热轧钢管淬火控冷过程有限元分析

通过有限元分析软件ANSYS和FLUENT对钢管的控制冷却过程进行模拟,分析其换热系数,温度场和应力场。探讨了不同冷却速度时钢管应力场的变化情况,对生产高机械性能的钢管和减小淬火过程中产生的残余应力提供了一定的理论依据。     

立式连续退火炉中带钢气体射流冷却数值模拟及温度场计算

气体射流冷却是立式连退炉内带钢快速冷却的主要方式,计算冷却过程中带钢温度场分布,对改善带钢连续退火工艺有着重要的指导意义。利用CFD模拟软件对冷却过程进行数值模拟,获得带钢表面换热系数分布规律。运用有限差分法,对带钢温度场分布进行数值仿真计算。研究了初始带钢温度对冷却过程中带钢温度场分布规律的影响。     

基于Monte Carlo算法优化的带钢温度场模拟

为了精确计算温度场模拟过程中的热学参数(如传热系数、辐射率等),通过采用Monte Carlo算法实现对温度场热学参数的优化计算,提高温度场模拟的精度.结果表明,优化后的温度场更接近实际测量结果,可以实现基于物理冶金模型的在线组织性能预测中的温度场模拟     

宽厚板在线冷却控制系统

以舞阳钢铁公司轧钢厂4 200 mm轧机轧后快冷系统为背景,介绍了设备的工艺布置和计算机控制系统的组成,并提出了应用于现场的数学模型,该模型由冷却温度预报模型、返红温度预报模型、模型自学习等几部分组成。该数学模型采用有限差分形式对钢板冷却过程中的温度场进行数值模拟计算,与大型计算分析软件相比具有计算速度快、预报精度高等特点。     

钢冷却壁的温度场计算

介绍了冷却壁三维温度场的计算软件，并对钢冷却壁的三维温度场进行了计算。计算表明钢冷却壁的使用寿命会大大高于铸铁冷却壁。     

无缝钢管热轧后控冷工艺的组织性能数值模拟

 为了实现无缝钢管生产工艺流程中定(减)径之后矫直之前的控制冷却,采用数值模拟方法研究了20号钢管轧后冷却过程的组织力学性能变化规律。首先采用试验方法测定钢探头在不同冷却介质条件下的温度变化曲线,根据反传热法基本原理计算得出钢探头冷却过程中表面换热系数与工件温度的关系。然后,采用有限差分法建立了钢管冷却过程中的温度场、组织相变及力能性能预测系统,分析了不同冷却工艺条件下钢管的组织状态与力学性能。最后,进行钢管空冷过程的试验分析,测定了不同时刻的温度数据和冷态钢管的力学性能,其计算结果与实测数据吻合良好。该研究结果可为实现无缝钢管控制冷却提供基础性数据。     

高炉冷却壁温度场的有限元分析

介绍了高炉冷却壁温度场有限元分析方法。利用ANSYS软件,对冷却壁进行了稳态温度场的模拟,分析了高炉冷却壁的温度场及温度载荷,以及冷却壁中水流速度及炉衬材料等对冷却壁温度的影响。分析结果为冷却壁的使用和维护提供了理论参考。     

热轧20~#槽钢冷却过程研究

利用有限元软件对热轧20#槽钢轧后冷却过程进行模拟,获得了轧后冷却过程温度场变化规律及典型部位的温度变化。通过实际测量值对模拟结果进行验证,与实际冷却过程吻合较好。为研究槽钢轧后冷却规律提供了一种方法,对设置终轧温度及改善冷却条件提供了理论依据,进而有利于保证产品性能和减小冷却变形。对生产过程中轧制工艺制定、提高产品性能及外形尺寸稳定性,具有重要意义。     

热轧槽钢轧后冷却过程模拟

利用有限元软件对热轧20#槽钢轧后冷却过程进行模拟,获得了轧后冷却过程温度场变化规律及典型部位的温度变化.通过实际测量值进行验证,模拟结果与实际冷却过程吻合较好.为研究槽钢轧后冷却规律提供了一种方法,对设置终轧温度及改善冷却条件提供了理论依据,进而有利于保证产品性能和减小冷却变形.对生产过程中轧制工艺制定、残余应力研究具有指导意义.     

热轧带钢不同冷却模式温度场数值模拟

根据某厂热连轧轧后层流冷却设备以及改造后超快速冷却设备的布置特点,利用有限元差分法模拟了一个典型钢种分别经过2种不同冷却模式后的温度场分布情况,并与实际测量值进行了对比。模拟结果表明,所建立的模型计算得到的终冷温度与实际温度相差在±20℃以内,较准确地反映了在不同冷却模式下带钢的温度变化规律,为分析带钢内部温度变化提供了依据。     

小方坯结晶器水温水速对传热过程影响

通过建立结晶器内钢液和水的二维对流-传热耦合模型过程,研究了小方坯结晶器冷却水入口温度和流速对铜管温度和结晶器内平均热流的影响.该模型使用Fluent进行求解,模拟了钢液和冷却水的流动和传热,凝固坯壳的生长,以及热量以辐射和导热两种通过保护渣和气隙.通过将坯壳厚度和铜管温度与其他研究的结果进行对比来验证模型准确性.研究结果表明,结晶器冷却水的温度显著影响铜管的冷面温度,水温超过313 K会导致铜管冷面最高温度超过水的沸点.水流速升高0.49 m·s-1能够消除水温升高4 K带来的不利影响.      

基于热态实验的冷却壁传热分析

建立了高炉铸钢冷却壁传热数学模型,并通过热态实验验证数学模型,进而根据所建模型对冷却壁的稳态工况进行仿真计算.同时根据计算结果讨论了冷却水管水垢厚度、气隙层厚度对高炉铸钢冷却壁温度场的影响.结果表明:这两个因素对冷却壁的性能都具有很大的影响,在高炉操作和冷却壁的设计制造中必须重视.     

棒材穿水冷却温度场的仿真研究

针对棒材穿水冷却过程,采用有限元仿真软件ANSYS对其进行了温度场仿真,建立了棒材温度场预报模型。该模型的仿真结果与实测值相吻合,能够准确地预测棒材穿水冷却过程的温度分布,为棒材性能预报与优化控冷工艺提供依据。     

Self-Learning and Its Application to Laminar Cooling Model of Hot Rolled Strip

The mathematical model for online controlling hot rolled steel cooling on run-out table （ROT for abbreviation） was analyzed, and water cooling is found to be the main cooling mode for hot rolled steel. The calculation of the drop in strip temperature by both water cooling and air cooling is summed up to obtain the change of heat transfer coefficient. It is found that the learning coefficient of heat transfer coefficient is the kernel coefficient of coiler temperature control （CTC） model tuning. To decrease the deviation between the calculated steel temperature and the measured one at coiler entrance, a laminar cooling control self-learning strategy is used. Using the data acquired in the field, the results of the self-learning model used in the field were analyzed. The analyzed results show that the self-learning function is effective.     

合金化管铸铁冷却壁内冷却水管的变形研究

根据合金化管铸铁冷却壁热态试验数据确定了合金化管铸铁冷却壁温度场数值模拟的边界条件,利用ANSYS软件、采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下合金化管铸铁冷却壁内钢质冷却水管的变形,分析了气隙层和水管热变形对合金化管铸铁冷却壁寿命的影响,得出保证合金化管铸铁冷却壁长寿的最佳气隙层厚度和相应的最佳使用热负荷.     

炼钢工序过程温降规律的研究

对以全连铸为中心的炼钢厂而言,合理的温度制度是保证生产组织顺行的重要参数之一,通过对炼钢厂各工序温度变化的调查和分析,得到了整个工序过程的温降规律。     

高炉小模块非金属冷却壁设计参数

小模块冷却壁是将性能优异的耐火材料直接浇铸在平行排列的冷却水管上而形成的一种新型冷却设备。采用ANSYS软件建立了小模块冷却壁温度场计算模型,利用该模型计算了炉气温度为1200~1600℃、冷却水流速为0.5~2.5m/s条件下壁体材质导热系数、水管材质、水管直径、水管间距、冷却水流速及工作环境温度等条件变化时小模块冷却壁的温度分布状况。结果表明,小模块冷却壁对炉气温度变化的适应能力较强,壁体材质导热系数、水管间距、壁体厚度对小模块冷却壁传热性能影响较大,而水管直径、水管材质及水流速的影响较小。     

高炉铸钢冷却壁冷却水管的优化研究

针对建立高炉铸钢冷却壁的三维传热和热应力模型,采用通用有限元软件ANSYS计算了高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,通过数值计算分析了高炉铸钢冷却壁冷却水管形状对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。计算结果表明：冷却水管改圆管为椭圆管后,冷却壁热面最高温度有所下降。当椭圆管横截面与圆管相同并且长短轴之比为0．6时,最高温度降低了2．8％,热面最大热应力降低了7．5％。而周长不变的椭圆管降温效果并不理想,但长短轴之比为0．4时最大热应力降低了12．8％。综合考虑各因素,把圆管做成面积相同的长短轴之比为0．55～0．65的椭圆管,可以取得比较好的冷却效果。这对于减少冷却水流量,减薄冷却壁体厚度、降低炼铁成本也有重大意义。     

高炉铸钢冷却壁最佳结构的传热学分析

采用通用有限元软件ANSYS计算了300 m3高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,数值分析铸钢冷却壁冷却水管内径、间距、壁体厚度、镶砖厚度以及冷却水流速对冷却壁热面最高温度和热应力的影响.导出了高炉铸钢冷却壁的初步优化结果:冷却水管间距200 mm,水管内径20 mm,壁体厚度为180 mm,镶砖厚度为70 mm,与之相匹配的冷却水流速为2.0 m/s.     

Comparison of Austenite Decomposition Models During Finite Element Simulation of Water Quenching and Air Cooling of AISI 4140 Steel

An indigenous, non-linear, and coupled finite element (FE) program has been developed to predict the temperature field and phase evolution during heat treatment of steels. The diffusional transformations during continuous cooling of steels were modeled using Johnson–Mehl–Avrami–Komogorov equation, and the non-diffusion transformation was modeled using Koistinen–Marburger equation. Cylindrical quench probes made of AISI 4140 steel of 20-mm diameter and 50-mm long were heated to 1123 K (850 °C), quenched in water, and cooled in air. The temperature history during continuous cooling was recorded at the selected interior locations of the quench probes. The probes were then sectioned at the mid plane and resultant microstructures were observed. The process of water quenching and air cooling of AISI 4140 steel probes was simulated with the heat flux boundary condition in the FE program. The heat flux for air cooling process was calculated through the inverse heat conduction method using the cooling curve measured during air cooling of a stainless steel 304L probe as an input. The heat flux for the water quenching process was calculated from a surface heat flux model proposed for quenching simulations. The isothermal transformation start and finish times of different phases were taken from the published TTT data and were also calculated using Kirkaldy model and Li model and used in the FE program. The simulated cooling curves and phases using the published TTT data had a good agreement with the experimentally measured values. The computation results revealed that the use of published TTT data was more reliable in predicting the phase transformation during heat treatment of low alloy steels than the use of the Kirkaldy or Li model.