。

高温金属件冷却过程内部温度场的研究2015-5-17金属件冷却过程温度场的分析研究一、研究对象如图一所示，研究对象是直径为d=0.3m 、长l=2m 的竖圆柱形高温金属件，材料为铝合金（92AI-8Mg ），并且忽略圆柱两端的散热。

高温金属件的初始温度（0t ）均匀为450℃，将其放入一大的厂房内进行冷却，已知房间内空气和四周墙壁温度（∞t ）均为30℃不变。

二、对问题的分析1,由于放在一大的厂房内进行冷却，所以辐射传热可以看做是小物体大空间的辐射传热。

Φr=()424111T T A -⨯⨯⨯δε2,由于竖圆柱的高度比半径大得多，所以在轴向上可以几乎没有热量传导，也就是说可以看做沿径向的一维非稳态导热，可以用导热微分方程来分析求解（即解方程），也可以把金属件划分为一个个小部分，建立节点的离散方程来进行数值求解。

3，又因为各点的温度可以近似看为只是时间的函数，所以零维的非稳态导热的集总参数模型在这里也可以进行求解。

三、表面传热系数的计算1.自然对流传热表面传热系数hl 的计算方法 ①计算定性温度m t =2t w ∞+t 查表得定性温度下的λ，υ，Pr ②计算格拉晓夫数Gr空气膨胀系数αv =1/（273+30） 温差Δt=t-t ∞，特征长度l=H=2m, Gr=23v t ναl g ⨯∆⨯⨯③计算努塞尔数NuNu=()nGr Pr c ⨯⨯由计算出的Gr 查表可得c=0.11，n=1/3. ④计算表面传热系数 hl=lNu λ⨯ ()k /2⋅m w2.与壁面辐射传热表面传热系数hr 的计算方法由小表面大空间的原理，先计算辐射传热量Φr ，再根据牛顿冷却公式计算hr hr=()2142411T T T T --⨯⨯δε 1ε=8-1067.5⨯ δ=0.23.总表面传热系数随冷却过程的变化。

∵H=hl+hr经计算得，总传热系数随时间的变化关系如图2所示四、利用集总参数模型对问题的分析求解1.模型的描述研究对象为竖圆柱，用集总参数模型对其进行分析，即把金属件看成是零维的非稳态导热，所以在轴向上没有热量传递，并且在径向上热量传递是对称的，所以模型中各点的温度只是时间的函数，与空间坐标无关。

第40卷 第4期 2005年4月钢铁Iron and SteelVol.40，No.4 April 2005热轧板带钢冷却过程中热力耦合计算及变形分析韩 斌1， 佘广夫2， 焦景民2， 张中平2， 刘相华1， 王国栋1（1.轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学），辽宁沈阳110004；2.攀枝花钢铁（集团）公司热轧厂，四川攀枝花617062）摘 要：采用有限元分析工具ANSYS ，利用不同的表面传热系数，进行了热轧板带钢在常规强制对流层流冷却（冷却速度在30℃/s 左右）以及超快速冷却（UFC ，短时冷却速度可达300℃/s 以上）情况下的热力耦合分析，计算出带钢在不同冷却强度下温度与应力的二维分布，在此基础上进行了残余应力及由此引起变形的理论分析。

通过比较分析的结果，初步得出UFC 的适用范围。

关键词：层流冷却；UFC ；温度场；应力场；有限元；残余应力；变形中图分类号：TG335.11 文献标识码：A 文章编号：0449-749X （2005）04-0039-04Thermo-mechanical Coupling Simulation and DeformationAnalysis for Hot Strip in Cooling ProcessHAN Bin 1， SHE Guang-fu 2， JIAO Jing-min 2， ZHANG Zhong-ping 2，LIU Xiang-hua 1，WANG Guo-dong 1（1.The State Key Laboratory of Rolling and Automation ，Northeastern University ，Shenyang 110004，China ；2.Hot Strip Mill of Panzhihua Iron and Steel Co.，Panzhihua 617062，China ）Abstract ：For two typical cooling process of hot strip ，usual forced convection laminar cooling （cooling rate is about 30℃/s ）and UFC （ultra fast cooling ，cooling rate could be greater than 300℃/s ），the thermo-mechanical coupling field was simulated by ANSYS FEM software with different surface convection coefficient.2-D temperature field and stress field under different cooling rate were calculated ，then the residual stress and deformation caused by residual stress were analyzed theo-retically.By comparing the analytical results of two cooling patterns ，a preliminary applicable condition for UFC was ob-tained.Key words ：laminar cooling ；UFC ；temperature field ；stress field ；FEM ；residual stress ；deformation基金项目：国家自然科学基金资助项目（50104004）作者简介：韩 斌（1970-），男，博士生； E-mail ：hanbinxh@ ； 修订日期：2004-07-22随着生产技术的发展，新产品开发力度不断提高，很多新的高强度级别钢板需要同时具有高强度和良好冷成型性，因此双相或多相的塑性铁素体和贝氏体、马氏体与残余奥氏体的混合显微组织成为追求的目标。

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Simulation and Analysis of Accelerated Controlled Cooling of PlateWang Zhijun1Zhao Gang1Ye Chuanlong1Liu Xiaoping2Cheng Peng2( 1:College of Material Science and Metallurgical Engineering,Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081;2:Wuhan WISDRI Soft Ltd, Wuhan 430225)ABSTRACT: In this paper, finite difference method is adapted to simulate Accelerated Controlled Cooling of plate, and the transient temperature distribution and cooling speed of plate after rolling is obtained. It can be a good guidance for the homogenization of temperature drop speed and to make reasonable controlled cooling process.KEYWORDS:Plate ACC Temperature Prediction Cooling Speed Finite Difference Method1引言利用中厚板轧制后的余热，进行合理的控制冷却工艺（Accelerated Controlled Cooling, 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下提高强度，减少碳当量，提高钢材综合性能。

轧后钢管冷却过程中厚度方向温度变化规律周存龙;张雪成;江连运;刘晓瑾;袁国;王国栋【摘要】采用有限单元法对钢管外壁射流冷却方式下厚度方向温度变化的规律进行了研究.研究结果表明:采用优化控制冷却策略和冷却强度能够实现壁厚20 mm 以下钢管的全面冷却,满足钢管工艺需要;壁厚小于20 mm的钢管,当传热系数为2 000W/(m2·℃)时,采用连续冷却方式内、外表面与厚度中心最大温差小于250℃;当传热系数为3 000 W/(m2·℃)时,与连续冷却方式相比,采用水冷和空冷循环进行的间隔型冷却方式使钢管内、外表面与厚度中心最大温差进一步减小.【期刊名称】《钢管》【年(卷),期】2016(045)004【总页数】6页(P12-17)【关键词】钢管;外壁射流冷却;冷却方式;冷却强度;传热系数;温差【作者】周存龙;张雪成;江连运;刘晓瑾;袁国;王国栋【作者单位】太原科技大学山西省冶金设备设计理论与技术重点实验室,山西太原030024;太原科技大学山西省冶金设备设计理论与技术重点实验室,山西太原030024;太原科技大学山西省冶金设备设计理论与技术重点实验室,山西太原030024;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TG335.71基于以快速冷却为核心的控轧控冷技术在改善钢材性能、提高钢材强度和减量化生产方面的优越性，轧后冷却技术得到了快速发展［1-3］。

控轧控冷在板（带）材生产中得到了广泛的应用。

目前，几乎所有的热轧带钢生产线均配置了轧后冷却系统，部分热连轧线还配置了轧后加强型冷却和超快速冷却系统［4-5］。

轧后冷却系统为高品质钢材的开发及减量化生产提供了重要技术支持［6-7］。

但受钢管结构、生产效率的限制，以快速冷却为核心的控轧控冷技术尚未在钢管生产中得到广泛应用。

由于钢板在冷却过程中是匀速运动的，并且认为 初始温度均匀，因此板长方向上不同位置的冷却规律 是基本相同的，只是尾部温度变化滞后于头部。另 外，在板宽方向上，由于采用了集管喷水强度的强适 应分布，可以认为板宽方向无传热。所以，为了提高
图４钢板表面和内部温度随时间的变化曲线 Ｆｉｇ．４ Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＶＳ ｔｉｍｅ
１ 研究方法与条件
１．１热流方程及其离散化阻７１ 对一微元控制体，其热流方程为：
ｌＤｑ（筹＋Ｉ ｖ㈠肿）＋…‰｝：弓（１）
其中，ＩＤ——密度（ｋｇ／ｍ３）；ｃ，——定压比热（Ｊ／（ｋｇ ·℃））；丁——瞬时温度（ｏＣ）；ｔ——时间（ｓ）；｛￡｝＝
｛丢杀乏）’——梯度算子；｛移｝－｛叱秽，吃｝７——流
表１、表２分别为上、下集管冷却区板面平均热 流密度与射流速度和板面温度的离散函数关系。
万方数据
７４
材料热处理学报
第２５卷
袭１上集管冷却区平均热流密度与射流
速度和板面温度关系表
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ａｖｅｒａｇｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｗｉｔｈ ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ
同同辫向向
Ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ
Ｗ肖肖Ｗ… 肖肖肖肖
图１ 管层流控冷系统示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｌａｍｉｎａｒ ｊｅｔｓ
本文利用流热耦合数值模拟方法，研究了包括射 流冲击区和非冲击区在内的管层流水冷区钢板表面 热流边界条件，建立了钢板瞬态温度场求解的有限元 模型，并进行了数值模拟与分析。
上的温度为已知，表示为：丁ｌ。．＝Ｔ’；第二类是指求
解区域边界上的热流密度｛ｑ｝为已知。表示为：

热轧带钢层流冷 却技术
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目录
• 层流冷却技术概述 • 层流冷却技术的基本原理 • 层流冷却技术的设备与系统 • 层流冷却技术的工艺与控制 • 层流冷却技术的实验研究与案例分析 • 参考文献
01
层流冷却技术概述
定义与特点
层流冷却技术定义
层流冷却是一种热轧带钢冷却技术，通过控制冷却水流量和 喷嘴布置，实现带钢表面和心部的均匀冷却，达到控制钢材 组织和性能的目的。
层流冷却设备的类型与结构
横流式冷却设备
横流式冷却设备是一种常见的层 流冷却设备，其特点是将带钢横 向通过冷却水幕，实现带钢的均
匀冷却。
竖流式冷却设备
竖流式冷却设备是一种将带钢上 下移动通过冷却水幕的设备，其 优点是可以实现带钢的快速冷却
。
复合流式冷却设备
复合流式冷却设备是一种结合横 流和竖流特点的设备，其优点是 可以根据工艺需求实现任意比例 的横竖流组合，达到最佳的冷却
发展趋势二
绿色制造和可持续发展成为主流趋势，层流冷却技术将更 加注重环保和节能减排，减少对环境的影响和资源消耗。
06
参考文献
参考文献
1 2
引用文献1
作者1，出版年份1，标题1，期刊/出版社1，卷 号1，期号1，页码1-1-1-20。
引用文献2
作者2，出版年份2，标题2，期刊/出版社2，卷 号2，期号2，页码2-1-2-30。
层流冷却设备的维护与保养
01
02
03
定期检查
定期对层流冷却设备进行 检查，包括喷嘴、水泵、 过滤器等关键部件，确保 设备正常运行。
清洗保养
定期对喷嘴系统进行清洗 保养，防止喷嘴堵塞或磨 损，保证冷却效果。
更换部件

一块钢板加热后在自然状态下的冷却时间钢板是一种常见的金属材料，在工业生产和日常生活中广泛应用。

当钢板被加热后，其温度会升高，但在不施加任何外力的情况下，钢板会自然冷却直至室温。

本文将探讨钢板加热后在自然状态下的冷却时间，并分析影响冷却时间的因素。

钢板加热后的冷却过程是一个复杂的热学过程，其冷却时间受多种因素的影响。

首先，钢板的厚度是影响冷却时间的重要因素之一。

较厚的钢板由于其热容量较大，散热速度较慢，因此冷却时间会相对较长。

相反，较薄的钢板由于其热容量较小，散热速度较快，冷却时间会相对较短。

钢板的初始温度也会对冷却时间产生影响。

当钢板加热到较高温度后，其与周围环境的温差较大，散热速度会更快，冷却时间相对较短。

而当钢板加热到较低温度后，其与周围环境的温差较小，散热速度会减慢，冷却时间则相对较长。

环境温度也是影响钢板冷却时间的重要因素之一。

在较低的环境温度下，钢板与周围环境的温差较大，散热速度较快，冷却时间相对较短。

而在较高的环境温度下，钢板与周围环境的温差较小，散热速度减慢，冷却时间则相对较长。

钢板的材质也会对冷却时间产生影响。

不同材质的钢板具有不同的热导率和热容量，从而影响其散热速度和冷却时间。

一般来说，导热性能较好的钢板散热速度较快，冷却时间相对较短；而导热性能较差的钢板散热速度较慢，冷却时间则相对较长。

除了上述因素外，钢板表面的散热条件也会对冷却时间产生影响。

如果钢板表面与周围环境接触面积较大，例如表面有较多凹凸不平的纹路或有散热片等结构，将有助于增加钢板的散热面积，加快散热速度，从而缩短冷却时间。

钢板加热后在自然状态下的冷却时间受多种因素的影响，包括钢板的厚度、初始温度、环境温度、材质以及表面散热条件等。

在实际应用中，我们需要根据具体情况来评估和控制钢板的冷却时间，以确保其能够在合理的时间内达到所需的温度。

值得注意的是，在工业生产中，为了加快钢板的冷却速度，人们常常采用一些辅助措施，如水冷、风冷等。

层流冷却工作原理一、流体动力层流冷却涉及到的流体动力主要指冷却液在流道中的流动状态。

在层流冷却系统中，冷却液通常以层流状态流动，即流体在流道中呈现层叠、连续不断的流动状态。

这种流动状态可以减少流体之间的摩擦和热能传递阻力，提高冷却液的流动效率和热交换效率。

二、温度梯度温度梯度是层流冷却工作原理中的重要概念。

温度梯度是指物体在不同部位存在温度差的现象。

在层流冷却中，冷却液与被冷却物体之间存在明显的温度差异，从而形成了温度梯度。

由于温度梯度的存在，热量会从高温区域传递到低温区域，从而实现热量的转移和散发。

三、热传导热传导是层流冷却中的主要传热方式之一。

当两个不同温度的物体接触时，热量会从高温物体传递到低温物体。

在层流冷却中，热量通过被冷却物体的表面传递到冷却液中，再通过冷却液的流动将热量散发到周围环境中。

热传导的效率取决于被冷却物体的导热性能和接触面积。

四、热对流热对流是指流体在温度梯度的作用下产生流动，同时伴随着热量的传递。

在层流冷却中，冷却液在流道中流动时，由于与被冷却物体表面存在温度差异，形成了明显的温度梯度，从而使冷却液产生流动。

同时，热量从被冷却物体表面传递到冷却液中，随着冷却液的流动而散发到周围环境中。

热对流在层流冷却中起着至关重要的作用。

五、热辐射热辐射是指物体通过电磁波的形式向外释放热量。

在层流冷却中，热辐射虽然不是主要的传热方式，但仍然存在一定的影响。

当冷却液与被冷却物体之间的温差较大时，部分热量会通过热辐射的形式传递。

为了提高层流冷却的效果，通常采用特殊的散热结构或添加散热片等方式来增强热辐射的散热效果。

综上所述，层流冷却工作原理涉及流体动力、温度梯度、热传导、热对流和热辐射等多个方面。

在实际应用中，通过合理的设计和优化，可以充分发挥这些传热机制的作用，提高层流冷却系统的效率，满足各种领域的应用需求。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

第17卷第4期2005年8月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.17,No.4　Aug.2005基金项目:国家自然科学基金资助项目(59995440)作者简介:谢海波(19722),男,博士生; E 2m ail :hbxie @ ; 修订日期:2004209207层流冷却过程中带钢温度场数值模拟谢海波,　徐旭东,　刘相华,　王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)摘　要:分析了带钢层流冷却过程中的传热,并利用有限元法对层流冷却过程中带钢温度场进行了模拟计算。

结果表明:随着轧件厚度的减薄,在带钢厚度方向上的温差逐渐减小;冷却速度不同时,带钢表面温度和中心温度的变化趋势以及波动幅度相应发生变化。

在进行模型计算时,应合理考虑带钢厚度及内部热传导的影响。

这对提高数学模型的精度,控制卷取温度,提高产品质量以及指导生产具有重要意义。

关键词:热轧;带钢;层流冷却;温度场;数值模拟中图分类号:T G 335111 文献标识码:A 文章编号:100120963(2005)0420033204Numerical Simulation on H ot Strip T emperature Field inLaminar Cooling ProcessXIE Hai 2bo ,　XU Xu 2dong ,　L IU Xiang 2hua ,　WAN G Guo 2dong(Northeastern University ,Shenyang 110004,China )Abstract :In order to improve the calculating precision of mathematical model ,the heat transfer in laminar cooling process for hot strip mill was analyzed by using finite element to simulate temperatures of strip laminar cooling.The difference in temperature of strip thickness decreases with the decrease of thickness.Surface and center tem 2perature curves of the strip vary under the conditions of different cooling rates.K ey w ords :hot rolling ;strip ;laminar cooling ;temperature field ;numerical simulation 卷取温度对热轧带钢再结晶晶粒的尺寸、析出物数量和形态所产生的影响,将导致金属的微观组织发生变化,所以它是决定成品带钢加工性能、力学性能和物理性能的重要工艺参数之一。

热轧带钢层流冷却技术研究【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。

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。

1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。

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，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。

此外，带钢还受到空气对流换热以及与输出辊道接触产生的热传导散热，这些换热方式对 带钢整体换热影响不大，可将其综合考虑到辐射换热过程中。
（a）上表面
（b）下表面
图 3 钢板冷却过程局部换热方式示意图
Fig.3 The local heat transfer mode description of steel plate during cooling
（3）辐射换热区
根据 Stefan-Boltzmann 定律，不同温度的带钢发射率约在 0.6 到 0.95 之间。辐射换热区的 换热系数较小，一般为 5~30 Wm-2K-1 之间[7]。
3 模拟结果及分析
（1）温度场模拟结果
图 4 为规格为 2.4m×0.02m×15m 的 Q235B 钢板，集管水量为 100(大)/80(小)m3/h，上下集 管水量比 2.65(大)/2.15(小)，集管开启数为 2(大)/ 7(小)组，边部遮蔽量在 55mm 左右，钢板运行 速度为 1m/s 的工况下，钢板刚出水冷区时即冷却时间 t=20s 后的温度分布情况。可以看出在采 用边部遮蔽后，宽向温度基本均匀，边部温度过低现象得到改善。图 5 为 t=20s 时计算值和实 测值[3]的比较，可以看出实测温度和计算值相差为 20℃左右，两者吻合较好。
⎧ ∂σ
⎨ ⎩
∂σ
⎫Τ ⎬
d
{σ
}
=
⎭
H ′dε
p
+
∂H ′ ∂T
dT
（2）
设温度增量为 dT，则全应变增量可分解为
d{ε} = d{ε e}+ d{ε p}+ d{εT }+ d{ε0}
（3）
{ } 式中， d{ε e}为弹性应变， d ε p 为塑性应变， d{εT }为温度应变， d{ε0}为考虑温度对弹

工程机械用厚钢板的低温开裂及其防治方法工程机械在寒冷的气候条件下使用时，容易出现厚钢板的低温开裂问题。

低温开裂会极大地影响工程机械的安全性和可靠性，因此采取适当的防治方法对于保障机械的正常运行至关重要。

低温开裂是由于厚钢板在低温环境下受到冷却导致的，主要有以下两种类型:1. 冷裂：由于厚钢板在冷却过程中受到的内应力超过其抗拉强度而导致开裂。

2. 热裂：由于厚钢板在焊接后，冷却过程中受到的残余应力超过了其抗拉强度而导致开裂。

为了解决这些问题，采取以下防治方法是必要的：1. 材料选择：选择适合低温工作环境的材料是防治低温开裂的基础。

优质的低温使用钢材，具有较高的强度和韧性，能够有效抵抗低温下的开裂问题。

2. 预热：在焊接之前对厚钢板进行预热是防治低温开裂的重要步骤。

预热可以有效减小焊接区域的温度梯度，减少残余应力的产生，并提高焊接接头的韧性。

3. 焊接参数控制：在焊接过程中，控制好焊接电流、焊接速度和焊接温度是防治低温开裂的关键。

适当降低焊接电流和焊接速度，并增加焊接工艺中的中间热处理步骤，有助于减少焊接区域的应力集中和热裂的风险。

4. 后热处理：焊接完成后，进行适当的后热处理也是防止低温开裂的重要方法。

后热处理可以通过提高焊接接头的强度和韧性，减少低温下的应力集中，并提高厚钢板的抗低温开裂能力。

5. 现场保护：在使用过程中，及时清除机械表面的积雪和冰冻物，防止雪冰对机械造成的冷冻损伤。

另外，可以采用加热保温措施，提高机械在低温环境下的工作效率和可靠性。

综上所述，针对工程机械用厚钢板的低温开裂问题，从材料选择、预热、焊接参数控制、后热处理和现场保护等方面进行综合防治是非常重要的。

通过科学的工艺措施和现场保护措施，可以提高厚钢板的抗低温开裂能力，确保工程机械在寒冷环境下安全可靠地运行。