冷连轧过程中带钢温度变化规律的研究

摘要

冷轧技术发展到当今时代，带钢的表面质量越来越受到高度关注，用户对产品质量的要求不断提高，随着冷连轧技术的发展，带钢轧制的高速化已成为现代化冷连轧机发展的一大趋势。工艺冷却和润滑是冷轧工艺的重要组成部分，它是带钢冷轧过程的关键技术，在轧制过程中起着重要的作用。冷轧过程中的工艺冷却和润滑可以起到控制带钢的板形、提高带钢表面质量、降低轧制功率消耗、延长轧辊寿命和提高生产效率等作用。循环的乳化液不仅能带走摩擦热及变形热，而且还能冲走轧辊及带钢表面上的金属粉尘，使带钢表面具有好的表面清洁度，良好的润滑性和冷却性是能否实现轧机高速轧制的关键。
　　 伴随着轧制速度的提高，轧制变形区的温度、摩擦条件、前滑等情况变得十分复杂，在冷轧带钢表面很容易产生与工艺润滑密切相关的划痕、热滑伤等质量缺陷，大大降低了产品的质量及市场竞争力，而轧制变形区和机架之间带钢的温度变化是影响带钢的板形和表面质量的关键因素。为了获得良好的板形质量，需要严格控制轧辊的温度和热凸度。而轧制过程中轧件的变形热、轧件与轧辊接触产生的摩擦热以及工艺冷却和润滑制度，都会使轧辊的温度发生改变，进而影响到轧辊的凸度和带钢的板形，因此，准确地计算轧制过程中产生的热量是关键。与此同时，带钢表面温度、润滑油膜厚度以及摩擦系数等参数之间是相互联系、互相影响的。随着带钢表面温度的变化，润滑油的黏度也会随之改变，从而影响油膜厚度和摩擦系数，而随着摩擦系数的改变，又会影响轧制功率，进而影响带钢的温度。因此，要控制冷连轧过程带钢的板形和表面质量，就必须深入研究轧制变形区内和机架之间带钢温度的变化规律，提高带钢温度的计算精度。而带钢温度的微小变化都可能对带钢的质量产生较大的影响，因此，对其进行深入系统的研究，具有十分重要的理论和实际意义。
　　 本研究就是针对上述问题，结合宝钢梅山1420mm冷轧生产线乳化液系统设计的具体任务，对冷连轧过程中变形区内和机架之间影响带钢温度的变形热、摩擦系数、油膜厚度、摩擦热、带钢与轧辊热量的分配、带钢冷却等问题进行了深入系统的研究，建立了相关的计算模型，开发了温度场计算软件，给出了冷却和润滑对带钢温度的影响规律，通过大量的理论和试验研究工作，论文取得了如下研究结果：
　　 (1)对冷轧过程中变形区内变形热、摩擦热和热量分配模型进行了分析，采用传统的轧件变形功模型计算轧件的变形热，考虑到实际轧制时轧辊与轧件接触表面为混合摩擦状态的实际情况，采用预位移-滑动摩擦模型计算轧制区摩擦热，并在考虑带钢和轧辊初始温度对热量分配影响的基础上，将摩擦热做为等效独立热源温度来考虑，建立了变形区内轧件与轧辊之间热量的分配模型，同时采用考虑弹性变形的轧制力计算模型，在综合考虑上述模型的基础上，建立了轧制变形区内带钢温度的计算模型。
　　 (2)给出了冷连轧过程的油膜厚度模型，并利用轧制力模型对摩擦系数进行反算，通过对变形区内油膜厚度与摩擦系数之间关系的定量研究，建立了新的考虑轧制速度、润滑油性能、乳化液流量等因素在内的摩擦系数模型，分析了工艺润滑制度对摩擦系数的影响规律，为轧制变形区内带钢温度的精确计算奠定了基础。
　　 (3)结合冷连轧的工艺特点，考虑到传热系数的变化及机架间带钢冷却对带钢温度的影响，建立了一套新的适合冷连轧过程的带钢温度计算模型。
　　 (4)在VisualStudio6.0环境下开发了冷轧带钢温度场模拟计算软件，模拟计算结果与宝钢现场实测数据的对比分析表明，该软件计算结果与实际吻合较好，具有较高的计算精度。
　　 (5)利用所开发的带钢温度场计算软件，对冷轧过程中带钢温度的主要影响因素进行了分析，温度场计算结果为轧辊温度场的精确计算奠定了基础，也为冷轧过程中乳化液的合理使用提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 国内外冷轧带钢温度研究概况

1.2 本研究的背景、目的和意义

1.3 冷轧工艺润滑的研究概况

1.3.1 冷轧润滑机理的研究现状

1.3.2 冷轧工艺润滑剂的研究情况

1.3.3 国内外冷轧工艺润滑的现状及发展趋势

1.4 本文研究的主要内容

第2章 冷轧变形区内带钢温度计算模型

2.1 轧件的变形功模型

2.2 接触表面的摩擦热模型

2.2.1 带钢出入口的单位轧制力

2.2.2 接触区长度

2.2.3 摩擦热的计算

2.3 摩擦系数模型的建立

2.3.1 冷轧过程中摩擦系数反算方法

2.3.2 冷轧过程中润滑油膜厚度计算模型

2.3.3 摩擦系数模型的建立

2.4 摩擦系数的影响因素分析

2.4.1 乳化液的性能参数对摩擦系数的影响

2.4.2 轧制工艺参数对摩擦系数的影响

2.5 接触表面的热传导

2.6 冷轧过程变形区内带钢温度计算

2.7 小结

第3章 冷连轧过程中机架间带钢温度计算

3.1 工艺冷却和润滑对机架间带钢温度的影响

3.2 机架间带钢温度的计算方法

3.3 机架间带钢温度变化的影响因素分析

3.4 小结

第4章 带钢温度计算软件开发及影响因素分析

4.1 冷轧带钢温度计算软件开发

4.1.1 软件开发环境

4.1.2 软件的功能简介

4.2 冷轧变形区内带钢温度计算及影响因素分析

4.2.1 摩擦系数的影响

4.2.2 前张力与后张力的影响

4.2.3 加工硬化的影响

4.3 机架间带钢温度影响因素的分析

4.4 小结

第5章 冷轧实验研究及结果验证

5.1 现场轧制试验

5.1.1 现场轧制实验条件

5.1.2 现场轧制实验结果分析

5.2 小结

第6章 结论

参考文献

致谢