Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

А. В. Колдин, доцент кафедры физики, канд. техн. наук
О. Р. Латыпов, старший преподаватель кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения, канд. техн. наук, эл. почта: latolegraf@list.ru
Р. Н. Амиров, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения, канд. техн. наук
Е. В. Шурандин, аспирант кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения

При проектировании и настройке ламинарных установок охлаждения полос возникает необходимость определения их теплофизических характеристик для расчета теплового состояния полосы после охлаждения. Представлен метод определения основных характеристик воздействия системы ламинарного охлаждения на горячекатаную полосу (давление струи на полосу, вертикальные скорости в зоне столкновения, размер зоны активного струйного охлаждения, плотность теплового потока в зоне столкновения). Приведены результаты расчета гидродинамических и теплофизических характеристик системы охлаждения на примере коллекторов заданной конструкции. Определено, что конечная скорость падения на оси струи слабо зависит от давления в системе из-за его малого значения и большой высоты коллектора над полосой. Отмечено, что при давлении в системе 0,6 бар на границе зоны столкновения плотность теплового потока существенно падает, что приводит к ухудшению отвода тепла от поверхности полосы. Максимальная плотность теплового потока в центрах зон столкновения на всем протяжении системы ламинарного охлаждения полосы составила 10–12 МВт/м².
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00808, https://rscf.ru/project/23-29-00808 и при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2023-0008).

1. Muhin U., Koinov T., Belskiy S., Makarov E. Simulation of accelerated strip cooling on the hot rolling mill run-out roller table // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2014. Vol. 49, Iss. 1. P. 60–64.
2. Platov S. I., Maslennikov K. B., Urtsev N. V., Dema R. R. et al. Model of layerby-layer cooling trajectory in rolled products by TMCP // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1037. P. 390–399.
3. Hao Wu, Jie Sun, Xing Lu, Wen Peng et al. Predicting stress and flatness in hot-rolled strips during run-out table cooling // Journal of Manufacturing Processes. 2022. Vol. 84. P. 815–831.
4. Senichev G. S., Medvedev G. A., Denisov S. V., Medvedev A. G. Calculating the cooling of steel strip on the exit conveyer // Steel in Translation. 2007. Vol. 37. No. 2. P. 158–160. DOI: 10.3103/s0967091207020180
5. Biswas S. K., Chen S.-J., Satyanarayana A. Optimal temperature tracking for accelerated cooling processes in hot rolling of steel // Dynamics and control. 1997. Vol. 7. P. 327–340.
6. Zheng Yi, Li Ning, Li Shaoyuan. Hot-rolled strip laminar cooling process plant-wide temperature monitoring and control // Control Engineering Practice. 2013. Vol. 21, Iss. 1. P. 23–30. DOI: 10.1016/j.conengprac.2012.09.004
7. Honda T., Tachibana H., Buei Ya., Nakagawa Sh. et al. Temperature measurement technology in water cooling process and high accuracy cooling control technology for high tensile hot rolled strip // Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report. 2016. Vol. 111. P. 18–23.
8. Devadas C., Samarasekera I. V. Heat transfer during hot rolling of steel strip // Ironmaking and Steelmaking. 1986. Vol. 13, Iss. 6. P. 311–321.
9. Meng Q. Experimental study of transient cooling of a hot steel plate by an impinging circular jet. — URL: https://open.library.ubc.ca/media/download/pdf/831/1.0090617/1 (дата обращения: 07.05.2025)
10. Miyasaka Y., Inada S. Critical heat flux and subcooled nucleate boiling in transient region between a two-dimensional water jet and a heated surface // Journal of Сhemical Engineering of Japan. 1980. Vol.13. № 1. P. 29–35.
11. Robidou H., Auracher H., Gardin P., Lebouche M. et al. Local heat transfer from a hot plate to a water jet // Heat and mass transfer. 2003. Vol. 9. P. 861-867.
12. Hosain M. L., Fdhila R. B., Daneryd A. Heat transfer by liquid jets impinging on a hot flat surface // Applied Energy. 2016. Vol. 164. P. 934–943.
13. Leocadio H., Passos J. C. Experimental investigation of heat transfer characteristics during water jet impingement cooling of a high-temperature steel surface // Ironmaking & Steelmaking. 2021. Vol. 48, Iss. 7. P. 819–832.

14. Miyasaka Y., Inada S. The effect of pure forced convection on the boiling heat transfer between a two-dimensional subcooled water jet and a heated surface // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1980. Vol. 13, Iss. 1. P. 22–28.
15. Ochi T., Nakanishi S., Kaji M., Ishigai S. Cooling of a hot plate with an impinging circular water jet // Multi-phase flow and heat transfer III. Part A. Amsterdam, 1984. P. 671–681.
16. Zumbrunen, D. A., Incropera F. P., Viskanta R. A laminar boundary layer model of heat transfer due to a nonuniform planar jet impinging on a moving plate // Warme-und Stoffubertragung. 1992. Vol. 27. P. 311−319.
17. Колдин А. В., Платонов Н. И. Исследование теплообмена в поверхностном слое металла при натекании жидкой струи // Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 37–40.

18. Karimi Kerdabadi J., Haghanimanesh M., Karimipour A., Toghraie D. et al. The experimental/numerical investigation of variations in strip speed, water shower pattern and water temperature on high-temperature strip cooling rate in hot strip mill // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021. Vol. 143. P. 293–308. DOI: 10.1007/s10973-019-09052-4
19. Koldin A. V., Dema R. R., Nalimova M. V., Mihailov E. et al. Modeling of the thermal state of the hot rolled strip in the accelerated cooling process. Part I: heat transfer model // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019. Vol. 54, Iss. 6. P. 1330–1336.
20. Koldin A. V., Dema R. R., Nalimova M. V., Shapovalov A. N. et al. Modeling of the thermal state of a hot rolled strip in an accelerated cooling process. Part 2: A calculation of the thermal field of the strip. Results and conclusions // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2020. Vol. 55, Iss. 1. P. 171–181.