[發明專利]一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法

在審

• 申請號: 201810364282.1
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108372208A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 高朋;卓越
• 申請（專利權）人: 九江學院
• 主分類號: B21B45/08
• 分類號: B21B45/08;B22D11/12
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 謝德珍

1.一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法，其特征在于，該方法步驟如下：

步驟1、在待測鋼板上距離鋼板上表面3-5mm處鉆孔，將熱電偶置于孔內，然后將鋼板加熱、保溫均勻后移出，采用高壓水對鋼板表面產生的氧化鐵皮進行除鱗；置于鋼板內部的熱電偶將測到的鋼板內部溫度通過采集卡發送到計算機，計算機繪制除鱗冷卻曲線，即得到此種實驗條件下的鋼板除鱗內部冷卻曲線；

步驟2、改變鋼板加熱溫度，除鱗壓力，除鱗距離等參數測得多組鋼板除鱗內部冷卻曲線；

步驟3、根據反傳熱原理和實驗測得的鋼板內部溫度冷卻曲線，采用DEFORM有限元軟件計算各種實驗條件下的高壓水除鱗對流換熱系數；

步驟4、整理各組高壓水除鱗對流換熱系數和對應條件下水流密度、鋼板表面溫度之間的關系，并匯總成表格；

步驟5、根據多變量非線性擬合理論，擬合高壓水除鱗對流換熱系數和水流密度、鋼板表面溫度之間的非線性表達式，并回歸出待定系數，得到高壓水除鱗對流換熱系數公式；

步驟6、采用回歸的高壓水除鱗對流換熱系數公式計算中厚板廠實際工況下的換熱系數；

步驟7、根據計算得到的高壓水除鱗換熱系數模擬中厚板連鑄坯除鱗溫度場；

步驟8、現場實測連鑄坯表面溫度，并與數值模擬的溫度進行比較，以此驗證采用本發明計算得到的高壓水除鱗換熱系數是合理的。

2.根據權利要求1所述的一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法，其特征在于，所述步驟1鋼板的加熱溫度在1000～1200℃之間，高壓水除鱗壓力在10～25MPa范圍內，除鱗噴嘴距鋼板表面在100～250mm之間；鋼板的長×寬×厚尺寸為200mm×150mm×25mm，鋼板的熱傳導率為50W/m·℃，比熱為875J/kg·℃，密度為7870kg/m3，冷卻水的溫度為20.1℃。

3.根據權利要求1所述的一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法，其特征在于，所述步驟2測得多組鋼板內部冷卻曲線的方法是先固定兩個變量，兩個變量包括鋼板溫度、除鱗壓力和噴射距離三個變量之二，再調整另一個參數，然后得到對應條件下的高壓水除鱗換熱系數和另一個參數的關系；通過改變固定變量，可以得到多組高壓水除鱗換熱系數的數值。

4.根據權利要求1所述的一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法，其特征在于，所述步驟3計算高壓水除鱗換熱系數的方法是采用DEFORM反傳熱模型，鋼板內部任一點溫度場變化的導熱微分方程如下：

式中，λ_x、λ_y、λ_z是在x，y，z方向的熱傳導系數；ρ是鋼板的密度；C_P是鋼板的比熱；是微元體熱力學能的增量；T是鋼板內部任一點的溫度；是鋼板內部的熱源密度；

根據第三類邊界條件：

式中h_z是界面處綜合換熱系數；T_w是外界環境溫度；

由于在高壓水除鱗過程中溫度變化快，為了模擬計算更精確，求解的最小時間步長設置為0.001s，每個計算步長的最大溫度變化為1℃。

5.根據權利要求1所述的一種計算連鑄坯高壓水除鱗對流換熱系數的方法，其特征在于，所述步驟4將高壓水除鱗壓力、噴射距離等參數對高壓水除鱗換熱系數的影響轉換成水流密度與高壓水除鱗換熱系數的關系；

水壓與水流量之間的關系：

式中，Q是水流量；μ是流量系數；F是面積；ΔP是入口出口的壓力差；ρ是流體的密度；

水流密度與水流量、水壓之間的關系：

式中，ω是水流密度；Q是水流量；H是噴射距離；α是高壓水噴嘴噴射角；β是高壓水噴嘴安裝的傾斜角；θ是高壓水噴嘴的散射角。