外文翻譯中文--熱軋普碳線材控冷過程熱交換模型研究-其他專業(yè)(已修改)
2025-02-04 10:21 本頁面
【正文】 中文 4550 字 熱軋普碳線材控冷過程熱交換模型研究 摘要 本文建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型用于預(yù)測熱軋后的 線 材在控冷過程中的溫度變化和奧氏體相 變動(dòng)力學(xué)。 采用二維有限元分析來 求解，采用 非均勻邊界條件的熱傳導(dǎo)方程，因?yàn)?這樣是符合實(shí)際冷卻條件的 。 采用熱力學(xué)分析和累進(jìn)法則獲得了冷卻曲線，并對(duì)奧氏體轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行分析。 為了驗(yàn)證模型結(jié)果， 在實(shí)驗(yàn)室 測量 不同 冷卻 條件下的 鋼材 的溫度 分布 并使用 紅外測溫儀記錄熱軋線材在控制冷卻過程中的歷史溫度。預(yù)測數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合 。 關(guān)鍵詞：熱軋 碳鋼 數(shù)學(xué)建模 控制冷卻 1 引言 鋼材熱軋后冷卻速率及隨后的奧氏體轉(zhuǎn)變是生產(chǎn)線冷卻系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響最終產(chǎn)品的組織與性能 。在熱軋鋼材中， 當(dāng)鋼材離開最后一架軋機(jī)時(shí)一般為奧氏體組織，鋼在 軌道上冷卻 時(shí)，熱軋產(chǎn)品 發(fā)生奧氏體 連續(xù)轉(zhuǎn) 變。 當(dāng)包括水冷和風(fēng)冷等冷卻方案都可以用于熱軋鋼材的控冷 [1]。同時(shí) ， 鋼材上、下表面具有不同的冷卻條件。此前一些已經(jīng)發(fā)表的文章研究了上述冷卻條件下鋼材的換熱行為。 例如， Izzo[2]已經(jīng)開發(fā) 了 一維熱模型來預(yù)測和控制熱軋帶鋼軋制過程中的溫度變化。 Packo 等 [3]已研究了帶鋼在水冷條件 下的換熱過程 。 Monsalve and Celentano 等 [4] 已經(jīng)提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來描述 鋼板卷取過程中的 換熱行為和組織轉(zhuǎn)變 行為。 Sun 等 [5]已經(jīng)開發(fā)出一種基于有限元方法的數(shù)學(xué)模型來 描述 運(yùn)行軌道上帶鋼的耦合熱冶金行為。 Han 等 [6] 開發(fā)了一個(gè)二維模型來評(píng)估 熱軋帶鋼 生產(chǎn)時(shí)的熱機(jī)械性能變化 。 Zhou 等 [7]已使用有限元程序 ABAQUS 用于確定熱軋帶鋼軋制過程中在 控冷輥道上 的溫度分布和殘余應(yīng)力。 Serajzadeh 等 [8]利用二維模型來確定熱軋帶鋼軋制過程中在控冷輥道上 溫度分布和 奧氏體轉(zhuǎn)變 的 動(dòng)力學(xué)。 Phadke 等 [9]編輯軟件 來確定在熱軋后溫度變化和最終的微觀組織。Lindemann and Schmidt 等 [10] 已經(jīng)開放出一種數(shù)學(xué)模型考慮線材的幾何特 征來預(yù)測盤條的熱軋行為。 Zhang 等 [11]使用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來預(yù)測普通碳素鋼熱軋后的溫度變化 和鐵素體晶粒尺寸。 在本文 中 , 建立 一個(gè)二維熱模型來預(yù)測熱棒軋制后的控冷過程中的溫度分布和 奧氏體分解 動(dòng)力學(xué)。 考慮上下兩側(cè)的非均勻熱邊界條件和累進(jìn)法則及熱模型中包含的不同溫度下鋼材冷卻的轉(zhuǎn)變熱的影響。同時(shí)，在熱交換模型中使用 Fick方程和有限元耦合分析來 預(yù)測和確定脫碳奧氏體的影響。 2 數(shù)學(xué)模型 為了得到掌握的熱傳導(dǎo)方程，由于熱軋棒線的長度使沿著 經(jīng)度軸（ Z 軸）的熱傳導(dǎo) 被忽視。 因此，熱傳導(dǎo)方程可以如下兩個(gè)方面來描述： tTcqvTvxTk ?????????? ??????????? ???? px ? (1) 其中 T 和 t 分別是溫度和時(shí)間 Q_是熱轉(zhuǎn)化率 K， CP， ρ 分別 是導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和金屬密度。 輻射和對(duì)流都發(fā)生在高溫表面，而在較低溫度下 （ 即小于 600℃ ）對(duì)流換熱是主要的傳熱 方式 。 在這方面，表面上的熱邊界條件可以如下定義： ? ? ? ?44k CC TTTThnT ?????? ?? (2) 其中“ h”是對(duì)流換熱系數(shù)，對(duì)于鋼 材的上下兩面可能有所不同。 TC是 從一個(gè)區(qū)域到其他區(qū)域 （即空氣冷卻區(qū)域或強(qiáng)制風(fēng)冷 區(qū)域 ）周圍溫度的變化溫度 。 σ 是斯特凡玻爾茲曼常數(shù)。 ? 被認(rèn)為是一個(gè)隨溫度變化的因素，然而在溫度 600℃ 可忽略不計(jì)輻射效應(yīng)，對(duì)流換熱是表面邊界的主要熱傳輸機(jī)制。 此外， 在冷卻過程中熱量轉(zhuǎn)化可能會(huì)釋放熱量因而熱量轉(zhuǎn)換率可以確定如下： ? ?dtdxTHq ?? ? (3) H(T)是熱轉(zhuǎn)化假設(shè)的溫度依賴因素， X 是改變分?jǐn)?shù) . 用來決定奧氏體分解的起始時(shí)間，利用累進(jìn)法則 如下表示： 10??????????ttTTTiiddt??? (4) △ ti是溫度 Ti時(shí)間步長， τi 是孵育時(shí)間。 Ti. dγ and dγTTT 是轉(zhuǎn)變前的晶粒尺寸并分別用來構(gòu)造 TTT 圖，可以采用 Avrami 方程與加性規(guī)則來預(yù)測連續(xù)冷卻條件下的奧氏體分解動(dòng)力學(xué)，因此，在一個(gè)給定的溫度下的相變的進(jìn)展，可以使用如下的
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