随着我国经济进入“新常态”,钢铁行业必须要从供给侧发力,加快自身的结构调整及技术升级才能保证持续发展,走向低能耗的“绿色生产”道路。TMCP(控制轧制和控制冷却技术)是目前热轧带钢生产领域先进技术的典型代表,是进一步提升带钢性能、节约合金元素的有效途径,而冷却单元则是实现TMCP工艺的核心装置之一。在工业生产实践中,考虑热轧带钢品种和材料冷却工艺路径差异,以及生产线改造成本等因素,TMCP的冷却线多采用层流冷却单元和快速冷却单元的组合配置。研究表明,传统层流冷却集管水流量增大到一定程度,驻点附近冷却能力不再提高。近年来,围绕快冷工艺与设备研究较多,而设备结构参数对节水及冷却能力的影响却鲜有报道。为进一步挖掘传统层流冷却装置性能,在满足工艺要求基础上尽可能节约水量,亟待开展层流冷却设备精细化分析、参数优化相关的理论和实验研究工作。本课题重点围绕热轧带钢层流冷却界面换热行为、传统层流冷却装置结构精细化分析与层流冷却过程系统仿真软件开发三个部分展开研究。首先,为研究普通层流冷却单元和快速冷却单元的结构特点、界面换热行为和冷却能力,自主研制了一套包括供水系统、喷淋系统、实验钢板加热与转移系统、信号(流量、压力、温度)采集系统等在内的物理模拟实验测试平台。其次,利用该物理模拟实验平台和流场分析软件Fluent,对层流冷却集管节流环、鹅颈管结构参数、层流冷却工艺参数等对冷却水量、水流状态以及钢板界面对流换热系数的影响进行了精细分析;对节流环与鹅颈管结构尺寸参数进行了优化;利用实验测得不同工况下钢板心部温降曲线以及红外热像仪拍摄钢板表面温度场,拟合得到鹅颈管喷淋水柱冷却影响区计算公式,并通过反求得到综合各种影响因素的实验钢板表面对流换热系数模型。最后,以建立的钢板表面对流换热系数模型为基础,将热轧带钢层流冷却传热过程简化为厚度方向的一维瞬态模型,利用VB可视化编程语言开发了热轧带钢层流冷却全流程温度模拟仿真软件,并对典型工况进行了模拟计算,仿真结果与现场测试数据吻合较好。研究方法及理论成果对快速冷却装置研发同样具有重要指导意义。