一种超快冷热焓确定方法及装置与流程

本发明属于热轧技术领域，尤其涉及一种超快冷热焓确定方法及装置。

背景技术：

在热轧过程中，为了更好地控制和改善带钢冷却时的工艺参数，需要确定带钢冷却过程中的冷热焓。

在普通的层流冷却系统中，冷却水通过重力落到带钢表面，在冷却水与带钢表面会形成一层蒸汽膜，当前的冷热焓确定方法只需考虑带钢表面与蒸汽膜之间的热传递。

而在超快冷系统中，经过加压的冷却水能够穿透蒸汽膜，直接与带钢表面接触，形成热对流，故采用当前的冷热焓确定方法，确定出的冷热焓不精确，不利于对冷却过程的反馈控制。

也就是说，现有技术中的冷热焓确定方法，用于带钢的超快冷冷却时，存在不精确的技术问题。

技术实现要素：

本发明通过提供一种超快冷热焓确定方法及装置，解决了现有技术中的冷热焓确定方法，用于带钢的超快冷冷却时，存在的不精确的技术问题。

一方面，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种超快冷热焓确定方法，其特征在于，包括：

获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征；

根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域；

采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

可选的，所述获取超快冷冷却过程中冷却水与带钢的相对运动特征，包括：通过图像采集单元、压力传感器或温度传感器获取超快冷冷却过程中冷却水与带钢的相对运动特征。

可选的，所述采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓，包括：根据确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；其中，q_jet为表征所述第一超快冷热焓的热流密度；ρ_water为所述冷却水的密度；C_p,water为所述冷却水的比热容；T_boil为所述冷却水沸腾时的水温；T_water为所述冷却水的水温；ε_max为紊流扩撒率；V_jet为所述冷却水与所述带钢接触时的速度；w_jet为所述冷却水的喷射宽度。

可选的，其中，V_valve为所述冷却水流出水阀时的速度；g为重力加速度；Δh为喷出所述冷却水的水阀与所述带钢表面的高度差。

可选的，所述采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓，包括：根据q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；其中，q_film为表征所述第二超快冷热焓的热流密度；Q_film为500kW/m²；c_film为水蒸气比热容；f_jet/water为与所述冷却水的水温相关的第一影响系数；f_film为与所述带钢温度和所述带钢移动速度相关的第二影响系数。

可选的，采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓，包括：根据确定所述热辐射区的第三超快冷热焓；其中，q_rad为表征所述第三超快冷热焓的热流密度；k为波尔兹曼常数；ε为发射率；T_strip为所述带钢的温度；T_env为所述带钢所处环境的温度。

另一方面，提供一种超快冷热焓确定装置，包括：

获取模块，用于获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征；

分区模块，用于根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域；

确定模块，用于采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

可选的，所述获取模块可以为以下一种或多种的组合：图像采集单元、压力传感器或温度传感器。

可选的，所述确定模块，包括：第一确定单元，用于根据确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；其中，q_jet为表征所述第一超快冷热焓的热流密度；ρ_water为所述冷却水的密度；C_p,water为所述冷却水的比热容；T_boil为所述冷却水沸腾时的水温；T_water为所述冷却水的水温；ε_max为紊流扩撒率；V_jet为所述冷却水与所述带钢接触时的速度；w_jet为所述冷却水的喷射宽度；第二确定单元，用于根据q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；其中，q_film为表征所述第二超快冷热焓的热流密度；Q_film为500kW/m²；c_film为水蒸气比热容；f_jet/water为与所述冷却水的水温相关的第一影响系数；f_film为与所述带钢温度和所述带钢移动速度相关的第二影响系数；第三确定单元，用于根据确定所述热辐射区的第三超快冷热焓；其中，q_rad为表征所述第三超快冷热焓的热流密度；k为波尔兹曼常数；ε为发射率；T_strip为所述带钢的温度；T_env为所述带钢所处环境的温度。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供的方法及装置，根据超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区，别根据各区域的传热特点来分别计算各区的超快冷热焓，提高了冷热焓的确定精度，利于根据冷热焓来保证不同冷却速率下的层流冷却控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中超快冷热焓确定方法的示意图；

图2为本申请实施例中的分区示意图；

图3为本申请实施例中超快冷热焓确定装置的结构图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种超快冷热焓确定方法及装置，解决了现有技术中的冷热焓确定方法，用于带钢的超快冷冷却时，存在的不精确的技术问题。实现了提高了冷热焓的确定精度的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：

本申请提供一种超快冷热焓确定方法，包括：

获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征；

根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域；

采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

通过上述内容可以看出，根据超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区，别根据各区域的传热特点来分别计算各区的超快冷热焓，提高了冷热焓的确定精度，利于根据冷热焓来保证不同冷却速率下的层流冷却控制精度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

在本实施例中，提供了一种超快冷热焓确定方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤S101，获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征；

步骤S102，根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域；

步骤S103，采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

本实施例提供的方法针对超快冷系统的特点，通过分区，提供了一套完整的冷热焓确定方法，提高了层流冷却的控制精度。

下面，结合图1来详细介绍本申请提供方法的实现步骤：

首先，执行步骤S101，获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征.

在具体实施过程中，所述获取超快冷冷却过程中冷却水与带钢的相对运动特征，包括：

通过图像采集单元、压力传感器或温度传感器获取超快冷冷却过程中冷却水与带钢的相对运动特征。

具体来讲，所述相对运动特征可以是以下一种或多种的组合：

所述冷却水与所述带钢的相对位置、所述冷却水与所述带钢的相对运动方向、所述冷却水与所述带钢的相对运动速度或所述冷却水与所述带钢的相对体积比。

接下来，执行步骤S102，根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域。

具体来讲，请参考图2，图2为分区示意图，其中：

超快冷区1为，采用高压将所述冷却水沿第一箭头201方向击穿带钢202表面的气膜，使所述冷却水直接与所述带钢202接触的区域。在所述超快冷区1内，所述冷却水遇带钢202后，迅速沸腾气化，热量主要通过强烈的热对流进行转移。

普通冷却区2为，所述冷却水沿第二箭头203方向与带钢202表面平行移动的区域。在普通冷却区2内，所述冷却水和所述带钢202通过两者之间的蒸汽膜进行热传导，其热传导过程符合莱顿弗罗斯特效应。

热辐射区3为，所述带钢202表面的冷却水蒸发至消失的区域。在热辐射区3内，所述带钢202以热辐射的形式将热量传递到周围的空气中。

再下来，执行步骤S103，采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

在本申请实施例中，结合步骤S102中的分区，对3个区域中发生的热交换可以分别采取对应的模型公式进行确定：

对于超快冷区1，由于其散热方式主要为热对流，热对流过程能带走整个冷却过程大约50％的热量，可以采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓：

具体来讲，可以根据确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；

其中，q_jet为表征所述第一超快冷热焓的热流密度，单位为W/m²；ρ_water为所述冷却水的密度，由所述冷却水的水温决定；C_p,water为所述冷却水的比热容，由所述冷却水的水温决定；T_boil为所述冷却水沸腾时的水温；T_water为所述冷却水的水温；ε_max为紊流扩撒率，由所述带钢的温度决定；V_jet为所述冷却水与所述带钢接触时的速度；w_jet为所述冷却水的喷射宽度。

进一步，其中，V_valve为所述冷却水流出水阀时的速度；g为重力加速度；Δh为喷出所述冷却水的水阀与所述带钢表面的高度差。

对于普通冷却区2，是通过两者之间的蒸汽膜进行热传导，可以采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓：

具体来讲，根据q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；

其中，q_film为表征所述第二超快冷热焓的热流密度，单位为W/m²；Q_film为500kW/m²；c_film为水蒸气比热容；f_jet/water为与所述冷却水的水温相关的第一影响系数，由所述冷却水的温度决定；f_film为与所述带钢温度和所述带钢移动速度相关的第二影响系数。

对于热辐射区3，由于其散热模式主要是以热辐射的形式将热量传递到周围的空气中，可以采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓：

具体来讲，根据确定所述热辐射区的第三超快冷热焓；

其中，q_rad为表征所述第三超快冷热焓的热流密度，单位为W/m²；k为波尔兹曼常数；ε为发射率，无量纲数据；T_strip为所述带钢的温度；T_env为所述带钢所处环境的温度。

基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一的方法对应的装置，详见实施例二。

实施例二

本实施例提供了一种超快冷热焓确定装置，如图3所述，所述装置包括：

获取模块301，用于获取超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征；

分区模块302，用于根据所述相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区；其中，所述超快冷区为采用高压使所述冷却水击穿蒸汽膜，并直接接触所述带钢表面的区域；所述普通冷却区为所述冷却水与所述带钢表面通过蒸汽膜进行热传导的区域；所述热辐射区为所述冷却水气化后，所述带钢以热辐射形式传导热量的区域；

确定模块303，用于采用热对流模型确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；采用热传递模型确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；采用热辐射模型确定所述热辐射区的第三超快冷热焓。

在本申请实施例中，所述获取模块301可以为以下一种或多种的组合：

图像采集单元、压力传感器或温度传感器。

在本申请实施例中，所述确定模块303，包括：

第一确定单元，用于根据确定所述超快冷区的第一超快冷热焓；其中，q_jet为表征所述第一超快冷热焓的热流密度；ρ_water为所述冷却水的密度；C_p,water为所述冷却水的比热容；T_boil为所述冷却水沸腾时的水温；T_water为所述冷却水的水温；ε_max为紊流扩撒率；V_jet为所述冷却水与所述带钢接触时的速度；w_jet为所述冷却水的喷射宽度；

第二确定单元，用于根据q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，确定所述普通冷却区的第二超快冷热焓；其中，q_film为表征所述第二超快冷热焓的热流密度；Q_film为500kW/m²；c_film为水蒸气比热容；f_jet/water为与所述冷却水的水温相关的第一影响系数；f_film为与所述带钢温度和所述带钢移动速度相关的第二影响系数。

第三确定单元，用于根据确定所述热辐射区的第三超快冷热焓；其中，q_rad为表征所述第三超快冷热焓的热流密度；k为波尔兹曼常数；ε为发射率；T_strip为所述带钢的温度；T_env为所述带钢所处环境的温度。

由于本发明实施例二所介绍的装置，为实施本发明实施例一的方法所采用的装置，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该装置的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的装置都属于本发明所欲保护的范围。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

根据超快冷冷却过程中冷却流与带钢的相对运动特征，将所述带钢分为超快冷区、普通冷却区和热辐射区，别根据各区域的传热特点来分别计算各区的超快冷热焓，提高了冷热焓的确定精度，利于根据冷热焓来保证不同冷却速率下的层流冷却控制精度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。