熱軋板材在線控冷裝置集管水流均勻性的研究

胡曉宇， 劉志軍

（韶鋼工程技術有限公司， 廣東　韶關　512123）

試（實）驗研究

熱軋板材在線控冷裝置集管水流均勻性的研究

胡曉宇， 劉志軍

（韶鋼工程技術有限公司， 廣東韶關512123）

對某鋼廠熱軋板材軋后控冷水箱的阻尼板布置形式進行數值模擬分析和研究。通過分析各種阻尼布置形式的速度流場，確定更有利于集管形成均勻水流的阻尼板布置形式，提高控冷效果。

熱軋板材控制冷卻阻尼板水流均勻性

不同的阻尼板布置形式對熱軋板材的冷卻效果有很大的影響[1]，例如一道對稱阻尼板、一道非對稱阻尼板、兩道阻尼板都會使水流在水箱內部重新分配，從而使冷卻水流更加均勻。因此，選擇較為合理的阻尼板布置形式對于形成均勻的冷卻水流，提高冷卻效果非常重要。通過對無阻尼板、一道對稱阻尼板、一道非對稱阻尼板、兩道阻尼板四種情況對比選擇出合理的阻尼板布置形式。利用FLUENT[2]對冷卻水箱的速度場進行數值模擬，通過模擬結果論證阻尼板布置的合理性。水箱結構如圖1所示。

圖1　水箱結構示意圖

1　建立數學模型

1.1基本數學模型

根據圖1建立控冷裝置二維橫截面的數學模型，在此模型中的流體應符合質量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程[3]。

四種阻尼板布置形式控冷裝置二維橫截面的數學模型分網后如圖2—圖5所示。?

圖2　無阻尼形式網格

圖3　一道對稱阻尼形式網格

圖4　一道非對稱阻尼形式網格

圖5　兩道對稱阻尼形式網格

1.2流場的基礎理論

1.2.1質量守恒方程

1.2.2動量守恒方程

1.2.3能量守恒方程

2　分析模擬結果

2.1速度流場模擬結果及分析

利用FLUENT模擬分析軟件進行數值模擬分析，其輸出速度云圖如圖6—圖9所示。

圖6　無阻尼速度云圖

圖7　一道對稱阻尼速度云圖

圖8　一道非對稱阻尼速度云圖

圖9　兩道對稱阻尼速度云圖

從圖6—圖9中四種阻尼板不同布置形式的最終模擬結果可知：兩道阻尼板的布置形式可以使水流分配更均勻；相反，無阻尼板的水箱和集管中的水流最不均勻，不同集管中水流速度相差較大。

從圖6中可以看出：熱軋板材軋后控冷裝置在無阻尼的情況下，集管中最慢的速度約為2.02 m/s，最快的速度約為4.89 m/s，其速度差值約為2.87 m/s。

從圖7、圖8中可以看出：將板材軋后控冷裝置中加裝一道阻尼板后，集管中的水流均勻性明顯提高。在一道對稱阻尼的情況下，集管中最慢速度約為1.81 m/s，最快速度約為3.76 m/s；在一道非對稱阻尼的情況下，集管中最慢速度約為1.78 m/s，最快速度約為3.52 m/s。其速度差值分別為1.95 m/s、1.74 m/s。

從圖9中可以看出：在一道阻尼板的基礎上又增加了一道阻尼板，變為兩道阻尼板后，水箱中的水流再一次被分配[4]，其集管中最慢速度約為1.56 m/s，最快速度約為2.19 m/s，速度差值僅為0.63 m/s，比前幾種情況更為均勻[5]。

2.2集管出口處水流均勻性的研究

集管出口處水流的均勻性對板材軋后控冷至關重要[6]。通過模擬阻尼板布置形式的變化，初步了解集管中水流速度的分布情況。對集管出口不同點水流速度的數值模擬分析得出集管出口水流速度點圖，進一步分析哪種情況水流更加均勻，如圖10—圖13所示。

圖10　無阻尼出口截面速度圖

圖11　一道對稱阻尼出口截面速度圖

圖12　一道非對稱阻尼出口截面速度圖

圖13　兩道對稱阻尼出口截面速度圖

從圖10—圖13可以看出：兩道對稱阻尼出口截面的速度點值最為集中，此種情況下集管出水口不同點處速度相差較小、水流均勻性較好，有利于在板材軋后控冷過程中得到較為細化均勻的金相組織，提高了板材整體的綜合力學性能。

3　結論

1）冷卻水箱中阻尼板排列的方式有很多種，本文針對幾種阻尼板排列方式（無阻尼、兩道、一道對稱、一道非對稱）進行數值模擬分析，得出其流場速度云圖和噴嘴出口橫截面速度點圖。通過對比各種形式噴嘴處速度值及其差值，可以看出：兩道阻尼板的布置使水箱噴嘴出口處的水流速度更加平均，不同點處的速度差值更小；無阻尼形式噴嘴處速度差值最大，不利于形成較均勻的水流。

2）一道對稱阻尼和一道非對稱阻尼雖然也可以提高水流的均勻性，但在噴嘴處出口個別點處效果不明顯，使得個別點的速度明顯高于其他點，導致扁鋼相應點處冷卻不均勻，降低了扁鋼的整體力學性能。

[1]王有銘，李曼云.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業出版社，1999：83-106.

[2]韓占忠，王敬等.FLUENT流體工程與仿真計算實例與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2004.

[3]陳懋章.粘性流體動力學基礎[M].北京：高等教育出版社，1993.

[4]韓斌，司良英，劉相華，等.熱軋層流冷卻集管中流場有限元模擬及沖擊壓力的理論計算[J]，鋼鐵研究學報，2004，16（5）：42-46.

[5]BSS Ghasemi，DP Dunne.Formation of Ferritic Products during ContinuousCoolingofaCu-bearingHSLASteels[J].ISIJInternational，2006，46（5）:759-768.

[6]MSGagliano，ME Fine.Precipitation KineticsofNiobiumCarbide and Copper in a Low Carbon，Chromium-free Steel[J]，Calphad（UK），2001，25（2）:207-216.

[7]陳惠芬.金屬學與熱處理[M].北京：冶金工業出版社，2009.

（編輯：胡玉香）

The Research of Collecting Pipe Flow Uniformity of SPHC Controlled Cooling Device Online

HU Xiaoyu，LIU Zhijun
（Shao Steel Engineering Technology Co.，Ltd.，Shaoguan Guangdong 512123）

The article carries on numerical simulation analysis and research of the damping form of SPHC rolling controlled cooling.The article compares velocity flow field of damping form to others，eventually determine which damping form is helpful to flow uniformity of collecting pipe to improve the effect of controlled cooling.

SPHC，rolling controlled cooling，damping plate，flow uniformity

TG333.7+1

A

1672-1152（2016）04-0029-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.10

2016-05-03

胡曉宇（1986—），男，碩士，2013年畢業于遼寧科技大學，現從事質量技術管理工作。