铸轧薄带气雾冷却用喷嘴的换热特性实验研究

铸轧薄带冷却采用气雾多喷嘴具有冷却时间短,冷却均匀等特点。通过实验研究了双喷嘴气雾冷却的换热特性。研究的因素包括水压、气压、喷嘴间距及高度、钢板温度等。结果表明,气压越大,钢板的表面传热系数越大,表面传热系数的增量在1000~1200 W/(m~2·℃·bar);水压越大,钢板的表面传热系数同样变大,表面传热系数增量在400W/(m~2·℃·bar);喷嘴间距越大、喷嘴高度越大,钢板的表面传热系数越小,喷嘴间距增大时,表面传热系数增量为-10W/(m~2·℃·mm),喷嘴高度增大时,表面传热系数增量在-4~-6 W/(m~2·℃·mm)。钢板温度每升高1℃,表面传热系数增量为-2~-4 W/(m~2·℃~2)。可以得出:气压对表面传热系数的影响最显著,水压以及喷嘴间距、高度次之,钢板温度对传热系数的影响最小。     

腹板换热系数对H型钢冷却后变形的影响

针对H型钢易出现上下翼缘内并外扩变形及腹板波浪、裂纹等缺陷的问题,通过H型钢的冷却实验和有限元模拟计算,分析了H型钢冷却后的表面温度场和不均匀变形的规律,研究了上下腹板部位的换热系数对温度场、等效应力场以及变形情况的影响,结果表明冷却后H型钢上下翼缘出现了“内并外扩”现象。运用ABAQUS有限元分析软件建立了二维H型钢冷却模型,通过实验获得了H型钢表面换热系数,并以此作为模拟的边界条件进行有限元模拟分析,得到了H型钢表面温度场;有限元模拟结果同样出现了H型钢上下翼缘“内并外扩”现象,与实验结果相吻合;改变上下腹板部位的换热系数进行有限元模拟,得到了腹板处换热系数对H型钢变形的影响规律,为控制H型钢冷却变形提供了理论基础。     

超快冷水量比对带钢表面换热的影响规律

在热轧带钢进行超快速冷却过程中由于上下喷嘴距钢板表面的不同高度及重力的影响,带钢上下表面流场分布规律有所不同,进而影响带钢上下表面冷却的均匀性。采用理论分析与数值计算相结合的方法,并通过Fluent软件得到了不同冷却工艺制度下带钢上下表面换热系数的分布和变化规律;通过对实验数据的分析,采用最小二乘法得到了不同射流速度下最优水比的计算公式。结果表明,水量比变化对带钢上下表面换热系数会产生明显的影响,且随射流速度增大,带钢上下表面换热均匀时的水比也随之变大;当上下水量相同时,在射流速度为5~12.5 m/s范围时,随射流速度增大,带钢上下表面的平均换热系数的差值不断减小,当射流速度大于12.5 m/s时其差值基本保持不变。     

高效全钢种小方坯连铸机二冷设计准则探讨

对于高效全钢种小方坯连铸机的实现,二冷设备和工艺至关重要。在实践和模型计算基础上,对二冷设备设计的各个方面给出了指导性建议,包括冶金长度、足辊个数、二冷区总长以及二冷形式等。并提出采用相对柔和且均匀的冷却是高效二冷工艺制定的核心思路,有针对性地给出了150 mm×150 mm小方坯,拉速大于3.0 m/min后,采用全水喷嘴,不同钢种比水量范围为1.0~1.7 L/kg;除足辊外采用气雾喷嘴,不同钢种比水量为0.7~1.2 L/kg。     

H型钢轧后冷却对热应力的影响

轧后H型钢控制冷却能够改善钢材的组织状态,提高强度,改善钢材的综合力学性能和使用性能。根据实际生产,采用合理的热边界条件,建立了H型钢控制冷却的三维有限元模型。设计了四种控制冷却方案,采用喷雾冷却方式进行冷却。利用有限元软件ANSYS/Multiphysics对H型钢在冷却时的瞬态温度场和应力场进行了数值模拟。通过分析温度场与应力场之间的关系,得出H型钢轧后冷却过程中的断面温差是产生残余热应力的主要原因。     

H型钢控制冷却工艺开发与应用研究

利用Marc有限元软件模拟了H型钢在喷射冷却条件下的温度场变化,找出了典型规格的H型钢在喷射冷却条件下的最佳水流密度分布;并据此开发了H型钢在线控制冷却装置一喷射冷却装置,成功应用于马鞍山钢铁公司小H型钢生产线;在线进行型钢控制冷却试验研究.结果表明,通过强化冷却及随后的自回火工艺,可以有效细化组织晶粒,并在H型钢表面获得一定数量的贝氏体,明显提高了H型钢的综合性能.     

基于H13钢水淬在线监测的热处理数值模拟优化

为准确预测厚度较厚的H13钢热处理过程中的温度场和淬火残余应力,对规格为φ300 mm×350mm的H13钢工件进行淬火实时温度监测,分别设置了位于芯部、亚表面(离外表面10 mm)、1/3R(离圆心50 mm)和2/3R(离圆心100 mm)处的监测点。考虑钢/水对流换热系数受沸腾条件和热辐射的影响,对对流换热系数h进行了优化。结果表明各个温度监测点的试验结果与计算结果相符,证明经过优化后的对流换热系数可应用于大截面尺寸工件温度场的预测。模拟工件淬火后的应力场并结合显微组织观察发现,淬火在750 s前后出现芯部、表面最大的拉压峰值应力差,证明大尺寸工件淬火存在淬火危险期。     

逆向法确定铝合金连铸喷水冷却的换热系数

确定适当的冷却制度，尤其是对水冷换热系数的研究，对于提高连铸坯质量意义重大，为此，建立了铝合金连铸过程中喷水冷却换热系数的二维计算模型，采用试验测试铸坯冷却过程温度场和计算机模拟相结合的方法，可以比较准确地计算出冷却水的换热系数hα。结果表明，换热系数随着喷水量的增加而增大；随表面温度的升高呈先增后减的趋势。铸坯表面温度为50～550℃、喷水量为2．0～3．8m^3／h条件下，冷却水的换热系数hα=0．52（3759．61＋24．39T-0．059T^2）W^0.94。     

基于三维热力耦合模型研究不等厚型材在淬火过程中的非均匀冷却行为（英文）

采用反向热传导算法并结合一维末端水淬试验求解热型材与冷却水的界面换热系数。以确定的换热系数作为热边界条件,基于Deform-3D仿真平台建立不等厚壁挤压铝型材在线水淬过程的三维热力耦合模型。系统研究型材水淬过程中的温度场、残余应力场和截面畸变。研究结果表明:随着冷却水流量的增加,界面换热系数增大;高冷却水流量的峰值换热系数出现在低的界面温度;型材淬火过程中横截面上的温度分布严重不均匀,淬火时间为3.49 s时最大温差为300°C;通过型材横截面不同壁厚部位的温差先急剧增大到峰值,然后逐渐减小;随型材各部位壁厚的增加,温度梯度明显增大;淬火完成后在型材接头内侧和壁厚为10 mm部位的两端存在较大的残余应力;非均匀冷却条件下,型材淬火过程中横截面呈现扭曲型畸变,最大扭曲角为2.78°。     

20Cr2Ni4A钢齿圈压力淬火过程的温度场模拟

基于20Cr2Ni4A钢齿圈在不同流量下进行压力淬火过程中冷却曲线的试验测定和对应换热系数的计算，开展有限元数值模拟，得到不同流量组合对齿圈压力淬火冷却过程温度场分布的影响规律。结果表明，189～1136 L/min流量对应的换热系数均呈现随温度下降先增大后减小的变化趋势，且随着流量的增大，换热系数的最大值随之增大。4组具有代表性的流量组合中，采用慢-快-快的流量组合能更好地减小齿圈内外温差。对比测温结果发现，模拟结果与试验数据吻合良好，建立的压力淬火温度场模型可靠，可为压淬工艺的优化提供理论指导。     

单排喷嘴喷射淬火过程的温度场模拟分析

辊底淬火技术已普遍应用于高强高韧铝合金的生产,其射流冲击的换热过程极为复杂,这使得厚板表面冷却换热极不均匀。本文建立单排喷嘴同时喷射淬火下的有限元模型,基于ABAQUS软件模拟了厚板单面喷射淬火的温度场分布。模拟结果表明:温度场在同一厚度层上分布是不均匀的,淬火180 s后沿轧向表面温度分布的不均匀性比心部的大;试样心部与表面模拟与实测的冷却曲线吻合较好,进一步验证了模型的准确性;沿厚度方向的表面温度梯度在极短时间内出现峰值,淬火后期再次出现二次小峰值,驻点区表面温度梯度峰值比紊流区的大,心部处两者差别很小。     

真空油淬过程中换热系数的测算

为了获取不同真空油淬工艺条件下的换热系数,对真空油淬换热特性进行研究.采用φ40 mm×80 mm不锈钢探头在双室真空油淬炉内进行真空淬火试验,测得多种工艺条件下的冷却曲线.借助INTEMP有限元软件求解热流密度,根据牛顿换热定律计算出换热系数.然后,将其作为边界条件求解淬火过程温度场,可以得到与实测值吻合较好的冷却曲线,验证了换热系数的准确性.最后,比较了不同工艺条件下的换热系数.结果 表明:油温升高会使得高温段冷却强度提升,低温段冷却强度略有降低;油面压力的升高会提高淬火油特性温度,显著提升核沸腾阶段的冷却强度;增大搅拌频率对膜沸腾阶段基本无影响,但是可以增强核沸腾和对流换热阶段冷却能力.     

圆形喷嘴射流对钢板冷却的数值模拟

利用有限元数值模拟软件fluent,采用不可压缩流体流动的基本原理和流热固耦合有限元方法,对钢板控冷设备中常用的圆形喷嘴柱状流冲击换热进行模拟,得到在不同参数与边界条件下柱状流的换热特性以及喷嘴出口速度、出口直径、水温等参数对换热系数的影响,为钢板冷却过程温度场和应力场的模拟提供了较为准确的边界条件.     

大型轴类零件喷水冷却过程流动与换热分析

依据喷水冷却装置的结构建立数学模型,对冷却装置的水流场和温度场进行了数值模拟;研究了大型轴类件喷水淬火过程中水流的冲击距离和喷嘴内径对工件表面换热系数的影响,获得了一些关键的特性参数。     

H型钢控冷过程温度场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件,对H型钢冷却过程进行了有限元模拟,分析了3种冷却方案下H型钢温度场的分布及其变化规律,其中最优方案的数值模拟结果与试验数据吻合较好。分析结果对于掌握H型钢的冷却规律、开发控制冷却技术具有实际指导意义。     

连续退火炉冷却气体流场和传热特性的数值模拟

利用数值模拟软件ANSYS-CFX对带钢连续退火炉不同冷却气体的流速、不同喷嘴的倾角、间距及个数情况下冷却气体的流场和传热特性进行模拟,模型建立和网格的划分采用ICEM-CFD,以常温下空气为工作介质,计算结果表明喷嘴的最佳结构为入射角30°,间距为6 mm.同时为使试样宽度方向的冷却均匀,采用间距为130 mm的两对喷嘴,由于上喷流的形成,采用两对喷嘴的换热系数分布更均匀.计算结果为喷嘴的设计提供理论指导.     

基于反热传导法的镁合金半连铸一冷区换热系数研究

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结果表明,随着冷却水量的增加,界面换热系数峰值与冷却水量呈正相关,冷却水量由20 L/min提高到60 L/min时,换热系数峰值从1 425.8 W/(m²·K)增加到2 727.5 W/(m²·K),且高冷却水量的换热系数峰值出现在低的温度;随着冷却水量的增加,从铸坯边部到中心的凝固组织均匀性明显提高。     

二次冷却和结晶器电磁搅拌对SWRH82B碳偏析的影响

研究了二冷汽雾冷却和全水冷却条件下拉速、比水量和结晶器电磁搅拌对SWRH82B碳偏析指数的影响。结果表明：二冷汽雾冷却条件下,比水量为1.16和1.25 L/kg时,拉速1.7 m/min与末端电磁搅拌位置最匹配,且随比水量由0.94增大到1.25 L/kg,碳偏析指数由1.17降低到1.10,提高结晶器电磁搅拌电流由250 A到350 A,碳偏析指数改善不明显;对二冷由汽雾冷却向全水冷却实施改造,得出比水量为1.6 L/kg,拉速为1.7 m/min,结晶器电磁搅拌350 A/3Hz为最佳参数,铸坯中心碳偏析平均指数达到最小值1.05。     

超宽狭缝式喷嘴流场数值模拟和射流速度凸度控制

为了开发具有高强度冷却能力且冷却介质流量分布合理的淬火系统超宽狭缝式喷嘴结构,采用有限元法对狭缝式喷嘴射流速度分布进行了数值模拟.结果表明,喷嘴进水方式对出口射流速度分布规律影响较大,通过比较端部进水方式及不同进水口数量的中部进水方式,得出中部进水方式且进水口数量大于4个时,射流速度均匀性最好.保证喷嘴其他结构参数及工艺参数不变,通过改变沿喷嘴长度方向阻尼装置均流孔直径的递减比例系数,来实现出口射流速度的凸度控制,效果明显.随着直径比例系数增大,比例凸度值成线性递增变化.射流速度比例凸度模型可以实现水量的精确凸度控制,为优化设计基于淬火工艺需求的流量分布合理的超宽狭缝喷嘴结构提供指导.     

空气射流冷却条件下BNbRE钢轨温度场分布

采用Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型对BNbRE钢轨在空气射流冷却过程的流场和温度场进行了有限元模拟,讨论了不同冷却风速（100、200 m/s）下钢轨二维模型的温度场及传热特性变化规律。结果表明：随着风速提高,钢轨表面传热系数增大,换热效果增强;对于风速为100 m/s的情况,当冷却时间达到80 s时,上部射流与壁面冲击后产生的贴壁气流分散到两侧,会影响下部射流方向;当风速为200 m/s,冷却时间为40 s时,贴壁气流已明显影响了两侧下部射流;将风速从100 m/s提高到200 m/s后,钢轨的冷却速率明显加快,表面终冷温度从543 ℃降至358 ℃,平均冷却速率也由2.55 ℃/s增加至4.42 ℃/s,这对于满足钢轨淬火冷却工艺的要求,从而控制最终组织具有重要理论指导意义。