一种钢板冷却传热系数测试系统及方法与流程

本发明属于热轧钢材冷却处理，具体涉及一种钢板冷却传热系数测试系统及方法。

背景技术：

1、热轧带钢轧后冷却技术可使带钢晶粒有序细化，强化组织及力学性能，目前，热轧带钢的冷却方式包括喷淋冷却、压力喷射冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化冷却以及超密度冲击射流冷却等。冷却水与带钢之间存在多种换热形式，主要包括带钢与冷却水的对流换热、带钢内部热传导和相变产生的潜热、带钢本身的辐射散热等的热传递。冷却过程传热机理的复杂性、带钢产品规格(厚度、宽度)和钢质的多变性、以及随冷却进行带钢参数的时变性，而中高端产品如高等级管线钢、高强工程机械用钢等要求轧后冷却模型具备精确的温度控制精度。目前，国内外相关领域还未实现冷却过程温度控制与产品组织性能精确预报。由于冷却水流场复杂，对流换热的能力与水的物理性质和水在带钢上的流动形式有关，而且不同材质的钢有不同的传热特性，因此，多种因素使得带钢在冷却过程中的温度难以精确控制，特别是厚度≤3mm的热轧薄钢板难以通过“埋偶”方式直接测量带钢冷却过程中的温度变化，也就难以通过控制温度对带钢进行精准冷却，最后导致无法精准控制及预测冷轧钢材的组织性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中对于厚度≤3mm的热轧薄钢板难以在冷却过程中对温度进行精准控制的不足，从而提出了一种钢板冷却传热系数测试系统及方法。该系统设置可移动的冷却装置对待冷却钢板进行冷却降温来模拟热带钢轧后冷却过程，并通过对待冷却钢板的可移动冷却装置的对流传热系数进行测定的方式，以及根据热平衡关系式和待冷却钢板及相关冷却物质的物性参数，计算出厚度≤3mm的热轧薄钢板在冷却时的对流传热系数。本发明所述系统结构简单，易于操作，并且测量数据准确，最终计算得到的对流传热系数可以用于指导构建热轧薄钢板的冷却模型的相关工艺参数。

2、本发明第一方面提出了一种钢板冷却传热系数测试系统，该系统包括冷却装置和测温装置；所述冷却装置沿着待冷却钢板的表面移动，且在移动过程中所述冷却装置中的冷却水对所述待冷却钢板的表面进行冷却，所述测温装置对所述待冷却钢板进行冷却的对侧表面进行温度测定。

3、优选地，该系统还包括导轨、导向轮组和驱动机构，所述导轨与所述待冷却钢板平行设置，所述导向轮组安装在所述导轨上，所述冷却装置安装在所述导向轮组上，所述驱动机构用于驱动所述导向轮组带动冷却装置沿着导轨向所述待冷却钢板的长度方向移动；所述冷却装置与所述待冷却钢板表面的距离和角度均可调节。

4、更优选地，该系统在所述待冷却钢板的上下两侧对称设置有导轨，且上下两侧的导轨均安装有导向轮组，导向轮组上均安装有冷却装置；当测定所述待冷却钢板的上表面对流传热系数时，测温装置安装在所述待冷却钢板的下表面，所述待冷却钢板上侧的冷却装置沿着待冷却钢板上表面的长度方向移动，并对所述待冷却钢板上表面进行冷却；当测定所述待冷却钢板的下表面对流传热系数时，测温装置安装在所述待冷却钢板的上表面，所述待冷却钢板下侧的冷却装置沿着待冷却钢板下表面的长度方向移动，并对所述待冷却钢板下表面进行冷却。

5、优选地，该系统还包括压紧轮组和张力调节器，所述压紧轮组与所述导向轮组通过连杆连接，所述压紧轮组与所述待冷却钢板的表面接触，所述张力调节器安装在所述连杆上，所述张力调节器通过所述压紧轮组对所述待冷却钢板的表面施加压力。

6、优选地，该系统还包括泵组、水箱、流量控制阀、流量计及水温计；所述泵组用于将所述水箱中的冷却水输送至所述冷却装置中；所述流量控制阀用于控制进入所述冷却装置中冷却水的流量；所述流量计用于测量进入所述冷却装置中冷却水的流量；所述水温计用于测量进入所述冷却装置中冷却水的温度。

7、优选地，该系统还包括限位板，所述限位板用于固定所述待冷却钢板，所述限位板为固定状态。

8、本发明第二方面提出了一种在上述所述的系统中实施的钢板冷却传热系数测试方法，该方法包括：冷却装置沿着待冷却钢板的表面移动，并在移动过程中利用冷却装置中的冷却水对待冷却钢板的表面进行冷却，测温装置对所述待冷却钢板进行冷却的对侧表面进行温度测定，得到所述待冷却钢板在冷却前后的温度，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板的冷却表面的对流传热系数。

9、优选地，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板的冷却表面的对流传热系数的计算公式如下：

10、

11、式中，kb为待冷却钢板冷却表面的对流传热系数，cp为待冷却钢板的热容，ρ为待冷却钢板的密度，h为待冷却钢板的厚度，v为冷却装置的移动速度，t为待冷却钢板冷却前的温度，t0b为待冷却钢板冷却表面冷却后的温度，b为待冷却钢板的宽度，tf为冷却水的温度。

12、更优选地，当所述待冷却钢板的厚度为2h时，利用冷却装置中的冷却水对所述待冷却钢板的另一侧表面进行冷却，测定所述待冷却钢板在冷却前后的温度，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板另一侧冷却表面的对流传热系数kt，对流传热系数kt的计算公式如下：

13、

14、式中，kt为待冷却钢板的另一侧冷却表面的对流传热系数，cp为待冷却钢板的热容，ρ为待冷却钢板的密度，h为待冷却钢板的厚度，v为冷却装置的移动速度，t为待冷却钢板冷却前的温度，t0t为待冷却钢板的另一侧冷却表面冷却后的温度，b为待冷却钢板的宽度，tf为冷却水的温度；则所述待冷却钢板的对流传热系数k＝kb+kt。

15、优选地，所述待冷却钢板的厚度为0.6mm≤2h≤3.0mm。

16、在本发明所述的一种钢板冷却传热系数测试系统及方法中，具有以下有益效果：本发明把辐射冷却和冷却水冷却合并为一个当量冷却系统，主要考虑对流传热引起的温降，通过使待冷却钢板固定不动，移动冷却装置对待冷却钢板进行冷却方式模拟热带钢轧后冷却过程，根据热平衡关系式和相关物性参数，通过薄规格钢板上、下表面的冷却装置对流传热系数的分别测定的方式，解析带钢上下表面冷却水流动状态与传热系数关系，柔性计算一定规格厚度钢板在上下表面同时冷却时的对流传热系数，用于指导冷却模型参数设置。

技术特征：

1.一种钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统包括冷却装置(1)和测温装置(2)；所述冷却装置(1)沿着待冷却钢板(3)的表面移动，且在移动过程中所述冷却装置(1)中的冷却水对所述待冷却钢板(3)的表面进行冷却，所述测温装置(2)对所述待冷却钢板(3)进行冷却的对侧表面进行温度测定。

2.根据权利要求1所述的钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统还包括导轨(4)、导向轮组(5)和驱动机构(6)，所述导轨(4)与所述待冷却钢板(3)平行设置，所述导向轮组(5)安装在所述导轨(4)上，所述冷却装置(1)安装在所述导向轮组(5)上，所述驱动机构(6)用于驱动所述导向轮组(5)带动冷却装置(1)沿着导轨(4)向所述待冷却钢板(3)的长度方向移动；

3.根据权利要求2所述的钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统在所述待冷却钢板(3)的上下两侧对称设置有导轨(4)，且上下两侧的导轨(4)均安装有导向轮组(5)，导向轮组(5)上均安装有冷却装置(1)；

4.根据权利要求3所述的钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统还包括压紧轮组(7)和张力调节器(8)，所述压紧轮组(7)与所述导向轮组(5)通过连杆(9)连接，所述压紧轮组(7)与所述待冷却钢板(3)的表面接触，所述张力调节器(8)安装在所述连杆(9)上，所述张力调节器(8)通过所述压紧轮组(7)对所述待冷却钢板(3)的表面施加压力。

5.根据权利要求4所述的钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统还包括泵组(10)、水箱(11)、流量控制阀(12)、流量计(13)及水温计(14)；

6.根据权利要求1所述的钢板冷却传热系数测试系统，其特征在于，该系统还包括限位板(15)，所述限位板(15)用于固定所述待冷却钢板(3)，所述限位板(15)为固定状态。

7.一种在权利要求1-6中任意一项所述的系统中实施的钢板冷却传热系数测试方法，其特征在于，该方法包括：冷却装置(1)沿着待冷却钢板(3)的表面移动，并在移动过程中利用冷却装置(1)中的冷却水对待冷却钢板(3)的表面进行冷却，测温装置(2)对所述待冷却钢板(3)进行冷却的对侧表面进行温度测定，得到所述待冷却钢板(3)在冷却前后的温度，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板(3)的冷却表面的对流传热系数。

8.根据权利要求7所述的钢板冷却传热系数测试方法，其特征在于，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板(3)的冷却表面的对流传热系数的计算公式如下：

9.根据权利要求8所述的钢板冷却传热系数测试方法，其特征在于，当所述待冷却钢板(3)的厚度为2h时，利用冷却装置(1)中的冷却水对所述待冷却钢板(3)的另一侧表面进行冷却，测定所述待冷却钢板(3)在冷却前后的温度，并根据热平衡关系式计算得到待冷却钢板(3)另一侧冷却表面的对流传热系数kt，对流传热系数kt的计算公式如下：

10.根据权利要求9所述的钢板冷却传热系数测试方法，其特征在于，所述待冷却钢板(3)的厚度为0.6mm≤2h≤3.0mm。

技术总结本发明属于热轧钢材冷却处理技术领域，具体涉及一种钢板冷却传热系数测试系统及方法。该系统包括冷却装置和测温装置；所述冷却装置沿着待冷却钢板的表面移动，且在移动过程中所述冷却装置中的冷却水对所述待冷却钢板的表面进行冷却，所述测温装置对所述待冷却钢板进行冷却的对侧表面进行温度测定。本发明设置可移动的冷却部件对待测钢板进行冷却降温来模拟热带钢轧后冷却过程，并根据热平衡关系式和待测钢板及相关冷却物质的物性参数，计算出热轧薄钢板在冷却时的对流传热系数，该系统结构简单，易于操作，并且测量数据准确，最终计算得到的对流传热系数可以用于指导构建热轧薄钢板的冷却模型的相关工艺参数。技术研发人员：曾永龙,代碧波,王建立,李传,戴鹏,卜勇受保护的技术使用者：武汉钢铁有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6