本文以热轧带钢轧后射流冲击换热为研究对象,以实现热轧带钢轧后高强度均匀化冷却为目标,以国家“十二五”科技支撑计划中“钢铁行业绿色制造关键技术集成应用示范”项目下的“热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术开发与应用”课题为依托,结合国内热连轧线轧后超快速冷却系统的开发与研究项目,对热轧带钢轧后超快速冷却设备、工艺开发中的关键技术及相关核心问题进行了研究,设计优化了相关设备结构及工艺技术,现场实际应用也取得了良好效果。论文的主要创新工作和成果如下:(1)根据热轧带钢轧后高强度冷却条件下射流冲击湍流流动的特点,系统阐明了相关的基本控制方程及离散方法,分析了高强度冷却条件下射流冲击湍流模型的理论原理及适用范围;同时结合该条件下主要工艺和参数的特点,采用数值计算的方法,得到了平面和圆形冲击射流的速度分布变化规律、湍动能分布特性以及湍流模型的适用范围,为高强度冷却条件下射流冲击湍流流动计算精度的进一步提高提供了参考。(2)结合热轧带钢轧后高强度均匀化冷却的设备结构特点及相关工艺参数,分析和研究了热轧带钢轧后超快速冷却集管的内部及喷嘴出口的流动特性,得到了不同工艺环境和结构参数下集管内部压力和流速的变化规律,并通过对内部流动特性、喷嘴出口流速以及内部压力的对比分析,得到了热轧带钢轧后高强度均匀化冷却集管的优化结构参数。(3)针对热轧带钢轧后高强度冷却中单缝隙和圆形射流冲击换热影响因素的特点,系统全面的分析了淹没和非淹没两种射流状态下带钢表面换热系数的主要影响因素,对比研究了带钢表面换热系数的分布特点及平均换热系数的变化规律,丰富和完善了热轧带钢轧后超快速冷却工艺参数优化设计的基础理论研究。(4)结合热轧带钢轧后高强度冷却中多股射流冲击换热的特点,研究了非淹没双股缝隙或圆柱射流状态下射流冲击高度、两股射流间距、冷却水温度以及射流入口速度对带钢表面换热强度的影响效果,对比分析了带钢表面的局部努塞尔数、平均努塞尔数及其峰值的变化规律,建立了相关影响参数与带钢表面平均努塞尔数的数学关系模型。为进一步优化热轧带钢轧后超快速冷却设备的布置提供了技术支持。(5)以热轧带钢轧后高强度冷却中带钢上下表面的射流冲击冷却为研究对象,分析了不同的流体入口射流速度、射流倾斜角度、流体射流入口到带钢上下换热表面的高度和流体入口缝隙宽度参数下带钢上下表面流速和压力的分布特点;针对带钢上下表面的冷却均匀性问题,对不同参数下带钢上下表面努塞尔数的分布和变化规律进行了深入的分析和研究,得到了相关工艺参数与带钢上下换热表面平均努塞尔数差值及带钢上下换热表面冲击驻点坐标值的数学表达式,为进一步提高带钢厚度方向的冷却均匀性提供了理论支撑。(6)分析了不同厚度规格及工艺条件下低合金普碳钢、低合金管线钢和低合金双相钢的冷却速率、超快速冷却后的板形效果及冷却后带钢沿长度及厚度方向的组织均匀性,所开发的热轧带钢轧后高强度均匀化冷却技术很好的满足了现场工艺要求,实现了高强度均匀化的冷却技术目标。本论文的工作是针对热轧带钢高强度均匀化冷却技术的开发和实际应用,对于进一步优化热轧带钢轧后超快速冷却设备,提高热轧带钢轧后高强度均匀化冷却技术水平具有较强的实际意义,相关技术及成果已成功用于首钢迁钢、首钢京唐及包钢等热连轧生产线,满足了实际生产需要并取得了显著效益。