邸全康等：高速线材轧制全程温度曲线有限元模拟 281 变孕育期，s. 图10(a)中模拟计算的搭接点温度曲线与手持测 模拟计算可得，线材可获得能够提高约127℃的 温仪(1~6风机尾部测温)吻合较好：图10(b)和(c) 相变潜热.相变潜热是在相变过程中逐渐释放的，相 采用热成像仪测定风冷线上搭接点的相变过程温度曲 变开始温度约630℃，相变开始到结束时间约6.75s, 线，相变前最低温度为609℃，最高点温度为645℃，模 相变潜热导致盘条平均升温速度约15.2℃s. 拟计算的搭接点温度曲线与之基本吻合. 950 模拟计算结果 一手持测温仪测试结果 850 779℃ 750 663℃ 650 619℃642℃627℃ 595℃ 1 5500 4 56 101520 25 风冷线距离m 697.9C 645T 回 600 0911 600 500 -500 400 40 300 30 203.7℃ 最低温：5673℃最高温：672.9℃ LO1范围内的位移m 图10搭接点风冷及相变曲线.(a)模拟和测温仪测验结果：(b)热成像仪测试：()热成像仪测试相变过程温度曲线 Fig.10 Temperature curves of the lap joint:(a)result by simulation and instrument:(b)imaging test:(c)temperature by imaging instrument 系.相变开始温度约为630℃，相变开始于4风机头 4结论 部，整个相变时间约6.75s,相变潜热平均升温速度约 (1)通过仿真模拟建立了线材加热、轧制、水冷和 15.2℃s1. 风冷全程温度曲线，并完成现场试验验证与修正，得出 准确的换热系数与温度曲线模型 参考文献 (2)钢坯加热过程中，上表面比中心温度高，下表 [Yu W H,Du Y B,Qin J F,et al.Development of a thermal and 面与中心温度基本一致：钢坯头、中、尾部的中心温度 phase transformation coupled model for the fan cooling stage of the 基本一致：心部和表面最大温差出现在入炉7~8min Stelmor rod production line.Trans Mater Heat Treat,2007,28 处，约260℃，70min时温差约66℃，80min时降到 (2):20 15℃，制定此加热炉加热时间为80min是最佳的. (余万华，杜雁冰，卿俊峰，等.高速线材风冷段温度及相变 (3)在轧制过程中，6道次粗轧心部累计温升约 藕合模型开发.材料热处理学报，2007,28(2)：20) 2] Zhang Y X,Zhang H O,Wang G L,et al.Prediction for micro- 50℃，8道次中轧心部累计温升约50℃，4道次预精轧 structure and mechanical properties of hot rolled high carbon steel 心部累计温升约20℃，精轧前2段预水冷使得心部降 wire.J Unin Sci Technol Beijing,2009,31(3):312 温约160℃，10道次精轧心部累计温升约100℃，吐丝 (张云祥，张海鸥，王桂兰，等.热轧高碳钢线材组织性能预 前4段水冷心部降温约180℃.预精轧结束时心部和 报系统.北京科技大学学报，2009,31(3)：312) 表面温差最大，为186℃.吐丝时，心部和表面温差约 B] Lindemann A,Schmidt J.Numerical simulation and infrared-ther- 10℃. mographic measurement of the cooling of wire rod.Heat Transfer, 2002,4:735 (4)风冷线上，风量80%和100%时的风速大约 4]Han S H,Chang D,Kim C Y.A numerical analysis of slab heat- 是风量50%的1.6倍和2倍，冷速和风量近乎线性关 ing characteristics in a walking beam type reheating furnace.Int邸全康等: 高速线材轧制全程温度曲线有限元模拟 变孕育期，s． 模拟计算可得，线材可获得能够提高约 127 ℃ 的 相变潜热． 相变潜热是在相变过程中逐渐释放的，相 变开始温度约 630 ℃，相变开始到结束时间约 6. 75 s， 相变潜热导致盘条平均升温速度约 15. 2 ℃·s － 1 ． 图 10( a) 中模拟计算的搭接点温度曲线与手持测 温仪( 1# ～ 6# 风机尾部测温) 吻合较好; 图 10( b) 和( c) 采用热成像仪测定风冷线上搭接点的相变过程温度曲 线，相变前最低温度为 609 ℃，最高点温度为645 ℃，模 拟计算的搭接点温度曲线与之基本吻合． 图 10 搭接点风冷及相变曲线 . ( a) 模拟和测温仪测验结果; ( b) 热成像仪测试; ( c) 热成像仪测试相变过程温度曲线 Fig． 10 Temperature curves of the lap joint: ( a) result by simulation and instrument; ( b) imaging test; ( c) temperature by imaging instrument 4 结论 ( 1) 通过仿真模拟建立了线材加热、轧制、水冷和 风冷全程温度曲线，并完成现场试验验证与修正，得出 准确的换热系数与温度曲线模型． ( 2) 钢坯加热过程中，上表面比中心温度高，下表 面与中心温度基本一致; 钢坯头、中、尾部的中心温度 基本一致; 心部和表面最大温差出现在入炉 7 ～ 8 min 处，约 260 ℃，70 min 时温差约 66 ℃，80 min 时降 到 15 ℃，制定此加热炉加热时间为 80 min 是最佳的． ( 3) 在轧制过程中，6 道次粗轧心部累计温升约 50 ℃，8 道次中轧心部累计温升约 50 ℃，4 道次预精轧 心部累计温升约 20 ℃，精轧前 2 段预水冷使得心部降 温约 160 ℃，10 道次精轧心部累计温升约 100 ℃，吐丝 前 4 段水冷心部降温约 180 ℃ ． 预精轧结束时心部和 表面温差最大，为 186 ℃ ． 吐丝时，心部和表面温差约 10 ℃ ． ( 4) 风冷线上，风量 80% 和 100% 时的风速大约 是风量 50% 的 1. 6 倍和 2 倍，冷速和风量近乎线性关 系． 相变开始温度约为 630 ℃，相变开始于 4# 风机头 部，整个相变时间约 6. 75 s，相变潜热平均升温速度约 15. 2 ℃·s － 1 ． 参 考 文 献 ［1］ Yu W H，Du Y B，Qin J F，et al． Development of a thermal and phase transformation coupled model for the fan cooling stage of the Stelmor rod production line． Trans Mater Heat Treat，2007，28 ( 2) : 20 ( 余万华，杜雁冰，卿俊峰，等． 高速线材风冷段温度及相变 藕合模型开发． 材料热处理学报，2007，28( 2) : 20) ［2］ Zhang Y X，Zhang H O，Wang G L，et al． Prediction for micro￾structure and mechanical properties of hot rolled high carbon steel wire． J Univ Sci Technol Beijing，2009，31( 3) : 312 ( 张云祥，张海鸥，王桂兰，等． 热轧高碳钢线材组织性能预 报系统． 北京科技大学学报，2009，31( 3) : 312) ［3］ Lindemann A，Schmidt J． Numerical simulation and infrared-ther￾mographic measurement of the cooling of wire rod． Heat Transfer， 2002，4: 735 ［4］ Han S H，Chang D，Kim C Y． A numerical analysis of slab heat￾ing characteristics in a walking beam type reheating furnace． Int J · 182 ·