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《重庆大学》 2012年
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喷淋和浸没对高温钢板冷却特性影响的实验研究

刘斌  
【摘要】:控制冷却技术是控制轧后钢板的冷却速度以细化铁素体晶粒,减少珠光体片层间距,阻止碳化物在高温下析出,以提高析出强化效果而采用的工艺,可作为在线进行淬火等热处理工艺的手段。喷淋冷却技术是重要的控制冷却技术之一,在冷却过程中,喷淋表面的换热系数是量化冷却介质冷却能力的重要参数,也是进行冷却控制设计的重要参数。本文针对圆柱孔形喷嘴、散射喷嘴以及缝隙式喷嘴的喷淋冷却进行了实验研究,并探讨了钢板厚度对喷淋冷却的影响;本文还实验研究了浸没冷却时冷却参数对浸没冷却速率的影响。 研究发现,随着喷淋压力增加,冲击区中心冷却率变化速度加快,喷淋表面换热能力增大;对于圆柱孔型喷嘴,随着喷淋压力增加,喷淋距离对钢板表面冷却能力的影响有所减弱,而散射角喷嘴和缝隙式喷嘴的这种现象不明显。喷淋高度对换热的影响不明显,大多数情况下喷淋高度为100mm时冷却略快。而平流区换热情况较复杂,但散射角喷嘴则随着压力增加平流区中心冷却率变化速率增加;缝隙式喷嘴换热系数最大值出现在喷射压力为0.5MPa时,而圆孔柱型喷嘴的最大换热系数点则出现在0.8MPa。 采用倾斜喷射时,冲击区中心冷却率变化速率减慢,换热系数减小,而平流区的换热系数较垂直喷淋时明显增大,冲击区和平流区的温差减小,采用倾斜喷淋时整个钢板的冷却均匀性有明显改善。垂直喷射时,散射角喷嘴同一截面平流区和冲击区温差最小,温度均匀性最好。 当面雅克比数Ja0.3时,表面热流密度随着Ja数的下降急剧变化,而后又平缓的上升或下降,冷却终了又急剧下降。换热系数h随Ja数的下降而上升,随后达到最大值。在冷却过程中喷淋表面的换热系数会随着表面温度降低先上升后下降,中间出现峰值,而峰值大概出现在Ja数在0.03-0.08之间。钢板厚度变化不会对钢板表面换热能力产生明显影响,而钢板的中心冷却速率变化率却随着厚度的增加明显下降。 基于沸腾理论和喷淋冷却实验结果,建立了三种喷嘴喷淋冷却时的换热系数预测模型;模型预测结果与实验结果吻合较好。基于喷淋冷却过程中钢板表面温度的变化,针对工程中应用最为广泛的区间建立了平均换热系数的预测模型;模型预测结果与实验结果吻合很好。 浸没冷却实验发现,液滴飞溅对高温钢板起到了预冷作用,在淹没液位上升过程中,高温钢板纵向导热越来越强,被淹没位置具有很高的中心冷却速率;研究还发现,高温钢板被淹没位置的中心冷却速率并不随浸没速率单调变化,而是在一定区内呈起伏变化,这说明在某个淹没速率下存在一个最小中心冷却速率的区间;高温情况下,初始温度对中心冷却速率影响不大。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG668

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