本發(fā)明屬于熱軋鋼材冷卻處理，具體涉及一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、熱軋帶鋼軋后冷卻技術可使帶鋼晶粒有序細化，強化組織及力學性能，目前，熱軋帶鋼的冷卻方式包括噴淋冷卻、壓力噴射冷卻、層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻以及超密度沖擊射流冷卻等。冷卻水與帶鋼之間存在多種換熱形式，主要包括帶鋼與冷卻水的對流換熱、帶鋼內部熱傳導和相變產生的潛熱、帶鋼本身的輻射散熱等的熱傳遞。冷卻過程傳熱機理的復雜性、帶鋼產品規(guī)格(厚度、寬度)和鋼質的多變性、以及隨冷卻進行帶鋼參數的時變性，而中高端產品如高等級管線鋼、高強工程機械用鋼等要求軋后冷卻模型具備精確的溫度控制精度。目前，國內外相關領域還未實現(xiàn)冷卻過程溫度控制與產品組織性能精確預報。由于冷卻水流場復雜，對流換熱的能力與水的物理性質和水在帶鋼上的流動形式有關，而且不同材質的鋼有不同的傳熱特性，因此，多種因素使得帶鋼在冷卻過程中的溫度難以精確控制，特別是厚度≤3mm的熱軋薄鋼板難以通過“埋偶”方式直接測量帶鋼冷卻過程中的溫度變化，也就難以通過控制溫度對帶鋼進行精準冷卻，最后導致無法精準控制及預測冷軋鋼材的組織性能。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中對于厚度≤3mm的熱軋薄鋼板難以在冷卻過程中對溫度進行精準控制的不足，從而提出了一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)設置可移動的冷卻裝置對待冷卻鋼板進行冷卻降溫來模擬熱帶鋼軋后冷卻過程，并通過對待冷卻鋼板的可移動冷卻裝置的對流傳熱系數進行測定的方式，以及根據熱平衡關系式和待冷卻鋼板及相關冷卻物質的物性參數，計算出厚度≤3mm的熱軋薄鋼板在冷卻時的對流傳熱系數。本發(fā)明所述系統(tǒng)結構簡單，易于操作，并且測量數據準確，最終計算得到的對流傳熱系數可以用于指導構建熱軋薄鋼板的冷卻模型的相關工藝參數。

2、本發(fā)明第一方面提出了一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括冷卻裝置和測溫裝置；所述冷卻裝置沿著待冷卻鋼板的表面移動，且在移動過程中所述冷卻裝置中的冷卻水對所述待冷卻鋼板的表面進行冷卻，所述測溫裝置對所述待冷卻鋼板進行冷卻的對側表面進行溫度測定。

3、優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括導軌、導向輪組和驅動機構，所述導軌與所述待冷卻鋼板平行設置，所述導向輪組安裝在所述導軌上，所述冷卻裝置安裝在所述導向輪組上，所述驅動機構用于驅動所述導向輪組帶動冷卻裝置沿著導軌向所述待冷卻鋼板的長度方向移動；所述冷卻裝置與所述待冷卻鋼板表面的距離和角度均可調節(jié)。

4、更優(yōu)選地，該系統(tǒng)在所述待冷卻鋼板的上下兩側對稱設置有導軌，且上下兩側的導軌均安裝有導向輪組，導向輪組上均安裝有冷卻裝置；當測定所述待冷卻鋼板的上表面對流傳熱系數時，測溫裝置安裝在所述待冷卻鋼板的下表面，所述待冷卻鋼板上側的冷卻裝置沿著待冷卻鋼板上表面的長度方向移動，并對所述待冷卻鋼板上表面進行冷卻；當測定所述待冷卻鋼板的下表面對流傳熱系數時，測溫裝置安裝在所述待冷卻鋼板的上表面，所述待冷卻鋼板下側的冷卻裝置沿著待冷卻鋼板下表面的長度方向移動，并對所述待冷卻鋼板下表面進行冷卻。

5、優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括壓緊輪組和張力調節(jié)器，所述壓緊輪組與所述導向輪組通過連桿連接，所述壓緊輪組與所述待冷卻鋼板的表面接觸，所述張力調節(jié)器安裝在所述連桿上，所述張力調節(jié)器通過所述壓緊輪組對所述待冷卻鋼板的表面施加壓力。

6、優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括泵組、水箱、流量控制閥、流量計及水溫計；所述泵組用于將所述水箱中的冷卻水輸送至所述冷卻裝置中；所述流量控制閥用于控制進入所述冷卻裝置中冷卻水的流量；所述流量計用于測量進入所述冷卻裝置中冷卻水的流量；所述水溫計用于測量進入所述冷卻裝置中冷卻水的溫度。

7、優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括限位板，所述限位板用于固定所述待冷卻鋼板，所述限位板為固定狀態(tài)。

8、本發(fā)明第二方面提出了一種在上述所述的系統(tǒng)中實施的鋼板冷卻傳熱系數測試方法，該方法包括：冷卻裝置沿著待冷卻鋼板的表面移動，并在移動過程中利用冷卻裝置中的冷卻水對待冷卻鋼板的表面進行冷卻，測溫裝置對所述待冷卻鋼板進行冷卻的對側表面進行溫度測定，得到所述待冷卻鋼板在冷卻前后的溫度，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板的冷卻表面的對流傳熱系數。

9、優(yōu)選地，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板的冷卻表面的對流傳熱系數的計算公式如下：

10、

11、式中，kb為待冷卻鋼板冷卻表面的對流傳熱系數，cp為待冷卻鋼板的熱容，ρ為待冷卻鋼板的密度，h為待冷卻鋼板的厚度，v為冷卻裝置的移動速度，t為待冷卻鋼板冷卻前的溫度，t0b為待冷卻鋼板冷卻表面冷卻后的溫度，b為待冷卻鋼板的寬度，tf為冷卻水的溫度。

12、更優(yōu)選地，當所述待冷卻鋼板的厚度為2h時，利用冷卻裝置中的冷卻水對所述待冷卻鋼板的另一側表面進行冷卻，測定所述待冷卻鋼板在冷卻前后的溫度，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板另一側冷卻表面的對流傳熱系數kt，對流傳熱系數kt的計算公式如下：

13、

14、式中，kt為待冷卻鋼板的另一側冷卻表面的對流傳熱系數，cp為待冷卻鋼板的熱容，ρ為待冷卻鋼板的密度，h為待冷卻鋼板的厚度，v為冷卻裝置的移動速度，t為待冷卻鋼板冷卻前的溫度，t0t為待冷卻鋼板的另一側冷卻表面冷卻后的溫度，b為待冷卻鋼板的寬度，tf為冷卻水的溫度；則所述待冷卻鋼板的對流傳熱系數k＝kb+kt。

15、優(yōu)選地，所述待冷卻鋼板的厚度為0.6mm≤2h≤3.0mm。

16、在本發(fā)明所述的一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)及方法中，具有以下有益效果：本發(fā)明把輻射冷卻和冷卻水冷卻合并為一個當量冷卻系統(tǒng)，主要考慮對流傳熱引起的溫降，通過使待冷卻鋼板固定不動，移動冷卻裝置對待冷卻鋼板進行冷卻方式模擬熱帶鋼軋后冷卻過程，根據熱平衡關系式和相關物性參數，通過薄規(guī)格鋼板上、下表面的冷卻裝置對流傳熱系數的分別測定的方式，解析帶鋼上下表面冷卻水流動狀態(tài)與傳熱系數關系，柔性計算一定規(guī)格厚度鋼板在上下表面同時冷卻時的對流傳熱系數，用于指導冷卻模型參數設置。

技術特征：

1.一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括冷卻裝置(1)和測溫裝置(2)；所述冷卻裝置(1)沿著待冷卻鋼板(3)的表面移動，且在移動過程中所述冷卻裝置(1)中的冷卻水對所述待冷卻鋼板(3)的表面進行冷卻，所述測溫裝置(2)對所述待冷卻鋼板(3)進行冷卻的對側表面進行溫度測定。

2.根據權利要求1所述的鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括導軌(4)、導向輪組(5)和驅動機構(6)，所述導軌(4)與所述待冷卻鋼板(3)平行設置，所述導向輪組(5)安裝在所述導軌(4)上，所述冷卻裝置(1)安裝在所述導向輪組(5)上，所述驅動機構(6)用于驅動所述導向輪組(5)帶動冷卻裝置(1)沿著導軌(4)向所述待冷卻鋼板(3)的長度方向移動；

3.根據權利要求2所述的鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)在所述待冷卻鋼板(3)的上下兩側對稱設置有導軌(4)，且上下兩側的導軌(4)均安裝有導向輪組(5)，導向輪組(5)上均安裝有冷卻裝置(1)；

4.根據權利要求3所述的鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括壓緊輪組(7)和張力調節(jié)器(8)，所述壓緊輪組(7)與所述導向輪組(5)通過連桿(9)連接，所述壓緊輪組(7)與所述待冷卻鋼板(3)的表面接觸，所述張力調節(jié)器(8)安裝在所述連桿(9)上，所述張力調節(jié)器(8)通過所述壓緊輪組(7)對所述待冷卻鋼板(3)的表面施加壓力。

5.根據權利要求4所述的鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括泵組(10)、水箱(11)、流量控制閥(12)、流量計(13)及水溫計(14)；

6.根據權利要求1所述的鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括限位板(15)，所述限位板(15)用于固定所述待冷卻鋼板(3)，所述限位板(15)為固定狀態(tài)。

7.一種在權利要求1-6中任意一項所述的系統(tǒng)中實施的鋼板冷卻傳熱系數測試方法，其特征在于，該方法包括：冷卻裝置(1)沿著待冷卻鋼板(3)的表面移動，并在移動過程中利用冷卻裝置(1)中的冷卻水對待冷卻鋼板(3)的表面進行冷卻，測溫裝置(2)對所述待冷卻鋼板(3)進行冷卻的對側表面進行溫度測定，得到所述待冷卻鋼板(3)在冷卻前后的溫度，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板(3)的冷卻表面的對流傳熱系數。

8.根據權利要求7所述的鋼板冷卻傳熱系數測試方法，其特征在于，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板(3)的冷卻表面的對流傳熱系數的計算公式如下：

9.根據權利要求8所述的鋼板冷卻傳熱系數測試方法，其特征在于，當所述待冷卻鋼板(3)的厚度為2h時，利用冷卻裝置(1)中的冷卻水對所述待冷卻鋼板(3)的另一側表面進行冷卻，測定所述待冷卻鋼板(3)在冷卻前后的溫度，并根據熱平衡關系式計算得到待冷卻鋼板(3)另一側冷卻表面的對流傳熱系數kt，對流傳熱系數kt的計算公式如下：

10.根據權利要求9所述的鋼板冷卻傳熱系數測試方法，其特征在于，所述待冷卻鋼板(3)的厚度為0.6mm≤2h≤3.0mm。

技術總結
本發(fā)明屬于熱軋鋼材冷卻處理技術領域，具體涉及一種鋼板冷卻傳熱系數測試系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括冷卻裝置和測溫裝置；所述冷卻裝置沿著待冷卻鋼板的表面移動，且在移動過程中所述冷卻裝置中的冷卻水對所述待冷卻鋼板的表面進行冷卻，所述測溫裝置對所述待冷卻鋼板進行冷卻的對側表面進行溫度測定。本發(fā)明設置可移動的冷卻部件對待測鋼板進行冷卻降溫來模擬熱帶鋼軋后冷卻過程，并根據熱平衡關系式和待測鋼板及相關冷卻物質的物性參數，計算出熱軋薄鋼板在冷卻時的對流傳熱系數，該系統(tǒng)結構簡單，易于操作，并且測量數據準確，最終計算得到的對流傳熱系數可以用于指導構建熱軋薄鋼板的冷卻模型的相關工藝參數。

技術研發(fā)人員：曾永龍,代碧波,王建立,李傳,戴鵬,卜勇
受保護的技術使用者：武漢鋼鐵有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6