热轧中厚板新一代TMCP技术研究与应用

本书可供从事轧钢工艺及冶金自动化工作的工程技术人员、科研人员阅读，也可供高等院校材料成型及自动化专业的师生参考。

   本书全面介绍了热轧中厚板新一代TMCP工艺及其核心超快速冷却技术，内容包括射流冲击换热原理、换热过程温度场解析模型、多功能冷却装备、高精度冷却路径控制系统、冷却工艺控制策略及温度场解析、基于新一代TMCP工艺的高品质节约型产品研发等。
本书可供从事轧钢工艺及冶金自动化工作的工程技术人员、科研人员阅读，也可供高等院校材料成型及自动化专业的师生参考。

   王昭东，男，博士，教授。主要研究领域为新一代TMCP理论及工艺装备技术应用中厚板辊式淬火机装备及工艺技术应用；钢铁材料加工过程控制及数学模型优化；高性能钢开发及组织性能控制；铝合金大规格板带材气垫式连续热处理炉开发及其应用。

1 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 国内外超快速冷却技术研究现状 1
1.3 中厚板超快速冷却难点及关键技术 3
1.4 课题背景、研究目标和研究内容 4
2 高温钢板射流冲击冷却换热机理研究 6
2.1 高温钢板水冷换热基本原理 6
2.1.1 沸腾换热原理 6
2.1.2 沸腾换热过程中的气泡状态 6
2.1.3 层流冷却换热机理 8
2.1.4 垂直射流冲击冷却换热机理 9
2.1.5 倾斜射流冲击冷却换热机理 10
2.2 射流冲击换热特性研究 11
2.2.1 Re和Pr计算 11
2.2.2 Nu计算及射流换热特性分析 12
2.3 射流冲击换热数学模型的建立 13
3 中厚板超快速冷却条件下的温度场解析模型 16
3.1 导热微分方程 16
3.2 相变潜热计算方法 17
3.2.1 相变开始温度计算0 17
3.2.2 相变转变量计算 19
3.2.3 相变潜热计算 21
3.3 钢板热物性参数处理 23
3.3.1 确定热传导率 23
3.3.2 确定钢板密度 24
3.3.3 确定热扩散率 24
3.4 钢板内部导热有限元解析模型的建立 25
3.5 换热系数模型的建立 27
3.6 厚向平均温度处理方法 28
3.7 瞬时冷却速度计算模型的建立 29
4 中厚板多功能冷却装备研发 31
4.1 湍流射流的控制方程和标准k-ε模型 31
4.1.1 湍流射流的控制方程 31
4.1.2 标准k-ε模型 33
4.2 整体狭缝式喷水系统的结构设计 36
4.2.1 整体狭缝式喷嘴设计 36
4.2.2 狭缝倾斜射流冲击流体流动规律分析 36
4.3 阵列式高密快冷喷嘴的结构设计 40
4.3.1 高密快冷喷嘴设计 40
4.3.2 圆形倾斜射流冲击流体流动规律分析 41
4.4 超快速冷却整体装备的开发与集成 53
4.4.1 上冷却区域内集管配置 54
4.4.2 上下集管对称布置配置 56
4.4.3 挡水辊切分冷却单元 57
4.4.4 上下水量配比控制 57
4.4.5 残水控制 58
4.4.6 液压多缸同步保护系统设计 58
4.4.7 超快速冷却装备的整体集成 59
5 高精度冷却路径控制系统研发 61
5.1 控制系统组成 61
5.1.1 基础自动化控制系统 61
5.1.2 过程自动化控制系统 62
5.1.3 冷却工艺参数优化窗口 68
5.1.4 超快冷系统与相关系统的无缝衔接 69
5.2 超快速冷却系统关键控制技术 70
5.2.1 压力-流量耦合快速高精度控制 70
5.2.2 高精度钢板位置微跟踪技术 74
5.2.3 纵向均匀性自动控制技术 75
5.2.4 横向均匀性自动控制技术 77
5.2.5 实测温度检测与处理 78
5.2.6 冷却路径控制 83
6 冷却工艺策略及温度场分析 86
6.1 各冷却工艺参数下温度场模拟分析 86
6.1.1 不同厚度规格条件下温度场分析 87
6.1.2 不同水流密度条件下温度场分析 89
6.2 各冷却策略下温度场模拟分析 90
7 中厚板超快速冷却技术的应用 98
7.1 超快冷技术应用概况 98
7.1.1 鞍钢厚板4300mm轧机轧后快速冷却系统 98
7.1.2 首秦中厚板厂4300mm轧后冷却系统 99
7.1.3 南钢2800mm轧后超快速冷却设备研制及工艺开发 100
7.1.4 三钢3000mm中厚板厂轧后超快速冷却系统 102
7.1.5 南钢4700mm宽厚板工程控制冷却装置 103
7.1.6 新余3800mm超快冷设备技术集成与工艺创新项目 104
7.1.7 韶钢板材部3450mm生产线增设超快速冷却系统工程 106
7.2 超快冷系统实际应用效果 107
7.2.1 终冷温度高精度控制 107
7.2.2 冷却速率大范围无级调节 107
7.2.3 良好板形控制 108
7.2.4 良好表面质量控制 109
7.2.5 多彩的在线热处理工艺 109
8 基于新一代TMCP工艺的高品质节约型产品研发 111
8.1 新一代TMCP工艺UFC-F的应用 111
8.1.1 低成本Q345系列产品 111
8.1.2 低成本Q460q系列产品工业试制 114
8.1.3 低成本AH36船板的试制 115
8.2 新一代TMCP工艺中UFC-B的应用 117
8.2.1 管线钢的超快冷工艺开发 117
8.2.2 工程机械用钢的超快冷工艺开发 123
8.2.3 水电钢的超快冷工艺开发 130
8.2.4 储罐用钢的超快冷工艺开发 132
8.3 新一代TMCP工艺中UFC –M(DQ)的应用 133
9 结论 135
参考文献 136

    热轧中厚板新一代TMCP技术的研究、开发与应用，前后历经10余年时间。作为新一代TMCP工艺技术的开创者和领路人，王国栋院士勇于创新、追求卓越，带领课题研究团队不断克服研究过程中遇到的各类难题。王院士身体力行、求真务实的精神是新一代TMCP工艺技术能够迅速从理论知识转化为科技生产力的强推动力。课题实施期间，实验室领导的关心、指导和帮助，为研究工作提供了很大的支持。实验室多位老师、研究生和工程师的勇于奉献、艰苦工作和尽职尽责的科研精神为课题取得不断突破和工程项目顺利实施提供了有效保障。

   热轧中厚板新一代TMCP技术的开发与应用得到了河北敬业钢铁有限公司、鞍山钢铁集团公司、首秦金属材料有限公司、河北普阳钢铁有限公司、南京钢铁集团有限公司、福建三钢闽光股份有限公司、江西新余钢铁集团有限公司、广东韶钢松山股份有限公司等钢铁企业领导和专家的信任和大力支持，在项目实施过程中得到了现场工程技术人员的理解与配合。
再次感谢所有为自主创新热轧中厚板新一代TMCP技术开发所做出贡献。