[发明专利]一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法

权利要求书

1.一种热轧带钢层流冷却有限元建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，沿带钢宽度、厚度和长度方向划分网格；

S2，将带钢运动转化为带钢生产中层流冷却集管的反向的、相同速度大小的运动；

S3，沿带钢宽度方向设置带钢表面换热系数；

S4，采用涵盖温度、相变和应力应变的多场耦合有限元模型进行带钢层流冷却过程计算，并根据温度计算值与实际值的差值对带钢表面换热系数进行优化，从而得到最佳带钢层流冷却多场耦合有限元模型；

S5，利用得到的最佳带钢层流冷却多场耦合有限元模型，应用在新钢种层流冷却控制策略制定中，获取新钢种准确的层流冷却控制工艺以及相应的材料性能。

2.根据权利要求1所述的热轧带钢层流冷却有限元建模方法，其特征在于，所述S1包括：

S1-1，以过带钢宽度中心且垂直带钢宽度方向的平面作为对称面，取其中一半进行建模，网格在宽度方向从对称面开始往边部进行标识，标号为i=1，2，…，N_B；

S1-2，网格在厚度方向从上表面开始往下表面进行标识，标号为j=1，2，…，N_H；

S1-3，网格在长度方向从最先冷却的面开始往后冷却的面进行标识，标号为k=1，2，…，N_L。

3.根据权利要求1所述的热轧带钢层流冷却有限元建模方法，其特征在于，所述S2包括：

计算当前时刻层流冷却集管的出水集管相对带钢的位置，若带钢的标号为k的网格正对出水集管，则判定k号网格处于水冷散热模式，否则判定k号网格处于空冷散热模式。

4.根据权利要求1所述的热轧带钢层流冷却有限元建模方法，其特征在于，所述S3包括：

S3-1，带钢在宽度方向中心处的水冷换热系数参考如下计算公式：

式中，h_w^c-带钢宽度中心水冷换热系数，W/(m²·℃)；ω-水流密度，m³/(min·m²)；T-带钢表面温度，℃；T_w-水温，℃；P_l-轧制方向喷嘴间距，m；P_c-宽度方向喷嘴间距，m；D-喷嘴直径，m；ξ-带钢中心水冷换热系数调节系数，初始值取1；

S3-2，在水冷条件下，带钢边部的换热系数要比中间部分大，带钢水冷换热系数在宽度方向的分布参考如下计算公式：

式中，h_w-带钢水冷换热系数，W/(m²·℃)；B-带钢宽度，m；x-宽度方向距对称中心的距离，m；η-带钢边部水冷换热系数调节系数，初始值取0.1；

S3-3，带钢空冷换热系数看作是带钢与辊道接触传热、带钢与空气自然对流换热以及带钢表面热辐射三种冷却方式的综合换热系数，即将前两种方式造成的热量损失合并在热辐射中考虑，参考计算公式如下：

式中，h_a-带钢空冷综合换热系数，W/(m²·K)；ε-带钢表面辐射率，考虑与辊道接触传热和与空气自然对流换热的影响，在常规取值基础上增加10%，即取值为0.88；σ₀-玻尔兹曼常数，取5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；T-带钢表面温度，℃；T_∞-环境温度，℃。