轧辊温度场热交换系数的一种简便确定方法

2002年4月April 2002第2期（总第125期）No. 2 （Suml25）钢铁研究Research on Iron & Steel轧辘温度场热交换系数的一种简便确定方法周燕肖冈IJ胡秋（湖南省煤矿机械厂）（屮南大学）摘耍轧件与轧眾之间的传热系数和冷却液的对流换热系数是研究轧辘温度场 的难题Z。本文通过联立求解轧辘与轧件的热平衡方程，提供了一简单实用的计算 方法。关键词 工作轻 温度场 等效换热系数 对流换热系数 等效温度A SIMPLE METHOD TO CALCULATE HEAT COEFHCIENT OFROLL TEMPERATURE FIELDZlioii YanXiao Gang Hu Qiu(Hunan Coal Mine Machinen Plant)( Central South Uniersitv)Synopsis To detemiiiie convec tive hrat 一 transfer coefficient of liquid coolant and hrattrans- Irr codlicient Ixdween rool and strip is one of the difficult problems for analyzing roll tnn|)frature field.This paper gives a simple method to calculate the above - mentioned coefficients by means of solviiig the equation of Ilfat balance between roll and strip Keywords work roll temperature field equivalent heat 一 transfer coefficient convective hrat - transfer coefficient exjuivalent hi叫x-raturr372002年4月April 2002第2期（总第125期）No. 2 （Suml25）372002年4月April 2002第2期（总第125期）No. 2 （Suml25）联系人：胡 秋，硕上研究生，氏沙（410083）中南人学机电【息学院研究生新公观320号W.11刖吕在轧叔温度场求解中，冷却液的对流换热系 数和轧制区内轧件和轧银Z间的换热系数是否准 确是影响轧辘温度场求解精度的車要因索z ； 由于轧制区的复杂性和轧辘与周用坏境热力学现 象的复杂性,这二个系数的确定也是轧辗温度场 研究中的难点之一。因此寻求一种简单实用且尽 量接近轧制实际情况的轧件接触热传导系数和冷 却液对流换热系数的确定方法具冇定的工程实 践意义。2基本假设忽略轧银轴向传热，热流作平而热流问题处 理;忽略匸作規与空气的对流换热、匸作辘与工作 辘轴承的换热、轧馄与轧件的辐射换热；作辘所 接受的热量的10 %计入工作辘対支承辘的传导。3轧辘和轧件的热平衡方程注意到轧辘温度场达到稳态时，从整体上和 绝对坐标來看，轧辐从外界吸收热量不再用來使 门少温度发生变化，也就是说轧轮从轧制区吸收 的热量与被冷却液和支承辘带走的热相等，由 轧辘热流平衡有Qin =有o.9L|-J q心c1 cnJ 7,z/r = f /iM,（ Tw - TR）dV （1）Jrcr-c式中人、厲分别为接触弧长内轧件和轧辐的表 面温度，儿皿,为轧辘的接触热传导系数,rcr_c分 别为轧輕闘周方向轧制区接触弧长和冷却液喷射 与覆盖弧长，q、q（为轧件塑性变形热和轧制区摩 擦热在轧制区而上形成的热流密度，、刃分别轧 件塑性变形热和摩擦热对轧辗的热分配系数。对上式左边，考虑到热分配系数公和刃的难 确定性，就铝板带材轧制而言，文献提供了如 下数据：摩擦热对轧辘的热分配系数刃为0.4 0.68,轧件塑性变形热对每个工作辘的热分配系 数为小为0.050.25,由此本文以轧件等效温度 和等效传热系数九卩来综合描述轧制过程中 轧辘与轧件的热传递和热交换，即：372002年4月April 2002第2期（总第125期）No. 2 （Suml25）37Sep =几+=in +式中 Tin轧件入口温度。（8） iub（ T$ - Tr）dF + % 卩（ijdV +?v=隔h J T统P -Rinc式中R、a分别为轧辘半径和轧制角，hp为轧件 等效换热系数，rKin分别为轧件在轧制区等 效温度和轧辘入口温度。对上式右边有右边=f Aw（Tw - TK）dr5c（3）=牌Tw - T邓）式中0为冷却液接触角，九、为冷却液平均对流换 热系数，为待求最，卩曾几分别为冷却区内轧辘 表面平均温度和冷却液温度。同样可列出轧件的热流平衡方程为：（?1 = （?2 + 2J 心（：p-尬）（4）c其屮为轧件与轧银热交换前具有的热暈，根据 本章假设有二cpu.HT右边二项分别为仇件 出口具有的热ft和传给轧辘热量，0 = cpj!。C、分别为轧件的比容热和密度，“、为轧件入口速度与厚度,心 轧件出口处温度。联立轧棍与轧件热平衡方程式（1 ）.（4）,可解 出轧制区轧件等效换热系数g和冷却液对流换 热系数几为厲=1.8&（卩紗一 rKin）1Tp - T“）“、H“ = 7 RB5-TQ4轧件等效温度丁紗的确定从上面假设可以看出，轧件等效温度并不是 轧件的实际温度，它包括轧件塑性变形热和轧制 区摩擦热引起的温升。也就是说轧件的等效温度 实际上是轧辘在绝热条件卜由塑性变形热和摩擦 热作用的温度。轧制区轧件由塑性变形热和靡擦热引起的温 升为：AT = -ln（ H/h ） +，尹x （7）pc4 l ikpcJ式中Po考虑w、d、T影响的平均单位压力Po = 必5.2（小分别为轧件出入口厚度;/为摩 擦系数；Pr单位宽轧制压力汕轧制速度；k为热 传导系数；/为轧制弧长p、c分别为轧件的密度 和比热疋为变形程度， = CH - h ）/H o于是轧件等效温度为这样根据（8）式就可求得轧件的等效温度，再 以轧件出口温度7轧辘冷却区平均温度厲卩、 冷却液温度7V、轧件入口厚度及速度“等现场 实测工艺参数和轧件的比容热c和密度p等物性 常数代入（5）（6）两式即可求出轧制区轧制等效 换热系数I和冷却液对流换热系数h. o这样就可用轧件等效温度卩紗和等效传热系 数心來综合描述轧制过程中轧辘与轧件的热传 递和热交换，轧制区边界条件可按第三类边界条 件处理即- k 曹=Aep（ Tr -:卩）这样就可避开轧件塑性变形热和摩擦热对轧線的 热分配系数难确定问题。由于上二个值的求解公式是建立在一系列假 设的皋础上，由于轧制过程的复杂性和随机性，其 结果不一定非常精确。在实际操作中，可采用试 算的方法对上两式作修正來确定最住的轧件等效 热传导系数和冷却液对流换热系数。5结语在介理假设的基础上，联立求解轧棍和轧件 的热平衡方程，以冷却液对流换热系数和轧件等 效换热系数为求知量，以具体工况下轧制工艺参 数、轧辘和轧件温度为已知量，导岀了轧件等效换 热和系数的计算公式。这样采用半试验的方法, 通过简单的测温手段，建立了一种简单实用且比 较接近轧制实际情况的轧辘温度场换热系数的确 定方法，具有一定的工程实践意义。在综合考虑轧件塑性变形和摩擦热皋础上导 出轧件等效温度计算公式，这样就可以轧件等效 温度：p和等效传热系数/jp來综介描述轧制过 程中轧辐打轧件的热传递和热交换，避开了轧制 区热流边界中塑性变形和摩擦热对轧辘热分配系 数难确定问题，同时使轧棍温度场边界条件按统 一的格式处理，便J：边界条件的离散和程序的编 制。 （收稿日期：2001 -09- 27）38版）2008（6）轧辐温度场热交换系数的一种简便确定方法版）2008（6）作者: 作者单位: 刊名:周燕，肖刚，胡秋周燕(湖南省煤矿机械厂)，丹刚,胡秋(中南人学) 钢铁研究|0HC|英文刊名 年，卷(期)； 彼引用次数：RESEARCH ON IRON AND STEEL2002. 30(2)2次1期刊论文史静孔样伟王国栋.刘相华I作眾横移对作綿温度场及热凸度的影响-轧钢2002,19(4)采用“限菇丽万汎iimqWL机在匸作報横移方式下的I作辗温度场及H比I度，并y传统轧制方代卜的结页師r对比和分析，为研究工作m 栈移方式卞的帯射板形捉供了参占和依据2. 期刊论文杜风山.于辉.郭振F. DU Fengsharx YU Hui. Guo Zheryu板带热轧匸作轮温度场的研究型性1】程学报2005,12(2)根据热乳1*崔的热力学方卅及边界条件采用冇限羌分法建龙了工件软温及场的数学枳住.模拟板苗热孔I：作软的淋度场，并进行了实聯绘讦.布 此从础I:对高刚曳宽板孔机TfHK的的行为进行了分析为研究工件報的热变形捉供了依期.3. 学位论文农邪包钢CSP厂热连轧机工作規温度场及热磨轮空的研究2007i.fHU的热冠顾为板恳理论的更菱内容Z IMJCIW!因索繁多,边界条件必 H.足板形硏究和控IMMt里的I弱坏懊 囲此对HWJF研冗A 仃承婪的刊论和实味息义.仇報的热变形理论包括轧報温度场的求解以及由此而进-步求解轧软的热变彤但由于轧報的温度场 1*W态。总迄的：维 问岂，加ZM：边長条件的女杂篡变，便須孔程站度场及K热凸度的求解以及对K在线枳住的研究成为一个长期不能解决的堺点所以轧崔热变形珅论一Fl是 板形刈论中的薄西环节.为此作后在包钢CSP热轧厂对T作fliiflfrTXtt的研尤系统研XTT.作轻拔轮型动态形诚机珅，左立了计灯孔郭激麼场和败凸 度的0jJX枳!确迄了轧郭温度场仿真所需的传热学方出及边界条件 II色呻560m出小I机上，匝点御；H 1.作轮温度场Q的仿ftitn达刘热半衡鞋I出報内部lUft场分布规地下机空冷温度场的变化坦势及热凸度变化的历史曲线零.为IX实地反映实床热唐削41软形状对孔软卜机空冷坊的热凸度进fM限兀仿几给出CL崔热凸度变形规他井将 热变形与理想轮住进行了於加，求出JB终热磨崔住曲线.4. 期刊论文 尚建红.資传in. F敏黄建平 GAO Jian-hong. HUANG Chuan-qing. WANG Min. HUANG Jian-ping 珏于ANSYS的热轧丁作辄温度场的冇限元分析-m.T.程学报2009,16(3)礙儿欣flAHSYSUH了热轧1出辗的 樂濫度场仆RbC根啊通过将模拟结果勺现场卜机品I fK?面汕K灯數粥的比较.验证了枳型的训矗性.在就基確上研究了匸作辗表展沮度及中心沮度的变化过L枳拟结呆农明轧辍慶转一周的过程中软曲i的 彊崗温及对达525T?：禅块帯钢轧制过出中轴丽的/高温厘件轧软険转68尚Z后不辩用加1；空个代制过程中轧牲中心温血从木保持I:升趋势通过修止現 场热凸険补偿棋住够数.提高了带钢板形质it砾低了产品的対锁率.5. 会议论文张鹅雁.何安瑞.杨苓王任忠宽带钢热连轧机丁作轮温度场和热凸度的研究2007d： I、&限殳I什阳“而丽热传导和热辆射的条件卜：采用 坨仰也分”建“j 1“馳热软形在找计切松啊1利用atffiii wr热轧过世中和卜肌厲任盘时刻I作软温度场及JWMU形。实践应用结果衣明此铁型计幼漣发快.祐度岛，能满处板形庄线过程控SW的需蚊6. 学位论文輦瑞红板帯轧制屮匸作轮热变形的右限元模拟2009I程的热豌fi为板彤州论的匝咗内帘Z 因K戲吗因余幣E:边界条件复杂 一自是板形研究和拧制较域世的渺场环节.因此对其展开研究 只冇雨耍的丹论和实际点义.本文系统研允了 I.作馳热牡形动态形成机理.铠芷了计W Efl WiM/4场和热凸度的仿真快住。确定了 IM牝温度场1/jJX所語的传热学方程及边界条 件.详*分析 门杵灰址渝输入输小关累从特証讨论r#kr的简化OMp总山rt水冷却.轧制升淤按累敷Mjiint公式.咐人住仃眼兀秋件AHSYS対包钢高强度轧机的i.fi：辍热罠形迦J j仿真计算.紂岀r达到热f ftW匸作報内部itt度场分布规惮.即1】作辗在内 的温度变化情况.温度传递规律及笹体趋势：然百将热单尤转换为结构甲元进行动力学的瞬态分析.再将热分析的结果渎入到结构分析中來.得到I 杵郭的内应力川斯尼否介适从而術到丁竹轮的变形侑况仅终得形曲线“JA后.利用rhermtCAMP30n外热ft仪测It了匸作報在某时刻某点的泯度场打理论计算比较.笛本相符.利用红外热像仪的分析功能待到TT 作辗的湿度曲线从而得到確形曲线.2终验证了良论分析的1E确性和所取换热系数的介理性.7. 期HJ论文朴风山.郭振宇.朱光明姜道次町逆轧机匸作總温度场及热辘型的研究-冶金设备2004, (2)倒述r多道次对逆轧制的I件软混程场和热報空动态形成过艸的轴对称数学模魁对通用仃阳兀软fWARC进行次开发,通过调用用户ew- bl和flux对70m強力高刚度轧机的工作報冊度场和热理型进行了仿氏預报.8期刊论文 张杰.张绚丽.料建国.魏钢城.何安瑞.Zhang Jie. Zhang Xuanli. Cao Jianguo. Vei Gangcheng. HeAnrui基于遗传算法的工作總温度场参数优化模型-冶金设备2003, (4)舒刀热连轧肌Lfi輕热化形il斤中鮎度场枳乜的热交换尊&数&以地定的问岂,建賣了丛J iStRttiA的券救优化KinJ以斛决女杂条件卞的热势啟 的求解树题利用优化参数计鄭的乳縊温度场打实林测秋结果一致.9. 期刊论文李俊洪.连家创岳晓冊热带钢连轧机【作辘温度场和热凸度预报模型-钢铁研究学报2003,15(6)采用种只仃较高件及的样条仃禺条汰对孔制过軒中什轻的締厦场和热凸及进行汁灯和便报结果讦叽该丽丽n丽丽百现场实利值吻介较好 耳以较祸确地计养和預报热帝钢连孔机工作報的热凸度.10. 期HJ论文高耀东.董瑞红热连轧工作轮热馄型的研究机減工程与门动化2009,住号氓水;沢 它冷以及CW匚孔丽顽口7而丽丽而T777T币人疋7而菽而融疋忑二维怏包丿卜利川及怏空对典汩反场广生的热变 形及曲力场产生的弹性变形进行績拟然垢进行秤加須到了 I作辗的变形怙况.引证文献(2条)1王中学张思勋袁举以比康水林醴钢轧覩水冷过丘模拟仿真分析期刊论文武汉科技大学学报(门然科学2巾!继钺任学半热轧帯钢轧机I.作轮热应力的仃限兀分析期刊论文包头钢伏宁院学报2006本文链接：http:/cL wanfangdata co. cn/Periodical_gtyj200202011. aspx授权使用：郑州人7-（zzdx） 授权号：He795c6-0221-4cc2-8888-9eld00a863a5下载时间：2010年10月28口