加速冷卻系統(tǒng)(ACC)水流量模型的設(shè)計(jì)與計(jì)算
[摘要]本文伸縮介紹了控制冷卻工藝的特點(diǎn)及性能分析。著重分析了水流量模型的設(shè)計(jì)思路及方法,并給出了具體的計(jì)算實(shí)現(xiàn)。
[關(guān)鍵詞]ACC 流量 流動(dòng)速率 流量密度
前言
控制冷卻是中厚板軋機(jī)提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)高附加值產(chǎn)品的重要手段。控軋與控冷工藝是一項(xiàng)節(jié)約合金、簡(jiǎn)化工序、節(jié)約能耗的先進(jìn)軋鋼技術(shù)??刂评鋮s是指控制軋后鋼材的冷卻速度以達(dá)到改善鋼材組織和性能的目的。軋后快速冷卻可使厚板強(qiáng)度提高而不減弱韌性,并因含碳量或合金元素的減少而改善鋼的塑性和焊接性能。所謂加速冷卻(Accelerate Cooling Control, ACC),是將熱軋后的厚鋼板立即進(jìn)行水冷,通過控制相變組織來提高機(jī)械性能的技術(shù)控制冷卻方法?,F(xiàn)今的加速冷卻已成為船板、管板和其它低合金高強(qiáng)度鋼、低脆變溫度和良好的焊接性能鋼板現(xiàn)代化大生產(chǎn)所必需的加工工藝。
1、影響水流量模型的主要因素分析
一般而言,鋼板溫度分布的不均勻,極易導(dǎo)致鋼板的不均勻冷卻。板溫的分布不均有如下諸多情況:
(1)鋼板的頭尾溫度要比板身溫度低,鋼板的邊部溫度要低于中部;
(2)加熱造成的溫度分布不均和水印溫度差;
(3)軋制過程中軋輥冷卻水和除鱗水也可能造成鋼板溫度分布不均;
(4) 加熱時(shí)上下供熱不匹配和上下除鱗水不匹配,造成鋼板上下表面溫度的不對(duì)稱。
對(duì)于板形而言,無論采用什么樣的厚度和板形控制技術(shù),所軋制產(chǎn)品總是要存在同板差和板凸度的。同板差的存在要引起板長(zhǎng)方向和板厚方向的不均勻冷卻;板凸度的存在要引起板寬方同和板厚方向的不均勻冷卻。如果鋼板存在著浪形和翹曲,那將會(huì)嚴(yán)重地破壞鋼板的均勻冷卻,因?yàn)殇摪宓牟黄奖厝粫?huì)引起冷卻水的分布不均勻。如果鋼板表面存在氧化鐵皮,由于其與鋼的導(dǎo)熱系數(shù)不同,將降低水的冷卻效果;氧化鐵皮的不均勻分布,會(huì)導(dǎo)致鋼板不均勻冷卻。一般來說,鋼板邊部存在有壓應(yīng)力,再加上冷卻不均勻引起的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,就會(huì)誘發(fā)鋼板變形。
2、ACC水流量模型的建立
本模型采用設(shè)置冷卻控制點(diǎn)的方法來全線跟蹤運(yùn)輸輥道上的需冷卻的鋼板的頭尾。當(dāng)鋼板的頭部從軋機(jī)出口出來,通過運(yùn)輸輥道運(yùn)送到冷卻系統(tǒng)箱體內(nèi)的時(shí)間由鋼板頭部由一個(gè)參考位置點(diǎn)到達(dá)下一個(gè)參考位置點(diǎn)的速度來決定。對(duì)大多數(shù)的冷卻鋼板來講這個(gè)時(shí)間是由速度模型控制的。
(1) 無冷卻:鋼板無需水冷
(2) ACC模式:快速冷卻
(3) ACC&DQ模式:快速冷卻和淬火
(4)擺動(dòng)冷卻:鋼板在冷卻箱體內(nèi)的輥道上游動(dòng)冷卻
圖1:水流量冷卻模型
⑴水流量的計(jì)算
首先要設(shè)置鋼板冷卻的水流量流動(dòng)速率,這需要給出期望的冷卻速度和最終溫度來決定使用相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。要完成這些還需要考慮在這個(gè)水流動(dòng)速率下的熱量損失。這是個(gè)復(fù)雜的任務(wù),根據(jù)試驗(yàn)室數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)熱鋼板的上表面層水流冷卻帶來的熱損失率由以下四個(gè)因素決定:
鋼板的表面溫度、水流的流動(dòng)速率、 冷卻水的溫度、 鋼板上表面距冷卻噴嘴的距離
⑵鋼板表面溫度熱交換系統(tǒng)的變化
鋼板表面的熱交換系數(shù)變化如表1所示。這是在固定的水流速率、冷卻水溫度以及噴嘴高度下的測(cè)量結(jié)果。這個(gè)結(jié)果表明熱交換系數(shù)十分依賴鋼板200℃時(shí)的表面溫度,這時(shí)核沸騰需要增加水的攪拌流量。
這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系作為模型的設(shè)置點(diǎn)的,存儲(chǔ)在冷卻系統(tǒng)匯總數(shù)據(jù)表中。
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中厚板同板差問題的研究
控制冷卻系統(tǒng)冷卻速率模型的策略分析與設(shè)計(jì)
熱處理產(chǎn)線淬火技術(shù)策略的設(shè)計(jì)與通訊
蓄熱式加熱爐的自動(dòng)化控制特點(diǎn)及應(yīng)用