Abstract
In the manufacturing process of steel plates, materials at high temperatures above $800^{\circ}C$ are rapidly cooled by using a circular impinging water jet to determine their strength and toughness. In this study, the basic heat and fluid flow is solved by using the existing numerical model for boiling heat transfer. Actually, steel undergoes a phase change from austenite to ferrite or bainite during the cooling process. The phase change induces changes in its thermal properties. Instead of directly solving the phase change and the material cooling together, we solve the heat transfer only by applying the thermal properties that vary with temperature, which is already known from other studies. The effects of the changes in the thermal properties on the cooling of steel and the necessity of calculating the phase change are discussed.
열연 판재 제조과정에서는 제품의 강도와 인성을 제어하기 위해 압연 직후 $800^{\circ}C$ 이상의 고온 소재를 수냉각 방식으로 급속 냉각시킨다. 이 과정에는 소재 표면과 냉각수 사이의 비등 열전달 현상과 소재 표면에 쌓이는 체류수의 자유표면 유동, 소재의 고속 주행 등 매우 복잡한 물리현상들을 포함하고 있다. 본 연구에서는 이 모든 물리 현상들을 수치적으로 모델링한 해석 모델을 적용하여 기본 열전달 해석을 수행한다. 실제로 소재는 냉각에 의해 내부에서 오스테나이트로부터 페라이트로 상변태가 일어나고 이로 인해 소재의 국부적인 열물성치의 변화가 발생하지만 본 연구에서는 상변태를 직접 푸는 방법 대신 이미 알려진 소재의 온도에 따른 물성변화 곡선을 이용하여 냉각해석을 수행하고 이를 기존의 일정 물성치 조건에서 해석한 결과와 비교하여 소재의 물성변화가 소재 냉각에 미치는 영향과 상변태 해석의 필요성에 대해 검토하였다.