双辊铸轧辊套传热规律及热辊型的数值模拟研究

摘要

铸轧辊在铸轧生产中起着极为重要的作用,铝熔体在辊缝中凝固结晶与塑性流变.传热过程是铝合金铸轧中的两个基本物理过程之一,研究与认识铸轧辊的传热规律是设计铸轧环境,铸轧工艺,控制铸轧板质量的基本需要.随着市场需求的提高,铸轧工艺的强化,铸轧板的板凸度和板形问题在生产实际中已开始日益凸现出来.由于铸轧与冷、热轧工艺原理与过程有本质区别,在铸轧板板形问题中热辊型的影响更为突出.研究与掌握热辊型的形成机理是解决铸轧板板形问题的基础.该文根据国内外的有关铸轧传热数模的分析,结合试验与机理研究,运用数值计算方法,建立铸轧过程传热的分析模型,主要进行了以下几方面的研究工作:建立了描述铸轧辊边界热载荷的数学模型;推导了各种分析模型中基于平衡法建立的差分方程,提出了其边界条件的处理方法.对铸轧辊辊套断面温度场分别进行了一维瞬态、基于拉格朗日法的二维瞬态和基于欧拉法的二维稳态导热模拟计算,研究比较了辊套中周向热传导的影响情况,从而为辊套的轴对称坐标下的导热分析奠定了基础;并对不同的铸轧速度、辊套材料导热系数、内部水冷换热系数的影响进行了研究.对铸轧区铝熔体和部分辊套进行了传热的耦合求解,其中采用热焓法来处理凝固潜热;并结合优化方法,利用测试数据,求得了铸轧界面平均换热系数.在由铸轧区输入辊套的总热量相同而分布不同的情况下,进行了辊套温度场的比较分析.对辊套进行了常规铸轧速度条件下的瞬态导热分析,结果表明辊套在很少的几个转动周期内就达到了热平衡,这与冷、热轧的情况不同.在对辊套进行了轴对称坐标下的导热分析的基础上,求解了辊套的热辊型.在常规铸轧工艺下,对辊面温度和板面温度进行了测试,并记录了相关工艺参数.在实验室小生产线多次试验基础上对快速铸轧进行了数值模拟分析,获得了一些规律性认识.所有的数值模拟结果均进行了可视化处理,得到了各种温度场及变形场图.在上述工作基础上集成了一个适用于微机的双辊铸轧辊套传热数值模拟软件系统,用于辊套温度场及相应热辊型的定量分析,可方便有效地用于铸轧辊与铸轧工艺设计.

目录

文摘

英文文摘

第一章综述

§1.1双辊铸轧技术的发展及展望

§1.2双辊铸轧传热过程数值模拟技术状况

§1.3本论文研究内容、方法、目的

第二章双辊铸轧数值模拟的数理基础

§2.1铸轧区内传热的数学模型

§2.2辊套传热的数学模型

§2.3传热计算的数值方法

§2.4小结

第三章双辊铸轧传热过程的数值模拟方法研究

§3.1辊套断面温度场的数值模拟方法

§3.2辊套导热的二维轴对称模型数值模拟方法

§3.3铸轧区传热的数值模拟方法

§3.4数值模拟结果的可视化技术

§3.5小结

第四章双辊铸轧铝薄带坯的工艺试验、测试

§4.1铸轧工艺、设备技术参数

§4.2测试工况及测试方法、结果

§4.3测试结果分析

第五章双辊铸轧铝薄带坯辊套传热的数值模拟

§5.1测试工况下的辊套传热数值模拟

§5.2辊套热辊型的数值模拟

§5.3快速铸轧辊套温度场及热辊型的数值模拟

§5.4小结

第六章全文总结

参考文献

致谢

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