板带钢热轧工作辊温度场与热辊形计算工艺软件开发

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1、板带钢热轧工作辊温度场与热辊形计算工艺软件开发第一章绪论1.1课题研究背景板带钢产品的用途十分广泛，在军事、建筑、家电、汽车、航天、农业等各行业都有广泛应用，是国民经济各部门的生产原料。美国、日本、德国等发达国家，钢铁产能中的板带钢比例一般都在40％~60％左右，板带钢在一个国家钢铁生产所占比例已经成为衡量这个国家钢铁产业技术水平的一个重要的标志。随着世界经济的发展，未来世界对板带钢需求量将会不断增加，到2015年我国的钢铁需求量将达到2.20亿吨，世界的总需求量将也达到6.73亿吨[1]。随着科技的进步，用户对

2、板带钢的生产质量要求也逐渐趋高，从而提高板带质量也是迫在眉睫。在板形控制理论中，轧辊热变形理论和轧辊弹性变形理论具有同等重要的地位[1]，因为板形的最终的计算精度由轧辊辊缝来决定。在热轧生产中，轧辊的热变形非常明显，而轧辊热凸度是影响热带钢轧机负载辊缝的重要因素。因此，在热轧带钢生产中，准确的预测出轧辊的热变形对带钢板形质量至关重要。具体来说，对热轧工作辊温度场及热辊形的研究有以下方面的意义[2-4]：对工作辊温度场及热辊形的有效模拟，可以为工作辊原始辊形的设计、选用和优化提供更加可靠的依据，从而为轧制时辊形控制

3、提供了一定的基础；对工作辊温度场及热凸度更加深入的分析研究，可以为轧制过程中工作辊温度场及热辊形在线控制提供一些理论基础；工作辊温度场及热辊形与辊系弹性变形模型、辊系磨损模型以及金属变形模型的耦合能为热连轧板带钢的断面形状和板形控制提供一些理论方面的依据，从而为有效控制热轧带钢工作辊热辊型和提高板带钢质量打下坚实基础。在此，本文将利用有限差分法的基本思想对热轧轧辊温度场离线模拟进行分析研究，为开发高精度板带轧制过程中工作辊热辊形的计算和模拟奠定基础，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。..1.2轧辊热变形的定义

4、和形成机理在热连轧板带钢的实际生产过程中，钢坯本身的热量、钢坯在轧制变形区内所产生的变形热以及钢坯与轧辊的摩擦热等热量输入到轧辊中，使得工作辊的热量增加、温度升高，同时轧辊和周围的空气发生热扩散、和冷却液之间的热交换带走轧辊中的热量。这样热量输入输出的结果是工作辊的温度升高，产生了工作辊的热膨胀，造成了轧辊热凸度。一般我们以轧辊热凸度来表示轧辊热变形的大小，热凸度定义为轧辊中部和端部的热膨胀差，即：定义工作辊边部一点为指定点，与工作辊中部的热膨胀量作差，得到的计算结果。在板带钢实际生产过程中，轧辊的热凸度被认为是

5、因为在板带钢轧制过程中轧辊从带钢中吸收热量而产生的凸度，这是一个十分复杂的传热过程，需要考虑的因素也是很多，具体如下：带钢温度、带钢宽度、轧辊直径、轧制节奏、轧制速度、带钢的轧制升温以及摩擦热等。在20世纪50年代时期就有学者开始对热轧工作辊热变型进行了研究，时至今日，已有了很大的发展。在研究的初期主要以稳态温度场的研究为主，不能满足实际生产的需求，如今的研究主要在瞬态温度场的研究，可以在线或离线较为准确的计算模拟轧辊在轧制生产过程中的变化。对轧辊热变形的研究分析主要分为两个步骤，首先利用热传导方程来推导出轧辊内

6、的温度场计算模型，然后根据温度场的计算结果来求解轧辊的热变形[5]。第二章热轧工作辊温度场计算模型的研究2.1传热学的理论基础热传递，是一种改变物体内能的方式，是将热量从高温的物体传递到低温的物体，或者是将热量从同一个物体温度高的部分传递到温度低的部分的一个热量过程，也是改变物体内能的方式。热传递作为一种自然现象，若是物体与物体之间或者是同一物体的不同部分之间存在着温度差，就会有热量传递的情况发生，并且，将一直发生直到物体与物体或者同一物体不同部分之间温度达到相等的时候才停止。只要物体与物体之间或是同一物体不同部

7、分之间存在温度差，就会有热传导的发生，这与物体的状态以及物体间是不是有直接接触都没有关系。随着热传递的不断进行，其结果就是温度差逐渐减小直到消失，即发生热传递的物体间或者物体的不同部分之间达到相同的温度。在热传递的过程中，物质本身并没有发生转移，只不过热量从高温物体中释放，从而，物体温度降低，内能也减少（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小）；热量被低温物体所吸取，从而物体温度提升，内能也上升。因此，热传递从根本上说就是能量从温度高的物体向温度低的物体进行传递的一个过程，这个过程其实就是能量转移方式的

8、一种。同时要搞清楚的是热传递转移的是物体的热量，而不是物体的温度。热传递的方式一般有三种[45-47]，分别为对流传热、辐射传热和热传导。但是，我们一般在对轧辊温度场进行研究时，主要考虑的传热方式是热传导和对流传热这两种方式，因为这两种方式是对轧辊温度场影响最重要的两个因素。.2.2温度场模型的建立在板带钢的实际生产过程中，热轧机轧辊部分是一个相当复杂的部分，它由工作辊、