本發(fā)明屬于熱軋技術領域，尤其涉及一種超快冷熱焓確定方法及裝置。

背景技術：

在熱軋過程中，為了更好地控制和改善帶鋼冷卻時的工藝參數(shù)，需要確定帶鋼冷卻過程中的冷熱焓。

在普通的層流冷卻系統(tǒng)中，冷卻水通過重力落到帶鋼表面，在冷卻水與帶鋼表面會形成一層蒸汽膜，當前的冷熱焓確定方法只需考慮帶鋼表面與蒸汽膜之間的熱傳遞。

而在超快冷系統(tǒng)中，經(jīng)過加壓的冷卻水能夠穿透蒸汽膜，直接與帶鋼表面接觸，形成熱對流，故采用當前的冷熱焓確定方法，確定出的冷熱焓不精確，不利于對冷卻過程的反饋控制。

也就是說，現(xiàn)有技術中的冷熱焓確定方法，用于帶鋼的超快冷冷卻時，存在不精確的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供一種超快冷熱焓確定方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術中的冷熱焓確定方法，用于帶鋼的超快冷冷卻時，存在的不精確的技術問題。

一方面，本申請實施例提供了如下技術方案：

一種超快冷熱焓確定方法，其特征在于，包括：

獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征；

根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域；

采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

可選的，所述獲取超快冷冷卻過程中冷卻水與帶鋼的相對運動特征，包括：通過圖像采集單元、壓力傳感器或溫度傳感器獲取超快冷冷卻過程中冷卻水與帶鋼的相對運動特征。

可選的，所述采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓，包括：根據(jù)確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；其中，q_jet為表征所述第一超快冷熱焓的熱流密度；ρ_water為所述冷卻水的密度；C_p,water為所述冷卻水的比熱容；T_boil為所述冷卻水沸騰時的水溫；T_water為所述冷卻水的水溫；ε_max為紊流擴撒率；V_jet為所述冷卻水與所述帶鋼接觸時的速度；w_jet為所述冷卻水的噴射寬度。

可選的，其中，V_valve為所述冷卻水流出水閥時的速度；g為重力加速度；Δh為噴出所述冷卻水的水閥與所述帶鋼表面的高度差。

可選的，所述采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓，包括：根據(jù)q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；其中，q_film為表征所述第二超快冷熱焓的熱流密度；Q_film為500kW/m²；c_film為水蒸氣比熱容；f_jet/water為與所述冷卻水的水溫相關的第一影響系數(shù)；f_film為與所述帶鋼溫度和所述帶鋼移動速度相關的第二影響系數(shù)。

可選的，采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓，包括：根據(jù)確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓；其中，q_rad為表征所述第三超快冷熱焓的熱流密度；k為波爾茲曼常數(shù)；ε為發(fā)射率；T_strip為所述帶鋼的溫度；T_env為所述帶鋼所處環(huán)境的溫度。

另一方面，提供一種超快冷熱焓確定裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征；

分區(qū)模塊，用于根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域；

確定模塊，用于采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

可選的，所述獲取模塊可以為以下一種或多種的組合：圖像采集單元、壓力傳感器或溫度傳感器。

可選的，所述確定模塊，包括：第一確定單元，用于根據(jù)確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；其中，q_jet為表征所述第一超快冷熱焓的熱流密度；ρ_water為所述冷卻水的密度；C_p,water為所述冷卻水的比熱容；T_boil為所述冷卻水沸騰時的水溫；T_water為所述冷卻水的水溫；ε_max為紊流擴撒率；V_jet為所述冷卻水與所述帶鋼接觸時的速度；w_jet為所述冷卻水的噴射寬度；第二確定單元，用于根據(jù)q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；其中，q_film為表征所述第二超快冷熱焓的熱流密度；Q_film為500kW/m²；c_film為水蒸氣比熱容；f_jet/water為與所述冷卻水的水溫相關的第一影響系數(shù)；f_film為與所述帶鋼溫度和所述帶鋼移動速度相關的第二影響系數(shù)；第三確定單元，用于根據(jù)確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓；其中，q_rad為表征所述第三超快冷熱焓的熱流密度；k為波爾茲曼常數(shù)；ε為發(fā)射率；T_strip為所述帶鋼的溫度；T_env為所述帶鋼所處環(huán)境的溫度。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本申請實施例提供的方法及裝置，根據(jù)超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)，別根據(jù)各區(qū)域的傳熱特點來分別計算各區(qū)的超快冷熱焓，提高了冷熱焓的確定精度，利于根據(jù)冷熱焓來保證不同冷卻速率下的層流冷卻控制精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例中超快冷熱焓確定方法的示意圖；

圖2為本申請實施例中的分區(qū)示意圖；

圖3為本申請實施例中超快冷熱焓確定裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種超快冷熱焓確定方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術中的冷熱焓確定方法，用于帶鋼的超快冷冷卻時，存在的不精確的技術問題。實現(xiàn)了提高了冷熱焓的確定精度的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請實施例提供技術方案的總體思路如下：

本申請?zhí)峁┮环N超快冷熱焓確定方法，包括：

獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征；

根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域；

采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

通過上述內(nèi)容可以看出，根據(jù)超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)，別根據(jù)各區(qū)域的傳熱特點來分別計算各區(qū)的超快冷熱焓，提高了冷熱焓的確定精度，利于根據(jù)冷熱焓來保證不同冷卻速率下的層流冷卻控制精度。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術方案的詳細的說明，而不是對本申請技術方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實施例以及實施例中的技術特征可以相互組合。

實施例一

在本實施例中，提供了一種超快冷熱焓確定方法，如圖1所示，所述方法包括：

步驟S101，獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征；

步驟S102，根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域；

步驟S103，采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

本實施例提供的方法針對超快冷系統(tǒng)的特點，通過分區(qū)，提供了一套完整的冷熱焓確定方法，提高了層流冷卻的控制精度。

下面，結(jié)合圖1來詳細介紹本申請?zhí)峁┓椒ǖ膶崿F(xiàn)步驟：

首先，執(zhí)行步驟S101，獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征.

在具體實施過程中，所述獲取超快冷冷卻過程中冷卻水與帶鋼的相對運動特征，包括：

通過圖像采集單元、壓力傳感器或溫度傳感器獲取超快冷冷卻過程中冷卻水與帶鋼的相對運動特征。

具體來講，所述相對運動特征可以是以下一種或多種的組合：

所述冷卻水與所述帶鋼的相對位置、所述冷卻水與所述帶鋼的相對運動方向、所述冷卻水與所述帶鋼的相對運動速度或所述冷卻水與所述帶鋼的相對體積比。

接下來，執(zhí)行步驟S102，根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域。

具體來講，請參考圖2，圖2為分區(qū)示意圖，其中：

超快冷區(qū)1為，采用高壓將所述冷卻水沿第一箭頭201方向擊穿帶鋼202表面的氣膜，使所述冷卻水直接與所述帶鋼202接觸的區(qū)域。在所述超快冷區(qū)1內(nèi)，所述冷卻水遇帶鋼202后，迅速沸騰氣化，熱量主要通過強烈的熱對流進行轉(zhuǎn)移。

普通冷卻區(qū)2為，所述冷卻水沿第二箭頭203方向與帶鋼202表面平行移動的區(qū)域。在普通冷卻區(qū)2內(nèi)，所述冷卻水和所述帶鋼202通過兩者之間的蒸汽膜進行熱傳導，其熱傳導過程符合萊頓弗羅斯特效應。

熱輻射區(qū)3為，所述帶鋼202表面的冷卻水蒸發(fā)至消失的區(qū)域。在熱輻射區(qū)3內(nèi)，所述帶鋼202以熱輻射的形式將熱量傳遞到周圍的空氣中。

再下來，執(zhí)行步驟S103，采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

在本申請實施例中，結(jié)合步驟S102中的分區(qū)，對3個區(qū)域中發(fā)生的熱交換可以分別采取對應的模型公式進行確定：

對于超快冷區(qū)1，由于其散熱方式主要為熱對流，熱對流過程能帶走整個冷卻過程大約50％的熱量，可以采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓：

具體來講，可以根據(jù)確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；

其中，q_jet為表征所述第一超快冷熱焓的熱流密度，單位為W/m²；ρ_water為所述冷卻水的密度，由所述冷卻水的水溫決定；C_p,water為所述冷卻水的比熱容，由所述冷卻水的水溫決定；T_boil為所述冷卻水沸騰時的水溫；T_water為所述冷卻水的水溫；ε_max為紊流擴撒率，由所述帶鋼的溫度決定；V_jet為所述冷卻水與所述帶鋼接觸時的速度；w_jet為所述冷卻水的噴射寬度。

進一步，其中，V_valve為所述冷卻水流出水閥時的速度；g為重力加速度；Δh為噴出所述冷卻水的水閥與所述帶鋼表面的高度差。

對于普通冷卻區(qū)2，是通過兩者之間的蒸汽膜進行熱傳導，可以采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓：

具體來講，根據(jù)q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；

其中，q_film為表征所述第二超快冷熱焓的熱流密度，單位為W/m²；Q_film為500kW/m²；c_film為水蒸氣比熱容；f_jet/water為與所述冷卻水的水溫相關的第一影響系數(shù)，由所述冷卻水的溫度決定；f_film為與所述帶鋼溫度和所述帶鋼移動速度相關的第二影響系數(shù)。

對于熱輻射區(qū)3，由于其散熱模式主要是以熱輻射的形式將熱量傳遞到周圍的空氣中，可以采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓：

具體來講，根據(jù)確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓；

其中，q_rad為表征所述第三超快冷熱焓的熱流密度，單位為W/m²；k為波爾茲曼常數(shù)；ε為發(fā)射率，無量綱數(shù)據(jù)；T_strip為所述帶鋼的溫度；T_env為所述帶鋼所處環(huán)境的溫度。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本申請還提供了實施例一的方法對應的裝置，詳見實施例二。

實施例二

本實施例提供了一種超快冷熱焓確定裝置，如圖3所述，所述裝置包括：

獲取模塊301，用于獲取超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征；

分區(qū)模塊302，用于根據(jù)所述相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)；其中，所述超快冷區(qū)為采用高壓使所述冷卻水擊穿蒸汽膜，并直接接觸所述帶鋼表面的區(qū)域；所述普通冷卻區(qū)為所述冷卻水與所述帶鋼表面通過蒸汽膜進行熱傳導的區(qū)域；所述熱輻射區(qū)為所述冷卻水氣化后，所述帶鋼以熱輻射形式傳導熱量的區(qū)域；

確定模塊303，用于采用熱對流模型確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；采用熱傳遞模型確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；采用熱輻射模型確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓。

在本申請實施例中，所述獲取模塊301可以為以下一種或多種的組合：

圖像采集單元、壓力傳感器或溫度傳感器。

在本申請實施例中，所述確定模塊303，包括：

第一確定單元，用于根據(jù)確定所述超快冷區(qū)的第一超快冷熱焓；其中，q_jet為表征所述第一超快冷熱焓的熱流密度；ρ_water為所述冷卻水的密度；C_p,water為所述冷卻水的比熱容；T_boil為所述冷卻水沸騰時的水溫；T_water為所述冷卻水的水溫；ε_max為紊流擴撒率；V_jet為所述冷卻水與所述帶鋼接觸時的速度；w_jet為所述冷卻水的噴射寬度；

第二確定單元，用于根據(jù)q_film＝Q_film·c_film·f_film·f_jet/water，確定所述普通冷卻區(qū)的第二超快冷熱焓；其中，q_film為表征所述第二超快冷熱焓的熱流密度；Q_film為500kW/m²；c_film為水蒸氣比熱容；f_jet/water為與所述冷卻水的水溫相關的第一影響系數(shù)；f_film為與所述帶鋼溫度和所述帶鋼移動速度相關的第二影響系數(shù)。

第三確定單元，用于根據(jù)確定所述熱輻射區(qū)的第三超快冷熱焓；其中，q_rad為表征所述第三超快冷熱焓的熱流密度；k為波爾茲曼常數(shù)；ε為發(fā)射率；T_strip為所述帶鋼的溫度；T_env為所述帶鋼所處環(huán)境的溫度。

由于本發(fā)明實施例二所介紹的裝置，為實施本發(fā)明實施例一的方法所采用的裝置，故而基于本發(fā)明實施例一所介紹的方法，本領域所屬人員能夠了解該裝置的具體結(jié)構(gòu)及變形，故而在此不再贅述。凡是本發(fā)明實施例一的方法所采用的裝置都屬于本發(fā)明所欲保護的范圍。

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優(yōu)點：

根據(jù)超快冷冷卻過程中冷卻流與帶鋼的相對運動特征，將所述帶鋼分為超快冷區(qū)、普通冷卻區(qū)和熱輻射區(qū)，別根據(jù)各區(qū)域的傳熱特點來分別計算各區(qū)的超快冷熱焓，提高了冷熱焓的確定精度，利于根據(jù)冷熱焓來保證不同冷卻速率下的層流冷卻控制精度。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。