D01:10.133741.isml00103x.2009.07.27 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul 2009 冷却水流量对大直径棒材冷却效果的影响规律 张少军邵鸿丽王令宝 杨春彦 北京科技大学机械工程学院.北京100083 摘要利用有限元耦合场数值模拟计算方法，对大直径棒材穿水冷却过程进行了三维非稳态数值模拟，研究了冷却水流量 对冷却效果的影响规律，并分析了决定冷却水流量的两个因素一冷却器入口截面积及冷却水流流速对冷却效果的影响程 度.模拟结果表明：当流量相对较小时，流量的改变对冷却效果的影响较大：当流量增大到一定值后，随着流量的继续增大，对 冷却效果的影响逐渐减小：冷却水流流速对冷却效果的影响程度大于冷却器入口截面积. 关键词棒材：控冷：数值模拟：影响因素：冷却水流量 分类号TG335.6+2:TG162.8 Influential rule of cooling water flow on the cooling effect of big bars ZHANG Shao-jun.SHAO Hong-li.WANG Ling-bao.Y ANG Chun-yan School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT A numerical calculation me thod of finite element coupling field w as used to simulate the cooling process of big bars.The influential rule of cooling water flow on the cooling effect w as obtained by analy zing the numerical result.Moreover.the influence de- grees of two factors,the sectional area of the cooler's inlet port and the velocity of oooling water.were compared.The results show that when the cooling w ater flow is relative small.its change has significantly influence on cooling effect:but when the cooling w ater flow is relative large.the difference in cooling effect isinappreciable.In addition,the cooling water velocity has a larger influence on cooling effect than the sectional area of the cooler's inlet port. KEY WORDS bars controlled cooling:numerical simulation;influential factors cooling water flow 控制冷却是对轧后钢材的冷却工艺参数（开冷 1模型的建立及其数值模拟 温度、终冷温度和冷却速度)进行合理控制，为钢材 相变做好组织准备，并通过控制相变过程的冷却速 1.1物理模型的建立 度，达到控制钢材组织状态、各种组织的组成比以及 在目前所应用的小直径棒材的控冷设备中，带 碳氮化合物析出等，从而提高和改善钢材的综合力 有凹槽的冷却器对棒材的冷却效果最好，故在研究 学性能与使用性能②.控冷技术在板材、带材、线 中采用带有凹槽的冷却器结构).图1为冷却器 材及小直径(60mm以下)棒材生产中的应用已逐渐 及被冷却棒材的物理模型图. 趋于成熟：而在大直径棒材的生产中，目前国 图1中各尺寸为：冷却管道内壁直径D=350 内、外对此研究甚少，技术应用还处于空白.如果参 mm,八个凹槽均匀分布；凹槽槽底与槽顶半径之比 照小直径棒材，对大直径棒材也采用穿水冷却的方 R':R=1L.3:冷却器长L=2000mm;入水口环形 式进行控冷，则由冷却水流流速和冷却水流截面积 槽外径d1=207.4mm,环形槽内径d2=180mm,槽 所决定的冷却水流量对棒材的冷却效果有着直接的 深h1=50mm:两出水口为直径d3=100mm、深 影响.因此，在对大直径棒材的穿水控冷过程中，首 h2=50mm的圆柱形，水平方向对称布置：棒材直径 先要掌握冷却水流量对冷却效果的影响规律. d=160mm,开冷温度1000℃，均匀分布. 收稿日期：200809-25 作者简介：张少军(1957-)，男，教报，E-maik sjzhang2004@yahm.cmm.cm冷却水流量对大直径棒材冷却效果的影响规律 张少军 邵鸿丽 王令宝 杨春彦 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 利用有限元耦合场数值模拟计算方法, 对大直径棒材穿水冷却过程进行了三维非稳态数值模拟, 研究了冷却水流量 对冷却效果的影响规律, 并分析了决定冷却水流量的两个因素———冷却器入口截面积及冷却水流流速对冷却效果的影响程 度.模拟结果表明:当流量相对较小时, 流量的改变对冷却效果的影响较大;当流量增大到一定值后, 随着流量的继续增大, 对 冷却效果的影响逐渐减小;冷却水流流速对冷却效果的影响程度大于冷却器入口截面积. 关键词 棒材;控冷;数值模拟;影响因素;冷却水流量 分类号 TG335.6 +2 ;TG 162.8 Influential rule of cooling water flow on the cooling effect of big bars ZHANG Shao-jun, S HAO Hong-li, WANG Ling-bao, Y ANG Chun-yan S chool of Mechanical Engineering, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT A numerical calculatio n me thod of finite element coupling field w as used to simulate the cooling process of big bars.The influential rule of cooling water flow on the cooling effect w as obtained by analy zing the numerical result .Moreov er, the influence de￾g rees of two factors, the sectio nal area of the cooler' s inlet port and the velocity of cooling water, were compared .The results show that when the cooling w ater flow is relative small, its change has significantly influence on coo ling effect ;but when the cooling w ater flow is rela tive large, the difference in cooling effect isinappreciable.In addition, the cooling w ater velocity has a larger influence on cooling effect than the sectional area of the cooler' s inlet port . KEY WORDS bars;controlled cooling;numerical simulation ;influential factors;cooling water flow 收稿日期:2008-09-25 作者简介:张少军( 1957—) , 男, 教授, E-mail:sjzhang2004@yahoo .com .cn 控制冷却是对轧后钢材的冷却工艺参数( 开冷 温度、终冷温度和冷却速度) 进行合理控制, 为钢材 相变做好组织准备, 并通过控制相变过程的冷却速 度, 达到控制钢材组织状态、各种组织的组成比以及 碳氮化合物析出等, 从而提高和改善钢材的综合力 学性能与使用性能[ 1-2] .控冷技术在板材 、带材 、线 材及小直径( 60 mm 以下) 棒材生产中的应用已逐渐 趋于成熟 [ 3-5] ;而在大直径棒材的生产中, 目前国 内、外对此研究甚少, 技术应用还处于空白.如果参 照小直径棒材, 对大直径棒材也采用穿水冷却的方 式进行控冷, 则由冷却水流流速和冷却水流截面积 所决定的冷却水流量对棒材的冷却效果有着直接的 影响.因此, 在对大直径棒材的穿水控冷过程中, 首 先要掌握冷却水流量对冷却效果的影响规律 . 1 模型的建立及其数值模拟 1.1 物理模型的建立 在目前所应用的小直径棒材的控冷设备中, 带 有凹槽的冷却器对棒材的冷却效果最好, 故在研究 中采用带有凹槽的冷却器结构[ 6-7] .图 1 为冷却器 及被冷却棒材的物理模型图 . 图 1 中各尺寸为 :冷却管道内壁直径 D =350 mm, 八个凹槽均匀分布 ;凹槽槽底与槽顶半径之比 R′∶R =1∶1.3 ;冷却器长 L =2 000 mm ;入水口环形 槽外径 d1 =207.4mm, 环形槽内径 d2 =180 mm, 槽 深 h1 =50 mm ;两出水口为直径 d3 =100 mm 、深 h2 =50 mm 的圆柱形, 水平方向对称布置 ;棒材直径 d =160 mm, 开冷温度 1 000 ℃, 均匀分布 . 第 31 卷 第 7 期 2009 年 7 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.7 Jul.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.07.027