轧钢设备板形瞬态温度场和热变形的研究
- 发布时间：2014/2/19 16:41:35
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(1)轧辊温度场计算模型的建立。有限差分法是将微分方程式(即热传导方程式)差分近似求解的方法，因具有原理简单、计算精度高等特点，在解决这类问题上具有明显的优势，因而得到了广泛的应用。经过理论分析并结合轧制现场的实际要求，可确定采用二维显式差分为zui终求解方法。
采用轴对称工作辊温度场数学模型，利用二维显式有限差分法建立热轧工作辊二维温度场数学模型。首先假设如下：轧辊各向同性;忽略轧辊变形产生的变形热，轧辊不含内热源;轧辊与轧件、冷却水、空气之间的换热系数是常数;轧辊各项物性参数是常数。将工作辊划分成如图2-23所示的网格，每一个单元为一个小圆柱环，然后再基于能量守恒定律对每个单元网格的热输入、热输出、热源、储能变化等进行分析，建立整个网格系统温度分布的差分格式，求出轧辊®度场分布和变化。
(2)差分方程的建立。从轧钢设备导热微分方程推导差分方程有两种方法，即显式差分方法和隐式差分方法。与隐式差分相比，显式差分具有较小的计算量和较高的计算速度，而且在满足方程稳定性的条件下，显式差分具有较小的舍入误差;但是，显式差分时间步长的选取则受空间步长的制约，因此显式差分需要进行稳定性验证。轧辊各类单元的稳定条件由于其显式差分方程不同而各不相同。经过计算验证，空间步长不小于20mm，时间步长不大于10s时，所有单元显式差分方程均满足稳定性条件。而根据仿真结果，10s内轧辊热凸度变化量仅几微米，所以10s计算一次热凸度能够满足热轧在线控制要求。
(3)轧辊温度场求解边界条件的处理。轧辊在转动一周的过程中首先与高温带钢接触，轧辊表面迅速升温，然后经过喷淋冷却，轧辊表面温度又降低，如此周而复始，从轧辊咬钢至甩尾，轧钢设备经过一定时间的等待(即轧制间歇期)，在此期间轧辊一直被喷淋冷却直至下一块钢被咬入，工作辊进入下一次热行为周期。由上分析，工作辊的热交换主要有以下几种形式：带钢在接触区传入轧辊的热zui;带钢热辐射传入轧辊的热量;工作辊轴承与轧辊辊颈处热交换;冷却水从辊面带走的热摄。