軋輥溫度場(chǎng)熱交換系數(shù)的一種簡(jiǎn)便確定方法

2002年4月 April 2002 第2期（總第125期） No. 2 （Suml25） 鋼鐵研究 Research on Iron & Steel 軋轆溫度場(chǎng)熱交換系數(shù)的一種簡(jiǎn)便確定方法 周燕 肖岡IJ胡秋 （湖南省煤礦機(jī)械廠） （屮南大學(xué)） 摘耍軋件與軋眾之間的傳熱系數(shù)和冷卻液的對(duì)流換熱系數(shù)是研究軋轆溫度場(chǎng) 的難題Z—。本文通過聯(lián)立求解軋轆與軋件的熱平衡方程，提供了一簡(jiǎn)單實(shí)用的計(jì)算 方法。 關(guān)鍵詞 工作輕 溫度場(chǎng) 等效換熱系數(shù) 對(duì)流換熱系數(shù) 等效溫度 A SIMPLE METHOD TO CALCULATE HEAT COEFHCIENT OF ROLL TEMPERATURE FIELD Zlioii Yan Xiao Gang Hu Qiu (Hunan Coal Mine Machinen Plant) ( Central South Uni\ersitv) 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 h?i叫x-raturr 37 2002年4月 April 2002 第2期（總第125期） No. 2 （Suml25） 37 2002年4月 April 2002 第2期（總第125期） No. 2 （Suml25） 聯(lián)系人：胡 秋，碩上研究生，氏沙"（410083）中南人學(xué)機(jī)電【息學(xué)院研究生新公觀320號(hào) ■W. 1— 1刖呂 在軋叔溫度場(chǎng)求解中，冷卻液的對(duì)流換熱系 數(shù)和軋制區(qū)內(nèi)軋件和軋銀Z間的換熱系數(shù)是否準(zhǔn) 確是影響軋轆溫度場(chǎng)求解精度的車要因索z ?； 由于軋制區(qū)的復(fù)雜性和軋轆與周用壞境熱力學(xué)現(xiàn) 象的復(fù)雜性,這二個(gè)系數(shù)的確定也是軋輾溫度場(chǎng) 研究中的難點(diǎn)之一。因此尋求一種簡(jiǎn)單?實(shí)用且盡 量接近軋制實(shí)際情況的軋件接觸熱傳導(dǎo)系數(shù)和冷 卻液對(duì)流換熱系數(shù)的確定方法具冇?定的工程實(shí) 踐意義。 2基本假設(shè) 忽略軋銀軸向傳熱，熱流作平而熱流問題處 理;忽略匸作規(guī)與空氣的對(duì)流換熱、匸作轆與工作 轆軸承的換熱、軋餛與軋件的輻射換熱；「?作轆所 接受的熱量的10 %計(jì)入工作轆対支承轆的傳導(dǎo)。 3軋轆和軋件的熱平衡方程 注意到軋轆溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，從整體上和 絕對(duì)坐標(biāo)來看，軋輻從外界吸收熱量不再用來使 門少溫度發(fā)生變化，也就是說軋輪從軋制區(qū)吸收 的熱量與被冷卻液和支承轆帶走的熱©相等，由 軋轆熱流平衡有Qin =有 o.9L| - J q心 c 1 c nJ 7,z/r] = f /iM,（ Tw - TR）dV （1） Jrc 」r-c 式中人、厲分別為接觸弧長(zhǎng)內(nèi)軋件和軋輻的表 面溫度，兒皿,為軋轆的接觸熱傳導(dǎo)系數(shù),rc>r_c分 別為軋輕闘周方向軋制區(qū)接觸弧長(zhǎng)和冷卻液噴射 與覆蓋弧長(zhǎng)，q、、q（為軋件塑性變形熱和軋制區(qū)摩 擦熱在軋制區(qū)而上形成的熱流密度，％、刃分別軋 件塑性變形熱和摩擦熱對(duì)軋輾的熱分配系數(shù)。 對(duì)上式左邊，考慮到熱分配系數(shù)公和刃的難 確定性，就鋁板帶材軋制而言，文獻(xiàn)⑵提供了如 下數(shù)據(jù)：摩擦熱對(duì)軋轆的熱分配系數(shù)刃為0.4 ~ 0.68,軋件塑性變形熱對(duì)每個(gè)工作轆的熱分配系 數(shù)為小為0.05?0.25,由此本文以軋件等效溫度 和等效傳熱系數(shù)九卩來綜合描述軋制過程中 軋轆與軋件的熱傳遞和熱交換，即： 37 2002年4月 April 2002 第2期（總第125期） No. 2 （Suml25） 37 『Sep =幾+ =『in + 式中 Tin——軋件入口溫度。 （8） 〃 iub（ T$ - Tr）dF + % 卩（ijdV + ?v =隔h J T統(tǒng)P -『Rin〉 ⑵ "c 式中R、a分別為軋轆半徑和軋制角，hp為軋件 等效換熱系數(shù)，rKin分別為軋件在軋制區(qū)等 效溫度和軋轆入口溫度。 對(duì)上式右邊有 右邊=f Aw（Tw - TK）dr 5c （3） =牌」Tw - T鄧） 式中0為冷卻液接觸角，九、為冷卻液平均對(duì)流換 熱系數(shù)，為待求最，卩曾幾分別為冷卻區(qū)內(nèi)軋轆 表面平均溫度和冷卻液溫度。 同樣可列出軋件的熱流平衡方程為： （?1 = （?2 + 2J 心（：p-尬） （4） 「c 其屮①為軋件與軋銀熱交換前具有的熱暈，根據(jù) 本章假設(shè)有①二cpu.HT^右邊二項(xiàng)分別為仇件 出口具有的熱ft和傳給軋轆熱量，0 = cpj! 。C、°分別為軋件的比容熱和密度，“、 〃為軋件入口速度與厚度,心 軋件出口處溫度。 聯(lián)立軋棍與軋件熱平衡方程式（1 ）.（4）,可解 出軋制區(qū)軋件等效換熱系數(shù)g和冷卻液對(duì)流換 熱系數(shù)幾為 厲=1.8&（卩紗一 rKin） ° ? 1 T^p - T“） “、 H“ = 7 RB5-TQ ⑹ 4軋件等效溫度丁紗的確定 從上面假設(shè)可以看出，軋件等效溫度并不是 軋件的實(shí)際溫度，它包括軋件塑性變形熱和軋制 區(qū)摩擦熱引起的溫升。也就是說軋件的等效溫度 實(shí)際上是軋轆在絕熱條件卜由塑性變形熱和摩擦 熱作用的溫度。 軋制區(qū)軋件由塑性變形熱和靡擦熱引起的溫 升為： AT = -^ln（ H/h ） +，［尹］x （7） pc 4 l ikpcJ 式中Po考慮w、d、T影響的平均單?位壓力?Po = 必"5.2（小〃"分別為軋件出入口厚度;/為摩 擦系數(shù)；Pr單位寬軋制壓力汕軋制速度；k為熱 傳導(dǎo)系數(shù)；/為軋制弧長(zhǎng)p、c分別為軋件的密度 和比熱疋為變形程度，£ = CH - h ）/H o 于是軋件等效溫度為 這樣根據(jù)（8）式就可求得軋件的等效溫度，再 以軋件出口溫度7\『軋轆冷卻區(qū)平均溫度厲卩、 冷卻液溫度7V、軋件入口厚度〃及速度“等現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)測(cè)工藝參數(shù)和軋件的比容熱c和密度p等物性 常數(shù)代入（5）＞（6）兩式即可求出軋制區(qū)軋制等效 換熱系數(shù)I"和冷卻液對(duì)流換熱系數(shù)h. o 這樣就可用軋件等效溫度卩紗和等效傳熱系 數(shù)心來綜合描述軋制過程中軋轆與軋件的熱傳 遞和熱交換，軋制區(qū)邊界條件可按第三類邊界條 件處理即 - k 曹=Aep（ Tr -:卩） 這樣就可避開軋件塑性變形熱和摩擦熱對(duì)軋線的 熱分配系數(shù)難確定問題。 由于上二個(gè)值的求解公式是建立在一系列假 設(shè)的皋礎(chǔ)上，由于軋制過程的復(fù)雜性和隨機(jī)性，其 結(jié)果不一定非常精確。在實(shí)際操作中，可采用試 算的方法對(duì)上兩式作修正來確定最住的軋件等效 熱傳導(dǎo)系數(shù)和冷卻液對(duì)流換熱系數(shù)。 5結(jié)語 在介理假設(shè)的基礎(chǔ)上，聯(lián)立求解軋棍和軋件 的熱平衡方程，以冷卻液對(duì)流換熱系數(shù)和軋件等 效換熱系數(shù)為求知量，以具體工況下軋制工藝參 數(shù)、軋轆和軋件溫度為已知量，導(dǎo)岀了軋件等效換 熱和系數(shù)的計(jì)算公式。這樣采用半試驗(yàn)的方法, 通過簡(jiǎn)單的測(cè)溫手段，建立了一種簡(jiǎn)單實(shí)用且比 較接近軋制實(shí)際情況的軋轆溫度場(chǎng)換熱系數(shù)的確 定方法，具有一定的工程實(shí)踐意義。 在綜合考慮軋件塑性變形和摩擦熱皋礎(chǔ)上導(dǎo) 出軋件等效溫度計(jì)算公式，這樣就可以軋件等效 溫度：p和等效傳熱系數(shù)/jp來綜介描述軋制過 程中軋輻打軋件的熱傳遞和熱交換，避開了軋制 區(qū)熱流邊界中塑性變形和摩擦熱對(duì)軋轆熱分配系 數(shù)難確定問題，同時(shí)使軋棍溫度場(chǎng)邊界條件按統(tǒng) 一的格式處理，便J：邊界條件的離散和程序的編 制。 （收稿日期：2001 -09- 27） 38 版）2008（6） 軋輻溫度場(chǎng)熱交換系數(shù)的一種簡(jiǎn)便確定方法 版）2008（6） 作者: 作者單位: 刊名: 周燕，肖剛，胡秋 周燕(湖南省煤礦機(jī)械廠)，丹剛,胡秋(中南人學(xué)) 鋼鐵研究|0HC| 英文刊名’ 年，卷(期)； 彼引用次數(shù)： RESEARCH ON IRON AND STEEL 2002. 30(2) 2次 1?期刊論文史靜?孔樣偉?王國(guó)棟.劉相華I作眾橫移對(duì)「?作綿溫度場(chǎng)及熱凸度的影響-軋鋼2002,19(4) 采用“限菇麗萬汎iimq«WL機(jī)在匸作報(bào)橫移方式下的I?作輾溫度場(chǎng)及H比I度，并y傳統(tǒng)軋制方代卜的結(jié)頁師r對(duì)比和分析，為研究工作m 棧移方式卞的帯射板形捉供了參占和依據(jù)" 2. 期刊論文杜風(fēng)山.于輝.郭振F. DU Fengsharx YU Hui. Guo Zheryu板帶熱軋匸作輪溫度場(chǎng)的研究■型性1】程學(xué)報(bào) 2005,12(2) 根據(jù)熱乳1*崔的熱力學(xué)方卅及邊界條件?采用冇限羌分法"建龍了工件軟溫及場(chǎng)的數(shù)學(xué)枳住.模擬板苗熱孔I：作軟的淋度場(chǎng)，并進(jìn)行了實(shí)聯(lián)繪訐.布 此從礎(chǔ)I:對(duì)高剛曳寬板孔機(jī)TfHK的的行為進(jìn)行了分析?為研究工件報(bào)的熱變形捉供了依期. 3. 學(xué)位論文農(nóng)邪包鋼CSP廠熱連軋機(jī)工作規(guī)溫度場(chǎng)及熱磨輪空的研究2007 i.fHU的熱冠顧為板懇理論的更菱內(nèi)容Z ?IMJCIW!因索繁多,邊界條件必 H.足板形硏究和控IMMt里的I?弱壞懊 囲此對(duì)HWJF研冗A 仃承婪的刊論和實(shí)味息義.仇報(bào)的熱變形理論包括軋報(bào)溫度場(chǎng)的求解以及由此而進(jìn)-步求解軋軟的熱變彤?但由于軋報(bào)的溫度場(chǎng)« 1*W態(tài)。總迄的：維 問豈，加ZM：?邊長(zhǎng)條件的女雜篡變，便須孔程站度場(chǎng)及K熱凸度的求解以及對(duì)K在線枳住的研究成為一個(gè)長(zhǎng)期不能解決的堺點(diǎn)?所以軋崔熱變形珅論一Fl是 板形刈論中的薄西環(huán)節(jié).為此作后在包鋼CSP熱軋廠對(duì)T作fliiflfrTXtt的研尤系統(tǒng)研XTT.作輕拔輪型動(dòng)態(tài)形誠(chéng)機(jī)珅，左立了計(jì)燈孔郭激麼場(chǎng)和敗凸 度的0jJX枳％!?確迄了軋郭溫度場(chǎng)仿真所需的傳熱學(xué)方出及邊界條件? < II色呻560m■出小I機(jī)上，匝點(diǎn)御；H 1.作輪溫度場(chǎng) Q的仿ftitn 「達(dá)劉熱半衡鞋I出報(bào)內(nèi)部lUft場(chǎng)分布規(guī)地下機(jī)空冷溫度場(chǎng)的變 化坦勢(shì)及熱凸度變化的歷史曲線零.為「IX實(shí)地反映實(shí)床熱唐削41軟形狀?對(duì)孔軟卜機(jī)空冷坊的熱凸度進(jìn)fM?限兀仿幾給出CL崔熱凸度變形規(guī)他井將 熱變形與理想輪住進(jìn)行了於加，求出JB終熱磨崔住曲線. 4. 期刊論文 尚建紅.資傳in. F敏?黃建平? GAO Jian-hong. HUANG Chuan-qing. WANG Min. HUANG Jian-ping 玨于 ANSYS的熱軋丁作輒溫度場(chǎng)的冇限元分析-m.T.程學(xué)報(bào)2009,16(3) — ?礙兒欣flAHSYSUH了熱軋1出輾的 樂濫度場(chǎng)仆RbC根啊通過將模擬結(jié)果勺現(xiàn)場(chǎng)卜機(jī)品I fK?< 面汕K燈數(shù)粥的比較.驗(yàn)證了枳型的訓(xùn)矗性.在就基確上研究了匸作輾表展沮度及中心沮度的變化過«L枳擬結(jié)呆農(nóng)明?軋輟慶轉(zhuǎn)一周的過程中?軟曲i的 彊崗溫及對(duì)達(dá)525T?：禪塊帯鋼軋制過出中?軸麗的/高溫厘件軋軟険轉(zhuǎn)6?8尚Z后不辯用加1；空個(gè)代制過程中軋牲中心溫血從木保持I:升趨勢(shì)?通過修止現(xiàn) 場(chǎng)熱凸険補(bǔ)償棋住夠數(shù).提高了帶鋼板形質(zhì)it礫低了產(chǎn)品的対鎖率. 5. 會(huì)議論文張鵝雁.何安瑞.楊苓?王任忠寬帶鋼熱連軋機(jī)丁作輪溫度場(chǎng)和熱凸度的研究2007 d： I、 &限殳I?什陽“而麗熱傳導(dǎo)和熱輛射的條件卜：采用 坨仰也分”"?建“j 1“馳熱軟形在找計(jì)切松啊»1利用atffi^ii wr 熱軋過世中和卜?肌厲任盤時(shí)刻I作軟溫度場(chǎng)及JWMU形。實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果衣明此鐵型計(jì)幼漣發(fā)快.祐度島，能滿處板形莊線過程控SW的需蚊 6. 學(xué)位論文輦?cè)鸺t板帯軋制屮匸作輪熱變形的右?限元模擬2009 I"?程的熱豌fi為板彤州論的匝咗內(nèi)簾Z ??因K戲嗎因余幣E:邊界條件復(fù)雜? 一自是板形研究和擰制較域世的渺場(chǎng)環(huán)節(jié).因此對(duì)其展開研究 ?只冇雨耍的丹論和實(shí)際點(diǎn)義. 本文系統(tǒng)研允了 I.作馳熱牡形動(dòng)態(tài)形成機(jī)理.鎧芷了計(jì)W Efl WiM/4場(chǎng)和熱凸度的仿真快住。確定了 IM牝溫度場(chǎng)1/jJX所語的傳熱學(xué)方程及邊界條 件.詳*«分析 門杵灰址渝輸入輸小關(guān)累從特証?討論r#k«««r的簡(jiǎn)化OMp總山r?t水冷卻.軋制升淤?按累敷Mjiint公式. 咐人住仃眼兀秋件AHSYS対包鋼高強(qiáng)度軋機(jī)的i.fi：輟熱罠形迦J j?仿真計(jì)算.紂岀r達(dá)到熱f ftW匸作報(bào)內(nèi)部itt度場(chǎng)分布規(guī)憚.即1】作輾在?■內(nèi) 的溫度變化情況.溫度傳遞規(guī)律及笹體趨勢(shì)：然百將熱單尤轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)甲元?進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的瞬態(tài)分析.再將熱分析的結(jié)果瀆入到結(jié)構(gòu)分析中來.得到I 杵郭的內(nèi)應(yīng)力?川斯尼否介適?從而術(shù)到丁竹輪的變形侑況?僅終得形曲線“ JA后.利用rhermtCAMP30n外熱ft儀測(cè)It了匸作報(bào)在某?時(shí)刻某?點(diǎn)的泯度場(chǎng)?打理論計(jì)算比較.笛本相符.利用紅外熱像儀的分析功能待到TT 作輾的濕度曲線?從而得到確形曲線.2終驗(yàn)證了良論分析的1E確性和所取換熱系數(shù)的介理性. 7. 期HJ論文樸風(fēng)山.郭振宇.朱光明姜道次町逆軋機(jī)匸作總溫度場(chǎng)及熱轆型的研究-冶金設(shè)備2004, "(2) 倒述r多道次對(duì)逆軋制的I件軟混程場(chǎng)和熱報(bào)空動(dòng)態(tài)形成過艸的軸對(duì)稱數(shù)學(xué)模魁對(duì)通用仃陽兀軟fWARC進(jìn)行「次開發(fā),通過調(diào)用用戶ew- bl■和flux對(duì)70m強(qiáng)力高剛度軋機(jī)的工作報(bào)冊(cè)度場(chǎng)和熱理型進(jìn)行了仿氏預(yù)報(bào). 8?期刊論文 張杰.張絢麗.料建國(guó).魏鋼城.何安瑞.Zhang Jie. Zhang Xuanli. Cao Jianguo. Vei Gangcheng. He Anrui基于遺傳算法的工作總溫度場(chǎng)參數(shù)優(yōu)化模型-冶金設(shè)備2003, "(4) —舒刀熱連軋肌Lfi輕熱化形il斤中鮎度場(chǎng)枳乜的熱交換尊&數(shù)&以地定的問豈,建賣了叢J iStRttiA的券救優(yōu)化KinJ以斛決女雜條件卞的熱勢(shì)啟 的求解樹題利用優(yōu)化參數(shù)計(jì)鄭的乳縊溫度場(chǎng)打?qū)嵙譁y(cè)秋結(jié)果一致. 9. 期刊論文李俊洪.連家創(chuàng)?岳曉冊(cè)熱帶鋼連軋機(jī)【作轆溫度場(chǎng)和熱凸度預(yù)報(bào)模型-鋼鐵研究學(xué)報(bào)2003,15(6) 采用種只仃較高件及的樣條仃禺條汰對(duì)孔制過軒中「什輕的締廈場(chǎng)和熱凸及進(jìn)行汁燈和便報(bào)結(jié)果訐嘰該麗麗n麗麗百現(xiàn)場(chǎng)實(shí)利值吻介較好 ?耳以較禍確地計(jì)養(yǎng)和預(yù)報(bào)熱帝鋼連孔機(jī)工作報(bào)的熱凸度. 10. 期HJ論文高耀東.董瑞紅熱連軋工作輪熱餛型的研究■機(jī)減工程與門動(dòng)化2009,"⑷ 住號(hào)氓水;沢 它冷以及CW匚孔麗頑口7而麗麗而T777T幣人疋7而菽而融疋忑「二維怏包丿卜利川及怏空對(duì)典汩反場(chǎng)廣生的熱變 形及曲力場(chǎng)產(chǎn)生的彈性變形進(jìn)行績(jī)擬?然垢進(jìn)行秤加須到了 I?作輾的變形怙況. 引證文獻(xiàn)(2條) 1?王中學(xué)?張思勛?袁■舉?以比康水林醴鋼軋覩水冷過丘模擬仿真分析［期刊論文］?武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(門然科學(xué) 2?巾!繼鉞?任學(xué)半熱軋帯鋼軋機(jī)I?.作輪熱應(yīng)力的仃限兀分析［期刊論文］?包頭鋼伏寧院學(xué)報(bào)2006⑷ 本文鏈接：http://cL wanfangdata? co.? cn/Periodical_gtyj200202011. aspx 授權(quán)使用：鄭州人7-（zzdx）＞ 授權(quán)號(hào)：He795c6-0221-4cc2-8888-9eld00a863a5 下載時(shí)間：2010年10月28口