[发明专利]一种层流U形冷却过程有限元仿真计算方法

说明书

本发明涉及一种层流U形冷却过程有限元仿真计算方法，所述计算方法具体步骤如下：1)带钢简化模型建立；2)确定钢种及物性参数；3)确定初始条件；4)确定边界条件；5)确定分析步；6)相变模型；7)网格划分；8)层流U形冷却模型建立；9)U形冷却曲线拟合；10)U形冷却温度场计算结果及验证；11)U形冷却各温度点相变计算及结果验证；12)U形冷却参数优化。通过仿真计算，把生产过程中无法采集到的各点数据转变为可视化的图像或可处理的数据，对于评价U形卷取工艺的可靠性，指导现场工艺制定及改进，省略中试试验，减少大生产试验次数，提高产品质量等具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种计算方法，具体涉及一种层流U形冷却过程有限元仿真计算方法，属于层流U形冷却仿真计算技术领域。

背景技术

目前，热轧带钢采用U形层流冷却工艺是国内外热轧厂普遍采用的控制路径，其原因是带钢在卷取机成卷以后，内外圈即热轧板头尾散热快、温度降速增大会导致带钢全 长组织性能不均，因此它是一种提高全长性能均匀性的温度控制措施。热轧带钢U形冷 却工艺主要根据产品开发需要或根据经验参数制定或调整，没有统一的标准。U形冷却 工艺对带钢层流冷却过程中的温度场、相变影响规律，可通过有限元仿真软件模拟完成， 把生产过程中无法采集到的各点数据转变为可视化的图像或可处理的数据，对于评价U 形卷取工艺的可靠性，指导现场工艺制定及改进，省略中试试验，减少大生产试验次数 等具有重要意义，层流U形冷却虽然可以用有限元方法进行仿真，但仿真模型的建立， 关键模拟参数的导入与处理，仿真计算结果的准确性等均对冷却参数的制定与实施产生 极大的影响，因此需对相关仿真、计算方法进行优化和创新。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种层流U形冷却过程有限元仿 真计算方法，通过仿真计算，把生产过程中无法采集到的各点数据转变为可视化的图像或可处理的数据，对于评价U形卷取工艺的可靠性，指导现场工艺制定及改进，省略中 试试验，减少大生产试验次数，提高产品质量等具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种层流U形冷却过程有限元仿真计算方法，所述计算方法具体步骤如下：

1)带钢简化模型建立

热轧带钢的形状是薄的长方形，宽度方向是对称的，建模时，进行对称处理，取带钢宽度上的一半建立模型，以简化计算负荷与时间。

2)确定钢种及物性参数

确定U形冷却钢种的化学成分C、Si、Mn、P、S等，在温度-相变耦合中定义材料 的属性：比热、热传导率、密度等，上述参数直接从热轧二级机系统中调取。

3)确定初始条件

将带钢宽度方向的温度作为初始温度，获取方法是：现场测量精轧出口带钢宽度方 向上的温度分布曲线，为保证模型的收敛及ABAQUS仿真计算的输入，将该曲线拟合 成一条6次多项式y＝15427x⁶+30464x⁵+20970x⁴+6378.6x³+856.99x²+41.919x+ 920.33，输入计算模型。

4)确定边界条件

热分析中，边界条件主要包括对流换热和热辐射。水冷阶段主要是对流换热，其系数随温度的增大减小；空冷阶段，带钢与空气的对流换热效率低，采用Chappidi和Gunnerson的辐射公式

5)确定分析步

根据带钢运行速度和各冷却段的长度，计算出各段冷却时间，即为对应的分析步长 (单位为S)，确定带钢在层流辊道上空冷段数m和水冷段数n，如前段冷却的热轧带 钢，在层流辊道上需要经过空冷→水冷→空冷→水冷→空冷的过程，则空冷段数m＝3， 水冷段数n＝2；

6)相变模型