液氮冷却润滑条件下冷轧带钢实验研究

摘要

工艺冷却和润滑是冷轧技术的核心之一，在传统的冷轧工艺中，一般采用乳化液进行润滑和冷却，针对传统乳化液和纯油轧制存在的问题和不足，本文提出一种利用液氮来代替乳化液进行冷却和润滑的新型技术方案，有望解决传统冷轧过程中存在的乳化液污染，循环系统维护困难以及带材表面质量难以控制的问题。本研究就是针对液氮冷却和润滑给冷轧润滑理论和冷却系统设计等带来的一系列新问题而提出的，通过该研究，不但可以弄清液氮在冷轧过程中的冷却和润滑机制，为液氮的控制与合理利用提供科学依据，而且有望建立新的冷轧冷却润滑系统，为新一代轧制冷却和润滑技术的开发提供了新思路。论文主要工作和研究结果如下:
　　(1)通过对液氮喷射过程的理论分析和计算，以液氮稳定膜态沸腾理论为基础，提出了理论换热系数计算模型，分析了单一变量对液氮喷射换热系数的影响，在此基础上进行了液氮喷射冷却轧辊实验研究，通过理论分析，给出了各个实验参数对换热系数的影响，最后通过数学方法回归出了各参数与换热系数的模型公式，为液氮应用冷轧轧辊温度场的计算奠定了基础。
　　(2)液氮应用冷轧条件下，其强冷性会对轧材和轧辊的性能产生影响，因此对轧辊材质和带材的低温特性进行了实验研究，分别对其进行了低温压痕硬度测试、拉伸和冲击试验，带材在-20℃时冲击功明显下降，随着冷却温度的下降，轧材和轧辊的硬度、强度都有所提高。
　　(3)液氮冷却润滑可明显降低带钢表面残油和残铁含量，提高冷轧后带钢表面清洁性;液氮冷却润滑下冷轧带钢获得了比传统方式更低的带钢温度和轧辊温度;利用Hill轧制力反算了轧制过程中的摩擦系数，得出液氮冷轧过程的摩擦系数，确定液氮冷却润滑下润滑状态为边界润滑。
　　(4)对液氮在平整轧制过程中的应用可行性进行了实验研究，结果表明，液氮在大延伸率和小延伸率平整过程中都表现出了很好的延伸率和轧制力控制稳定性，液氮的应用还提高了轧辊对带钢的遗传复制率，获得了更好的轧后带钢表面粗糙度，延长轧辊的使用周期。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 冷轧带钢工艺的润滑作用及机理

1．1．1 冷轧带钢工艺润滑作用

1．1．2 冷轧带钢润滑机理

1．1．3 润滑状态的判别

1．2 液氮在低温加工中的应用

1．3 液氮润滑机理研究

1．4 本文研究的目的、意义及内容

第2章 液氮喷射轧辊冷却换热系数模型

2．1 液氮喷雾射流冷却

2．1．1 液氮喷雾射流冷却换热机理、特点及影响因素

2．1．2 压力式喷嘴液氮喷射特性

2．1．3 理论模型及换热系数相关关联式

2．1．4 各因素对换热系数影响分析

2．2 反传热法求解表面换热系数

2．2．1 反传热法应用特点

2．2．2 反传热法为基础的综合换热系数建模

2．3 液氮喷射冷却轧辊实验研究

2．3．1 实验方案

2．3．2 实验设备

2．3．3 实验结果讨论

2．4 本章小结

第3章 液氮冷却润滑冷轧带钢试验研究

3．1 轧材轧辊低温低温特性实验研究

3．1．1 实验方案及设备

3．1．2 实验结果讨论

3．2 液氮冷轧特性实验研究

3．2．1 实验方案

3．2．2 液氮对带钢表面清洁度影响分析

3．2．3 液氮喷射冷却特性效果分析

3．2．4 液氮对带钢表面形貌影响

3．3 液氮润滑特性研究

3．3．1 冷轧中液氮的润滑机制

3．3．2 液氮冷轧润滑摩擦系数反算

3．3．3 液氮冷轧润滑带钢摩擦系数的计算与分析

3．4 本章小结

第4章 液氮平整带钢试验研究

4．1 实验设备及准备

4．1．1 冷轧实验机

4．1．2 实验原料

4．2 实验方案

4．2．1 实验准备

4．2．2 平整轧制试验方案

4．3 平整轧制试验过程

4．4 实验结果分析

4．4．1 平整轧制参数确定

4．4．2 小延伸率平整试验结果分析

4．4．3 大延伸率平整试验结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢