李廷剛， 陳 勇， 鄭 偉， 馬仲群， 孫建鵬， 李鳳春

（五礦營口中板有限責任公司， 遼寧 營口 115000）

板坯堆垛作為一種提高鋼材品質(zhì)的手段，現(xiàn)已被鋼鐵企業(yè)廣泛應用，堆垛時間、堆垛高度多憑借經(jīng)驗判斷，少有對板坯堆垛工藝進行理論論證與優(yōu)化的研究。近年來鋼鐵行業(yè)形勢好轉(zhuǎn)，各鋼廠的鋼廠產(chǎn)量也隨之增加，板坯堆垛作為軋制工藝前的最后一道緩解C、H偏析程度的工藝，直接影響著最終產(chǎn)品的質(zhì)量與鋼廠的效益。

1 板坯表面溫度測量

現(xiàn)場實驗10爐DH36船板鋼，共計13塊鑄坯堆垛時間48 h，每2 h測量每塊鑄坯溫度，邊部解垛溫度150～200℃，中心位置解垛溫度300～350℃，堆垛擺放如圖1所示。將板坯至下而上編號為1號—13號，其中1號為垛底13號為垛頂。堆放初始溫度如表1所示。

圖1 現(xiàn)場堆垛情況

表1 初始堆垛溫度 ℃

2 板坯緩冷溫度場數(shù)值模擬模型的建立

2.1 基本假設

根據(jù)現(xiàn)實情況對板坯散熱過程進行合理假設，忽略對計算結果影響不大的因素以減小計算成本與計算誤差，本文針對板坯散熱的特點在截取板坯中心數(shù)值截面建立二維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，提出假設：忽略板坯在長度方向上的傳熱，將復雜的三維模型轉(zhuǎn)化為二維傳熱模型；忽略板坯間純在的熱阻，在堆垛內(nèi)部只考慮內(nèi)部傳熱；忽略散熱過程中板坯密度的變化。

2.2 模型的建立與檢驗

本文邊界條件同時考慮了對流傳熱與輻射換熱，控制方程與邊界條件方程如下頁公式（1）、公式（2）[1]所示。

控制方程：

式中：ρ為密度；T為溫度；t為時間，s；Cp為比熱，J/（kg·k）；λ為熱導導數(shù)，W/（m2·k）；TSH為上表面溫度，K；TXIA為側(cè)面溫度，K；ε 波爾茨曼導數(shù)；TSH為熱交換導數(shù)。

有研究表明空氣與板坯間的自然對流系數(shù)在5～25之間，經(jīng)筆者多次實踐得出，在該堆垛環(huán)境下對流換熱系數(shù)設為15時數(shù)學模型與實際情況最為相符，不同堆冷時間板坯表面溫度與模擬計算結果對照組如表2所示。經(jīng)計算可得模擬結果與實測結果平均誤差為1.6%，最大誤差4%，誤差值在可接受范圍內(nèi)，模型計算結果較為精確。

2.3 計算結果與分析

邊界條件：

圖2 12 h、24 h、36 h時板坯內(nèi)部溫度場分布情況

圖2 為12 h、24 h、36 h時板坯內(nèi)部溫度場分布情況，如圖2所示板坯內(nèi)部溫度場分布呈現(xiàn)中間溫度較高四周溫度較低的分布，其中上部溫度明顯偏低，分析原因可得兩端距離中心位置較遠板坯內(nèi)部傳熱較慢。上部板坯與空氣接觸表面散熱的熱流密度較大，下部與垛低接觸熱流密度較小。

表2 不同堆冷時間板坯表面溫度與模擬計算結果

在模型內(nèi)部不同的位置設置溫度觀測點，通過數(shù)值模型計算得出板坯內(nèi)部不同位置的溫度變化，圖3，下頁圖4分別為13號板坯與7號板坯中心位置溫度隨時間變化曲線與溫降速度隨時間變化曲線。由圖3，圖4可得13號板坯初始溫度較低且溫降迅速，在高溫區(qū)停留時間較短。7號板坯溫度較高且高溫持續(xù)時間相對較長溫降速度較小，高溫區(qū)停留時間較長。有研究表明[2]H元素在600～700℃之間時H元素擴散效果最好，有利于減少H偏析，改善板坯內(nèi)部質(zhì)量。13號號鋼板在堆放6 h后溫度已經(jīng)低于600℃緩冷效果較差，改善板坯內(nèi)部質(zhì)量的效果較差，現(xiàn)場堆垛時應采適當措施減緩溫降速度。7號板坯在600～700℃時間段內(nèi)停留時間較長緩冷效果較好，在緩冷48 h后溫度降低到350℃左右，有研究表明板坯[3]在200℃以下均具有排氫能力，應適當延長堆垛時間。

3 結論

1）板坯在堆垛48 h后仍具有一定的排氫能力，板坯堆垛時間應適當延長。

2）垛頂位置溫度下降較較快快速排氫溫度區(qū)間停留時間較短，堆垛時應可在垛頂覆蓋一層無需執(zhí)行堆垛工藝的板坯，以確保堆垛緩冷效果。

圖3 坯中心位置溫度隨時間變化曲線

圖4 溫降速度隨時間變化曲線