冷轧带钢平整机喷淋与吹扫流场的数值模拟与实验研究

发布时间：2020-07-09 06:38

【摘要】：冷轧带钢平整是冷轧薄钢板精整工艺中的核心环节。由于干平整存在粉屑与辊印较多的问题,使得湿平整被广泛采用。本文对某双机架平整机的湿平整喷淋及吹扫流场进行了数值模拟与实验研究。采用Pro/E建立了支撑辊辊面冲击射流的三维全流场物理模型;用ICEM CFD进行全六面体结构化网格划分。选用稳态、隐式压力求解器与标准k ε湍流模型。压力与速度的耦合采用SIMPLE算法。使用VOF方法求解8个Lechler 660.404.16型喷嘴、喷淋横梁与部分支撑辊辊面在内的湿平整喷淋流场模型,得出扭转角、供液压力、靶距与喷淋入射角等工艺参数变化对湿平整喷淋速度场、压力场、流动轨迹、液流动压与打击力等的影响。用相同软件与方法建立了双机架平整机的湿平整吹扫流场物理模型及其全结构化网格,并采用S A模型进行了Fluent数值模拟。探讨了吹扫流场的影响因素,包括吹嘴供气压力、外翻角和吹扫入射角等对吹扫气流场速度分布、压力场分布、吹扫力作用特点、辊缝受力规律等的影响规律。分析了辊缝与辊面附近的动压分布规律,提出了辊面动压放大效应。由于冷轧带钢湿平整喷淋流场与吹扫流场的影响因素及其水平较多,为确定湿平整最佳喷淋流场与吹扫流场的工艺或其它工况参数,将正交实验法与湿平整喷淋流场与吹扫流场的数值模拟方法相结合,分别设计了9组4因素3水平2指标的正交喷淋数值模拟实验方案与16组5因素4水平单指标的正交吹扫数值模拟实验方案。在对上述正交实验方案相关工况的数值模拟后,探讨分析其实验指标结果,并对湿平整喷淋与吹扫流场的供气压力或供液压力、外翻角、扭转角、入射角、靶距、喷嘴或吹嘴间距等各主要影响因素进行直观极差分析和方差分析,获得了平整机喷淋流场与吹扫流场各影响因素对动压、打击力等指标的不同影响程度的重要次序及显著性,以及湿平整喷淋和吹扫流场的最佳工艺、工况参数。设计搭建了喷淋筒面的湿平整模拟实验装置与吹嘴吹沙的模拟吹扫实验装置,并对模拟喷淋与吹扫流场进行实验测试。在上述的模拟实验中,直接观测流态,并测量流动特征参数,并将压力-流量曲线、动压分布、流态分布与残沙形态等的观测结果与数值模拟的计算结果进行对比,验证了湿平整喷淋与吹扫流场数值模拟的正确性。本研究为冷轧带钢厂湿平整喷淋与吹扫系统的现场安装调试、喷淋与吹扫盲区的减少、喷淋与吹扫效果的改善、冷轧带钢表面残留平整液及其引起的板带表面平整液斑现象的消除及板带质量的提升提供了一定的理论参考。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.12

【引证文献】