旋转速度对无缝钢管冷却均匀性的影响研究

利用有限元数值计算方法,对无缝钢管控冷设备进行了三维建模及数值模拟,研究了钢管旋转速度对钢管轴向、周向、径向冷却均匀性的影响规律。结果表明,随着钢管转速的增加,无缝钢管内表面轴向各点温度不断下降,转速对外表面轴向各点温度影响较小;内表面周向各点温度波动越来越小,最大温度差逐渐减小,转速对外表面周向各点温度影响较小;径向各点温度有下降的趋势,但影响较小。本研究可为实际钢管控冷工艺中无缝钢管旋转速度提供参考和依据。     

钢管浸淬淬火温度场的均匀性分析

针对目前无缝钢管采用外表面喷射与内表面轴向喷射的浸淬淬火方式,利用ANSYS软件对钢管浸淬温度场进行数值模拟。分析了部分浸入与全浸入淬火冷却各因素对温度场冷却均匀性的影响,这些因素包括喷射速度、钢管的旋转速度及部分浸入浸润角等。结果表明:部分浸入式淬火中,内外表面均不喷水,浸润角为180°~270°时,内外表面冷却较均匀且冷却速度较浸润角为0°~180°时快;外表面不喷射,内表面轴向喷射时,内喷速为3 m/s时,内外表面冷却较均匀;钢管的旋转速度应不低于60r·min-1时,钢管径向冷却均匀性较好。全浸入式淬火中,内喷速度为8 m/s,外喷速度为6 m/s和内喷速度为10 m/s,外喷速度为7 m/s时,内外表面冷却较均匀;钢管的旋转速度越大,内外表面的温度差波动越小,冷却均匀性越好,故钢管旋转速度应不低于60 r·min-1,但考虑到能耗及稳定性问题,钢管旋转速度则应不高于90 r·min-1。     

热轧无缝钢管控制冷却关键技术的开发与工业应用

在线控制冷却技术是热轧无缝钢管领域长期以来的重点攻关方向之一。采用有限元方法和中试试验验证,开发出合理的热轧钢管控制冷却喷环结构。结合产线特点,研制出控制冷却工艺布置和工业化装备。在此基础上,开发了钢管长度方向头端、尾端和内外壁的冷却均匀化控制策略,以及提高换规格时钢管控冷命中率的动态自适应算法,进一步提高了热轧无缝钢管在线冷却过程的控温精度和温度均匀性。工业生产应用表明,上述技术及装备满足了结构管、管线管、套管的在线控温冷却和直接淬火需要,实现了高质化、短流程工业生产,取得良好效果。     

轴向水流喷射速度对钢管内表面冷却均匀性的影响

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对无缝钢管控制冷却过程进行了三维建模和数值模拟,研究了轴向水流喷射速度对无缝钢管内表面轴向和周向冷却均匀性的影响规律.结果表明,随着轴向水流喷射速度的增加,无缝钢管轴向温度逐渐降低,轴向各点温度更趋于均匀且变化规律相同,但周向各点温度均匀性变差.     

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。     

无缝钢管热处理弯曲畸变的控制

Cr-Mn或Cr-Mo-V低合金钢无缝钢管要进行调质处理,但淬火时会产生过大的弯曲畸变。通过严格控制钢管淬火的加热和冷却均匀性,钢管淬火时的转动速度、悬出端长度、冷却水量,采用6斜辊矫直钢管过程中的矫直辊的角度、挠度、压力等工艺参数,以及采用内外表面分步冷却的工艺,可使无缝钢管离端部1.5 m长度的弯曲畸变量减小到2.0 mm以下,全长弯曲畸变量减小到长度的0.06%以下。     

Q345钢生产双相钢无缝钢管的工艺试验及成型性能评价

通过对Q345无缝钢管进行中频感应加热及环形喷水冷却,得到了铁素体+马氏体的双相钢无缝钢管。采用单向拉伸试验测试钢管的力学性能,结合钢管在扫描电镜和透射电镜下的微观组织形貌,分析了临界区不同退火温度对双相钢无缝钢管的组织及性能的影响。采用管端扩口试验方法,对试验钢管的成型性能进行评价。结果表明:Q345无缝钢管通过中频感应加热至临界区退火后,可获得高强度、高成型性能的双相钢无缝钢管,其中750℃退火后,试验钢管的各相分布较为均匀,应力应变曲线呈现连续屈服状态,强塑积可以达到16 510 MPa·%。     

中厚板轧后冷却圆形喷嘴射流冲击行为分析

在中厚板轧后冷却过程中,喷嘴的射流冲击形式和钢板表面积水层深度对冷却能力有着重要影响。本文利用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真,研究了相同口径的圆形喷嘴,在不同倾斜角度、入口速度的条件下,射入不同积水层深度的水流场,分析了水流场中的流速及对钢板表面的冲击压强的变化趋势,得出初始流速、钢板表面积水层深度对射流钢板冷却冲击的影响关系。结果表明：喷嘴倾角越大,初始速度越大,钢板表面的积水层越薄,射流冲击钢板表面的压强值越大,冷却能力越强。     

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。     

轧后钢管冷却过程中厚度方向温度变化规律

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20mm的钢管,当传热系数为2 000 W/(m~2·℃)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/(m~2·℃)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。     

汽车空调出风口气流均匀性对冷却性能的影响

采用计算流体力学(CFD)的方法,研究了汽车空调出风口处气流均匀性对冷却性能的影响及其原因。考虑了太阳辐射和人体散热对流场的影响,模拟了2种流量相同而均匀性不同的冷却气流对车室的降温过程。通过对比2种冷却气流的冷却时间、流场组织和温度分布情况,发现均匀性好的冷却气流对车室的冷却性能更好,而且更有利于改善人体热舒适性。结合淹没紊动射流理论,从流体力学的角度分析讨论了产生这种不同冷却效果的原因。     

制备非晶薄带冷却辊流动换热特性及协同优化

为改善平面流铸冷却辊的换热特性,提高Fe-Si-B非晶薄带的横向厚度均匀性,建立了冷却辊轴向换热通道数值计算模型。在分析现有通道流动换热特性基础上,提出一种球面形换热通道设计方法。基于场协同理论,综合换热与流阻,对所提球面形通道进行优化,并进行实验验证。结果表明:通道内冷却水换热效率沿水流方向逐渐下降,与冷却辊换热主要发生在靠近冷却辊内壁位置,现有冷却辊宽度中部温度远大于两端,轴向温差明显;球面形通道可以加强冷却辊中部换热,降低外壁温度、热变形和轴向变形差,进而改善非晶薄带横向厚度均匀性;随着球面半径的减小,通道中部换热明显增强,但流阻随之急剧增大;综合流阻与换热特性,存在最优通道优化半径。     

板坯连铸结晶器内钢液过热消除过程的数值模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热,分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响.结果表明,凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近,钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近;过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比;吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加;电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度,但对热流密度分布没有明显影响;吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高,冲击区域的热流密度分布没有明显变化.     

热连轧冷却线工艺设计及软件开发

采用水力学模型和卷取温度数学模型分别研究了热连轧轧后冷却线设计中的水量计算和温度计算方法。基于集管上的鹅颈管管径、压力、位置分布等基础设备信息,进行了上下集管和侧喷管的流量计算、热流密度计算和冷却能力计算;基于冷却子区的上下喷射集管布置型式,进行了冷却线的集管数计算;基于产品大纲对冷却线的要求,进行了水量校核和温度模拟计算;基于冷却工艺、流量计算模块和温度计算模块,进行了冷却线工艺设计软件开发。多条冷却线参数的实际比对表明,所开发软件流量计算和温度计算准确,轧后冷却线设计信息可靠。     

拉速对薄板坯连铸过程中流场、温度场及溶质偏析的影响

针对薄板坯连铸过程中的动量传输、热量传输及溶质传输过程，建立了一个三维三场耦合数学模型。模拟计算了薄板坯连铸过程中的紊流速度场、温度场及溶质场分布，计算分析了拉速变化对三场及凝固过程的影响。结果表明，提高拉速显著增强了铸坯内钢液的紊流流动，改变了温度场形状及溶质浓度的分布。提高拉速导致铸坯上表面钢液流速加快，增加了弯月面的波动，使得射流对窄壁的冲击力变大、凝固坯壳变薄，并有减小溶质偏析的趋势。     

厚壁无缝钢管垂直挤压模具及润滑工艺研究

针对厚壁无缝钢管的特点,对热挤压法制造无缝钢管中的垂直挤压工艺进行研究。介绍了厚壁无缝钢管热挤压的工艺流程,并重点分析模具结构和润滑条件热挤压工艺过程中的两大重要因素。最终提出了多角度挤压入模角的模具结构及模具—坯料复合润滑方案,在降低挤压力的同时获得了表面质量较高、综合力学性能较好的厚壁无缝钢管。     

厚板厚向温度分布对热轧过程金属变形的影响

基于温控形变耦合工艺下轧件厚向温度分布的特点,即使轧件厚向芯表温差相等,但厚向温度梯度不同,会对金属变形产生不同的影响。通过数值模拟,研究了厚板厚向温度梯度对轧件内部金属变形的影响。对于芯表温差为300 ℃的温度场,随着冷却强度与水冷时间的不同,沿钢板厚向会形成“近表层大温度梯度区+近芯部等温区”的混合温度场。随着冷却强度的增大,水冷时间的减少,近芯部等温区厚度逐渐增加。经模拟计算,当钢板近芯部等温区厚度增加至1/2板厚时,轧件芯部应变值减少约0.015。结果表明,大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,会弱化轧件厚向变形渗透效果。另外,随着近芯部等温区厚度的增加,头部沿纵向金属变形不均匀性减小,表明大冷却强度、少水冷时间的温控形变耦合工艺,有利于提高轧件头部沿长度方向的金属流动均匀性。     

Electrochemical characterization and computational fluid dynamics simulation of flow-accelerated corrosion of X65 steel in a CO2-saturated oilfield formation water

The flow-accelerated corrosion (FAC) of an X65 pipeline steel was investigated in a CO₂-saturated formation water by electrochemical measurements and computational fluid dynamics (CFD) simulation on micro-electrodes installed on an impingement jet system. The surface morphology of the electrodes after corrosion test was characterized by scanning electron microscopy. Results demonstrated that the role of fluid hydrodynamics in FAC of the steel depends on its effect on the carbonate corrosion scale formed on the electrode surface. An increasing flow velocity and shear stress would thinner, degrade or even remove completely the scale, increasing corrosion of the steel. An oblique impact of fluid would generally result in a high corrosion rate of the steel. The effect of impact angle on corrosion of the steel is attributed to the distribution of fluid flow field and shear stress on the electrode surface. At the normal impact, a low flow velocity and shear stress and thus a low mass transfer rate would be generated at the centric region. Consequently, a compact corrosion scale can be formed on the electrode surface to protect the steel from corrosion. The highest corrosion rate is observed on micro-electrodes that are adjacent to the center, with the highest flow velocity and shear stress. At the oblique impact angles, the fluid flow velocity and shear stress, and the corrosion rate of the micro-electrodes are higher at the side far away from the nozzle than those at the side close to nozzle. The corrosion activity of the steel electrode located at the center of the sample holder generally increases with the decreasing impact angle due to the enhancing shear effect on the corrosion scale.