1400F轧机工作辊与冷却液之间换热特性的最优值

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.023 第27卷第4期 北京科技大学学报 Vol.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 1400F轧机工作辊与冷却液之间换热特性的最优值 尹凤福2李谋渭)张少军) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)清华大学环境科学与工程系，北京100084 摘要为了提高分段冷却在板形控制中的作用，对1400℉铝带箔轧机工作辊与冷却液之间 对流换热特性进行了模拟研究，采用正交实验方法获得了一组最优的冷却参数，并进行了模 拟验证，结果表明，影响冷却效率重要性的因素依次是冷却液粘度、喷射速度、冷却液温度和 喷射角度。 关键词分段冷却：冷却液：板形：正交实验 分类号TG335 轧辊分段冷却技术自20世纪70年代未80年 1有限元仿真及实验 代初开始成为国内外关注的问题之一.如果能有 效地改善轧辊分段冷却效果、保证良好辊型，就 对实际生产情况进行简化，只模拟一个喷嘴 可以控制带材表面质量，延长轧辊寿命，因而轧 与工作辊之间的换热特性（在模拟及实测中，认 辊分段冷却技术近年来已成为世界各国钢铁及 为基本润滑部分的作用是恒定的，故暂不考虑). 有色领域内开发研究的重要课题.目前轧辊分段 在进行有限元分析时，首先以实际几何尺寸建立 冷却技术的实验与探索结果已大量应用，国外已 几何模型，然后用映射网格划分几何模型，得到 进行改造的旧厂有德国蒂森钢厂、萨尔茨吉特热 的有限元模型如图1所示（有限元棋型的边界条 轧厂等.在国内，宝钢2030mm连轧机采用了 件、初始条件以及流体材料特性见文献[]). 轧辊分段冷却新工艺，经过改造后能更有效地控 制轧辊凸度，使钢板表面质量获得改善，攀钢的 HC冷连轧机分段冷却的改造、新疆众和铝箔厂 冷轧机工艺润滑系统技术改造项目等，经过改 造都提高了轧机的板形控制能力，生产实际证 T:轧辊 明，分段冷却控制技术在宽薄板轧制尤其是特薄 表面温度 :流体温度 R=0.18m 板及箔材的轧制中已经成为板形控制的最重要 Vu,:流体沿X轴， 譬D 手段之一.因此，开展分段冷却控制对板形影响 Y轴速度 的研究具有重要的理论意义及应用价值 笔者应用有限元方法模拟分析了某厂1400F 铝带箔轧机的工作辊与冷却液之间的对流换热 图1对流换热分析的有限元网格划分示意图 特性，以及冷却液喷射速度、温度、喷射角度、喷 Fig.1 Gridding of the finite element analysis of convective heat transfer 嘴与工作辊之间的距离和冷却液的粘度变化等 因素对对流换热特性的影响，在此基础上，又采 在对换热系数仿真计算前进行预测实验.当 用正交模拟实验的方法获得了1400F轧机中的一 1400F铝带冷轧机处于正常工作状态后（轧材为 组最优的冷却参数， 1200mm铝带)，用接触式温度计（精度0.1℃）测 量工作辊的辊面温度为382℃，然后喷射冷却液 收稿日期：2004-06-22修回日期：200409-20 60s后测量工作辊温度为36.1℃.仿真计算时工 作者简介：尹风福(1969一），男，副教授，博士 作辊的初始温度设定为382℃，然后施加一个按

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 血 、勺 轧机工作辊与冷却液之 间换热特性的最优值 尹凤福 ’， 李谋 渭 ” 张 少 军 ” 北京科技大学机械工 程 学 院 ， 北 京 清华大 学 环 境科学 与工 程系 ， 北 京 摘 要 为 了提 高分段 冷却 在 板形控 制 中的 作 用 ， 对 铝 带 箔 轧机工 作辊 与冷 却 液 之 间 对 流 换热特性进行 了模拟研 究 ， 采用 正 交实验 方 法获 得 了一 组 最优 的冷 却 参数 ， 并进 行 了模 拟验证 结果 表 明 ， 影 响冷却 效率 重 要 性 的因 素 依 次是 冷却 液粘度 、 喷射速度 、 冷 却 液温度 和 喷射角度 关键词 分 段 冷却 冷却 液 板形 正 交实验 分 类号 轧辊 分段冷 却 技 术 自 世 纪 年 代末 年 代初 开 始 成 为 国 内外 关注 的 问题 之 一 如 果 能有 效地 改善 轧 辊 分 段 冷 却 效果 、 保证 良好 辊 型 ， 就 可 以控 制 带材表 面质 量 ， 延 长 轧 辊 寿 命 ， 因而 轧 辊 分 段 冷 却 技术 近 年 来 己 成 为 世 界 各 国钢 铁 及 有色领域 内开 发研 究 的重要 课 题 目前 轧辊 分段 冷却 技 术 的实验 与探 索 结 果 己 大量应 用 国外 已 进行 改造 的 旧 厂 有德 国蒂森钢 厂 、 萨 尔茨 吉特热 轧厂 等 〔叫 在 国 内 ， 宝钢 连 轧机采 用 了 轧辊 分段 冷 却新工 艺 ， 经 过 改造 后 能更 有 效地控 制 轧辊 凸度 ， 使钢板 表 面质 量获得 改 善‘ 攀钢 的 冷连 轧机 分 段冷 却 的改造 、 新疆 众和 铝 箔厂 冷 轧机 工 艺润 滑 系统 技 术 改造 项 目等 ‘ ， 经 过 改 造 都提 高 了 轧机 的板 形 控 制 能 力 生 产 实 际证 明 ， 分 段冷 却控 制 技 术在 宽薄板 轧制 尤 其 是特 薄 板 及 箔材 的 轧 制 中 己经 成 为 板 形 控 制 的最 重 要 手 段 之 一 因 此 ， 开 展 分段 冷 却 控 制对 板 形 影 响 的研 究 具 有 重 要 的理 论 意义及 应 用 价 值 ‘， 笔者 应 用 有 限元方 法 模拟 分 析 了某 厂 铝 带 箔 轧机 的工 作 辊 与 冷 却 液 之 间 的对 流 换 热 特 性 ， 以及冷 却 液 喷射速 度 、 温 度 、 喷 射 角度 、 喷 嘴 与工 作 辊 之 间 的距 离 和 冷 却 液 的粘 度 变 化 等 因素对 对 流 换 热特 性 的影 响 在 此 基 础 上 ， 又 采 用 正 交模拟 实验 的方法 获得 了 轧机 中 的一 组 最优 的冷 却 参 数 有 限 元 仿 真及 实验 对 实 际生产 情况进行 简化 ， 只 模拟 一 个 喷嘴 与 工 作辊 之 间 的换 热 特 性 在 模拟 及 实测 中 ， 认 为基 本润 滑 部 分 的作 用 是恒 定 的 ， 故 暂 不考 虑 在进 行 有 限元 分析 时 ， 首先 以实 际几何 尺寸建 立 几 何模 型 ， 然 后 用 映射 网格划 分几 何 模型 ， 得 到 的有 限元 模 型 如 图 所 示 有 限元 模 型 的边 界 条 件 、 初 始条件 以及 流 体材 料 特 性 见 文 献 【 轧辊 表 面温度 兀 流体温度 几 ， 流体沿叉轴 ， 夕轴 速度 图 对 流换 热分 析的 有限 元 网格划 分 示 愈图 它 如 口 加坛 枷 皿 收 稿 日期 刊〕卜 修 回 日期 一 作者简介 尹 凤 福 一 ， 男 ， 副教授 ， 博士 在 对 换 热 系数仿 真 计 算前 进 行 预 测 实验 当 铝 带冷 轧机 处 于 正 常 工 作 状 态 后 轧材 为 铝 带 ， 用 接触 式 温 度 计 精度 ℃ 测 量 工 作辊 的辊 面温 度 为 ℃ ， 然 后 喷射 冷 却 液 后 测 量 工 作辊温 度 为 ℃ 仿真计 算 时工 作 辊 的初 始温 度 设 定 为 ℃ ， 然 后 施 加 一 个 按 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．04．023

Vol.27 No.4 尹凤福等：】400F轧机工作辊与冷却液之间换热特性的最优值 ·481· 温度变化的对流换热系数，时间60s,计算得到的 作辊冷却效率最高的一组最优冷却参数，从而可 工作辊辊面温度与实测值接近， 以更加有效地控制工作辊的凸度o) 2正交模拟实验 正交性原理是设计正交表的依据，它主要体 现在均衡分散性和整齐可比性两个方面，用正交 应用与图1相同的有限元模型，分别对1400F 表安排实验，只需要通过少数次实验就可以找出 轧机中冷却液喷射速度、温度、喷射角度和喷嘴 全面实验中的较好实验条件，再通过对实验结果 与工作辊之间的距离以及冷却液的粘度变化进 的分析还可以确定关键因素以及因素的重要性 行了数值模拟（具体模拟过程和数据见文献[9]）， 顺序，确定各因素的最优参数值，从而探究更优 结果表明，冷却液喷射速度和温度以及冷却液的 的实验条件，.选取冷却液的喷射速度y、温度 粘度变化对对流换热特性影响非常大，而对流换 T、喷射角度和粘度n四个影响因素，每个因素选 热特性对喷嘴与工作辊之间距离的变化不敏感， 取三个不同的数值（在此称不同的数值为位级， 因而喷嘴与工作辊间距离变化不列为考虑因素， 三个不同的数值即称为三位级).根据正交实验 仅考虑喷射速度、温度、喷射角度和粘度四个因 表和具体情况，选取了L,(3)的正交表，具体的实 素的不同组合，从而采用正交实验的方法寻求工 验安排见表1. 表1冷却效率实验正交表 Table 1 Orthogonal experiments of the cooling efficiency 影响因素 实验号 热流密度(Wm 因素1：TK 因素2：v/(ms) 因素3：) 因素4：n/(m2s) 1 位级1：293 位级1：(24.0，-10.6) 位级3：156 位级2：0.0015 130948 2 位级2：298 位级1：(24.0，-10.6) 位级1：144 位级1：0.0010 138264 位级3：303 位级1：(24.0，-10.6) 位级2：150 位级3：0.0020 94051 位级1：293 位级2：(24.0，-12.0) 位级2：150 位级1：0.0010 179746 位级2：298 位级2：(24.0，-12.0) 位级3：156 位级3：0.0020 116328 6 位级3：303 位级2：(24.0，-12.0) 位级1：144 位级2：0.0015 119473 位级1：293 位级3：(30.5，-13.5) 位级1：144 位级3：0.0020 133661 位级2：298 位级3：(30.5，-13.5) 位级2：150 位级2：0.0015 153101 9 位级3：303 位级3：(30.5，-13.5) 位级3：156 位级1：0.0010 164607 位级1之和 444355 363263 391398 482617 位级2之和 407693 415547 426898 403522 总和1230179 位级3之和 378131 451369 411883 344040 极差R 66224 88106 35500 138577 因素重要性顺序 3 2 1 3 结果与分析 而且简便易行，在一般计算分析中，得到了各因 素的各位级导致的结果之和，这个值越大说明该 正交实验表1的最右边是代表实验性能优劣 位级的冷却效率越高，也正是我们所要求的.从 的热流密度之值.在表1中下半部分列出了每组 表1中可看出冷却液温度的1位级293K、冷却液 实验的模拟结果值及其分析的结果，对实验结果 喷射速度的3位级(30.5，-13.5)、冷却液喷射角度 的分析包括直接观察、一般计算分析、考察位级 的2位级150°和冷却液粘度的1位级0.001分别 趋势和方差分析等几个内容，由于方差分析涉及 是各个因素中的最优值.正交实验中的极差是同 较多的数理统计知识，在分析中又不具有特别重 一因素中各个位级所导致的结果之和中任意两 要意义，同时一般计算分析中包含了直接观察的 者之差的最大值，它是因素重要性的依据，极差 内容，所以在这里只作一般计算分析和考察位级 大，说明该因素是活泼的，它的变化对结果影响 趋势的分析. 大：极差小，说明该因素是保守的，它的变化对结 一般计算分析是指运用简单的数学运算对 果影响小.因此，影响冷却效率重要性的顺序 实验结果进行分析的方法，这种方法实用价值大 是：冷却液粘度、喷射速度、冷却液温度、喷射角

、 妙 尹凤 福 等 轧 机 工 作辊 与冷 却液之 间换 热 特 性 的 最 优 值 温度 变化 的对 流 换 热 系数 ， 时 间 ， 计 算得 到 的 工 作 辊 辊 面 温 度 与 实 测 值 接 近 ‘， 正 交 模拟 实验 应 用 与 图 相 同 的有 限元模 型 ， 分 别对 轧机 中冷 却 液 喷 射 速 度 、 温 度 、 喷 射 角 度 和 喷 嘴 与 工 作 辊 之 间 的距 离 以及 冷 却 液 的 粘 度 变 化 进 行 了数 值 模 拟 具 体模 拟 过 程 和 数 据 见 文 献 【 结 果表 明 ， 冷 却 液 喷射 速度 和 温 度 以及 冷 却 液 的 粘 度 变 化对对 流 换 热 特 性 影 响非 常 大 ， 而 对 流 换 热特性 对 喷 嘴 与 工 作 辊 之 间距 离 的变 化 不 敏 感 因而 喷嘴 与 工 作辊 间距 离 变 化 不 列 为考 虑 因素 ， 仅 考 虑 喷射 速 度 、 温 度 、 喷 射 角 度 和 粘 度 四个 因 素 的不 同组合 ， 从 而 采 用 正 交 实验 的方 法 寻 求 工 作 辊 冷 却 效 率最 高 的一 组 最 优 冷 却 参 数 ， 从而 可 以更 加 有 效 地 控 制 工 作 辊 的 凸度 ‘你， 正 交 性 原 理 是 设计 正 交表 的依据 ， 它 主 要 体 现 在均 衡 分 散性 和 整 齐 可 比性两个 方 面 ， 用 正 交 表 安 排 实验 ， 只 需 要通 过 少数 次 实验 就 可 以找 出 全 面 实验 中 的较 好 实验 条件 ， 再通 过 对 实验 结果 的分 析 还 可 以确 定 关 键 因 素 以及 因素 的重 要 性 顺 序 ， 确 定 各 因 素 的最优 参 数 值 ， 从 而 探 究 更优 的 实验 条 件 【 ， ， 选 取 冷 却 液 的喷射 速 度 、 温 度 只 喷射 角度 和 粘度 粉四个 影 响 因素 ， 每个 因素选 取 三 个 不 同 的数值 在 此 称 不 同 的数 值 为位 级 ， 三 个 不 同 的数 值 即称 为三 位 级 根 据 正 交 实验 表 和 具 体 情 况 ， 选 取 了 勺的正 交表 ， 具 体 的实 验 安 排 见 表 表 冷 却 效 率实验 正 交 表 朽 影 响 因 素 实验 号 因 素 二 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 因 素 · 一 热 流 密 度 · 一 位 级 刀 ， 一 位 级 ， ， 一 石 位 级 ， 一 位 级 刀 ， 一 位 级 刃 ， 一 刀 位 级 刀 ， 一 刀 位 级 万 ， 一 位级 ， 一 万 位 级 ， 一 因 素 翻 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 位 级 因 素 叮 ， 一 ， 位 级 位 级 刀 位 级 刃 位 级 位 级 刀 位 级 位 级 力 位 级 刀 位 级 位 级 之 和 位 级 之 和 位 级 之 和 总 和 极 差 因 素重 要 性顺 序 结 果 与分 析 正 交 实验 表 的最 右 边 是代 表 实验 性 能优 劣 的热流 密 度 之 值 在 表 中下 半 部 分 列 出 了每 组 实验 的模 拟 结果值及 其 分 析 的结果 ， 对 实验 结 果 的分 析 包 括 直 接 观 察 、 一般 计 算 分 析 、 考 察位 级 趋 势 和 方 差 分 析 等 几 个 内容 由于 方 差 分 析 涉 及 较 多 的数 理统 计 知 识 ， 在 分 析 中又 不 具 有特 别 重 要 意义 ， 同 时一 般 计 算 分 析 中包 含 了直接 观 察 的 内容 ， 所 以在 这 里 只 作 一般 计 算 分 析 和 考 察位 级 走渔势 的分 析 一 般 计 算 分 析 是 指 运 用 简 单 的数 学运 算 对 实验 结果进 行 分 析 的方法 ， 这 种 方 法 实用 价值 大 而 且 简 便 易 行 在 一般 计 算 分 析 中 ， 得 到 了各 因 素 的各 位 级 导致 的结果 之 和 ， 这 个值 越 大 说 明该 位 级 的冷 却 效 率越 高 ， 也 正 是 我 们所 要 求 的 从 表 中可 看 出冷 却液温 度 的 位 级 、 冷 却 液 喷射 速 度 的 位 级 ，一 、 冷 却 液 喷射 角度 的 位 级 “ 和 冷 却 液 粘 度 的 位 级 分 别 是 各个 因 素 中的最 优值 正 交 实验 中 的极 差 是 同 一 因 素 中各 个 位 级 所 导 致 的结 果 之 和 中任 意 两 者 之 差 的最 大 值 ， 它 是 因 素 重 要 性 的依 据 ， 极 差 大 ， 说 明该 因素 是 活 泼 的 ， 它 的变 化对 结 果 影 响 大 极 差 小 ， 说 明该 因素 是保 守 的 ， 它 的变 化对 结 果 影 响 小 ‘ 因此 ， 影 响冷 却 效 率 重 要 性 的顺 序 是 冷 却 液 粘度 、 喷射 速 度 、 冷 却 液 温 度 、 喷射 角

·482· 北京科技大学学报 2005年第4期 度.这说明在所选的四个因素中冷却液粘度是影 的位级，纵坐标是相应因素的位级结果之和，从 响冷却效率最重要的因素，喷射角度是最不重要 图2中可清楚地看出，冷却液的粘度越小，温度 的，喷射速度和冷却液温度位于两者之间， 越低，喷射速度越高，则冷却效果越好、但是，受 考察位级趋势是通过位级与结果的内在联 实际客观条件的限制，这些因素往往是不可能无 系，探询在实验中没有被选取而可能又是更好的 限制减小或是升高的，例如，冷却液的粘度是受 位级，并以此总结出可能更优秀的方案，也可以 物理条件限制的，冷却液温度的降低也意味着设 认为是考察位级潜力还有多大.四个因素的位级 备投资的增加 趋势如图2所示，位级趋势图中的横坐标是因素 对于冷却液的喷射角度而言，2位级150°是 460 (a) (b) 440 440 420 420 创 400 400 380 380 360 293 298 303 (24.0,-10.6) (24.0,-12.0) (30.5.-13.5) 温度K 速度(W,,)ms) 430 480(c) (d) 450 420 M 420 410 390 华 400 360 390 330 0.0010 0.0015 0.0020 144 150 156 粘度Pas) 喷射角度() 图2正交实验中四个因素的位级趋势图.()冷却液温度：b)冷却液喷射速度：（©）冷却液粘度：()喷射角度 Fig.2 Evolution of the four factors in orthogonal experiments:(a)temperature:(b)spraying speed;(c)viscosity:(d)spraying angle 最优位级.但这是在仅有三个位级点模拟基础上 本上是国外某型号轧机为原型设计的，绝大多数 的判断，位级点偏少.因此，在正交实验L,(3)的 设计参数都相同，经过实际测量轧机的喷射角度 基础上还需要增加位级点，进一步地做有重点因 为150° 素的正交实验分析.为此，选取了L(6×3)正交 如果综合一般计算分析和位级趋势图的分 表，重点考察喷射角度这个因素，喷射角度在 430 144159°范围内取六个位级，每个位级间隔为3°， 420 另外三因素还是取原来的三个位级.L(6×3) 日 正交表共需进行18次模拟，其中的前九次实验 与表1中的实验19完全相同，其余九次实验（不 400 妨称实验10-18)中又得到了三个喷射角度的模 拟结果，综合这六个喷射角度的模拟结果如图3 390 所示.从图中看出，150°喷射角的值位于曲线的 380L 44 147150153156159 最高点，如果继续增大或减小都将会导致冷却效 喷射角度1() 率的降低，与图2中的结果完全一致，因此在所 图3喷射角度正交实验的位级趋势图 选范围内位级2是喷射角度的最优点，1400F基 Fig.3 Evolution of spraying angle in orthogonal experiments

北 京 科 技 度 这 说 明在所选 的 四个 因素 中冷 却 液 粘 度 是影 响冷 却 效率最 重要 的 因素 ， 喷射 角度 是最 不 重要 的 ， 喷射 速 度和 冷 却 液温 度 位 于 两者 之 间 ， 考 察 位 级 趋 势 是 通 过 位 级 与 结 果 的 内在 联 系 ， 探 询在 实验 中没有 被选 取 而 可 能又 是 更好 的 位 级 ， 并 以此 总 结 出可 能更优 秀 的方 案 ， 也 可 以 认 为是 考 察位 级潜 力还 有 多大 四个 因素 的位 级 趋 势如 图 所 示 ， 位 级 趋 势 图 中 的横 坐标 是 因素 大 学 学 报 年 第 期 的位 级 ， 纵坐 标 是相 应 因 素 的位 级 结 果之 和 ， 从 图 中可 清 楚地 看 出 ， 冷 却 液 的粘度 越 小 ， 温 度 越 低 ， 喷射 速 度 越 高 ， 则 冷 却 效 果越 好 但 是 ， 受 实 际客观 条件 的 限制 ， 这 些 因素往 往 是不 可 能无 限制减 小或 是 升 高 的 、 例 如 ， 冷 却 液 的粘 度 是 受 物 理条件 限制 的 ， 冷 却 液温度 的降低 也 意 味着 设 备投 资 的增 加 对 于 冷 却 液 的喷射 角度 而 言 ， 位 级 “ 是 介日 · 侧铆辉寨罄毕 户日 · 邵瞩幕侧“︾沐 ， 一 ， 一 。 ’ 。巨 ‘ ’ ” ，’ “ ’ ” ‘ 刁 一 ， 一 ， 一 速 度 铸，， · 一 ’ ︸ 引 ︵日 · 侧郁嘴篆巴、渗日 · 拓侧嘴簇艺沙 刀 粘度 伊 · 喷射 角度 图 正 交 实验 中四 个 因 素 的位级 趋势 图 冷 却液 温度 伪 冷却液喷射 速度 冷却液粘度 喷射 角度 ， 碑 伪 户。 忱 ， ， 扣。 最优 位 级 但 这 是在仅 有 三 个位 级 点模拟 基础 上 的判 断 ， 位 级 点偏 少 因此 ， 在 正 交 实验 勺的 基础 上 还 需要 增 加位 级 点 ， 进 一 步地 做 有 重 点 因 素 的正 交 实验 分 析 ， 为此 ， 选 取 了 正 交 表 ， 重 点考 察 喷射 角度 这 个 因素 ， 喷 射 角 度 在 “ 范 围 内取六 个位 级 ， 每 个位 级 间隔 为 ， 另外 三 因 素 还 是 取 原来 的三 个 位 级 ‘，习 正 交表 共 需进 行 次模拟 ， 其 中 的前 九 次 实验 与表 中 的实验 一 完 全相 同 ， 其 余 九 次实验 不 妨 称 实验 一 中又 得 到 了三 个 喷射 角度 的模 拟 结果 ， 综 合 这 六 个 喷射 角度 的模拟 结 果 如 图 所 示 从 图 中看 出 ， 喷射 角 的值 位 于 曲线 的 最 高 点 ， 如 果继 续增 大或减 小 都将 会 导致 冷 却 效 率 的降低 ， 与 图 中 的结 果完 全 一 致 ， 因此 在 所 选 范 围 内位 级 是 喷射 角度 的最 优 点 基 本 上 是 国外 某 型号 轧机 为 原型 设计 的 ， 绝 大 多数 设计 参数 都相 同 ， 经 过 实 际测 量 轧机 的喷射 角度 为 如 果 综 合 一 般 计 算 分 析 和 位 级 趋 势 图 的 分 一代 飞、乙， ︺ 直卫八曰 介侧栩璐篆沐荟、甲 气门 喷 射 角度 图 喷射 角度 正 交 实验 的位级 趋 势图 啥 即

Vol.27 No.4 尹凤福等：1400F轧机工作辊与冷却液之间换热特性的最优值 ·483· 析结果，并考虑到实际的客观条件，那么，一般计 参考文献 算分析中所得的一组参数应该是最优的.假设这 [山尹风福，李谋滑，张大志.1400F轧机工作辊与冷却液之间 组最优参数的实验编号为A,这组实验以及前面 的换热特性研究.中国有色金属学报，2003,131少：51 九组实验的热流密度值的对比结果如图4所示， [2]Vladimir B.Ginzburg.Selection of optimum strip profile and flatness technology for rolling mills.Iron Steel Eng,1997(7): 从图中可明显地看出A曲线均位于其他九组实 30 验的曲线之上，由此表明这一组参数的冷却效率 [3】王巍，季安珊，轧辊冷却新技术在带钢热连轧机中的应 是最高的. 用.冶金设备，1995(3)：31 [4]朱启建，李谋渭，金永春.基于喷水强度均匀分布的多级 阻尼集管设计，北京科技大学学报，2003,25(5)：469 240 []华建新，金以慧，吴文斌.冷轧板形控制中的精细冷却控 制.治金自动化，2002(1)：40 6 200 [6)]陈炎田，原田越.ABB板形仪在攀钢HC冷连轧机的应用 分析.治金自动化，19993)29 兰 0 [7刀王金军.冷轧机工艺润滑系统技术改造.重型机械，2001 160 ◆-5 6 (6):57 - [⑧]陈策，宋德周.国外现代铝带冷轧机和国产先进冷轧机 120 ★-t 轻合金加工技术，2002,30(6：11 ★一A [9]尹风福，李谋渭.铝带箔轧机中对流换热特性影响因素的 数值模拟.冶金设备，20025)：6 80 0.60 0.65 0.700.75 0.80 [1O]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践 喷射角度对应的弧长m 西安：西北工业大学出版社，2000 图4各组正交实验的热流密度值对比图 [11]Downey G.Differential roll cooling to control strip flatness and Fig.4 Contrast of heat flux in orthogonal experiments shape.Steel Times,1996(3):6 [12]Crittenden B D,Alderman N.Mechanisms by which fouling can 4结论 increase overall heat transfer coefficients.Heat Transfer Eng. 1992.1312:87 [13]Wang F L,Li M W,Yin FF.Numerical simulation of circular jet 采用正交模拟实验的方法找出了1400F轧机 impinging on hot steel plate.J Univ Sci Technol Beijing,2002, 中一组最优的冷却参数，模拟计算结果证明了其 94:262 有效性.影响冷却效率重要性的顺序依次是冷却 [14]袁志发，周静芋，实验设计与分析.北京：高等敕育出版社， 液粘度、喷射速度、冷却液温度、喷射角度，对于 2000 [15引北京大学数学系实验设计组，正交实验法.北京：科学普 1400F轧机，150°是最优的喷射角度.这些模拟和 及出版社，1979 实验结果，为提高工作辊与冷却液之间的冷却效 率提供了依据， Optimum values of convection heat transfer between the working rolls and coolant fluid of mill 1400F YIN Fengfu,LI Mouwei,ZHANG Shaojun 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Environmental Science and Engincering,Tsinghua University,Beijing 100084,China ABSTRACT The function of stage-cooling in flatness control becomes more important than ever before by many examples in factories.On the base of the convection heat transfer between the working rolls and the coolant fluid of the aluminum mill 1400F,the optimum values of convection heat transfer were found through orthogonal experi- ments and proved to be optimal by numerical simulation.The factors in orthogonal experiments arranges as the vis- cosity,the speed,the temperature and the spraying angle of coolant fluid in the order of importance. KEY WORDS stage-cooling;coolant fluid;plate profile;orthogonal test

、向 尹 凤 福 等 轧 机 工 作 辊 与冷 却液之 间换 热特性 的 最 优 值 析 结果 ， 并考 虑 到 实 际 的客 观 条 件 ， 那 么 ， 一般 计 算 分 析 中所 得 的一 组 参 数 应 该 是 最优 的 假 设 这 组 最优 参 数 的实验 编 号 为 ， 这 组 实验 以及 前 面 九 组 实验 的热 流 密 度 值 的对 比结 果 如 图 所 示 ， 从 图 中可 明显 地 看 出 曲线 均 位 于 其 他 九 组 实 验 的 曲线 之 上 ， 由此 表 明这 一 组 参 数 的冷 却 效 率 是 最 高 的 习曰到引训妇川 杏一个介令干十小 ，︸且 八曰乙 犷日 · 侧知著埃燕沙 石 石 喷射 角度 对 应 的弧 长 图 各组正 交 实验 的热 流密 度值对 比 图 结 论 采用 正 交 模 拟 实验 的方 法 找 出 了 轧 机 中一 组 最 优 的冷 却 参 数 ， 模 拟 计 算 结 果证 明 了其 有 效性 影 响冷 却 效率 重 要 性 的顺 序 依 次 是冷 却 液 粘 度 、 喷 射 速 度 、 冷 却 液 温 度 、 喷 射 角度 ， 对 于 轧机 ， “ 是 最 优 的喷射 角 度 这 些 模 拟 和 实验 结果 ， 为提 高工 作 辊 与冷 却 液 之 间 的冷 却 效 率 提 供 了依 据 参 考 文 献 【 尹 凤 福 ， 李 谋 渭 ， 张 大 志 轧 机 工 作 辊 与 冷 却 液 之 间 的换 热特性研究 中 国 有 色 金 属 学报 ， ， ， 叩 ， 王 巍 ， 季 安珊 轧辊 冷 却 新 技 术在 带钢 热连 轧 机 中的应 用 冶 金 设 备 ， 朱 启 建 ， 李 谋 渭 ， 金 永春 基 于 喷 水 强 度 均 匀分布 的 多 级 阻 尼 集 管 设 计 北 京 科技 大 学 学 报 ， ， 华 建 新 ， 金 以 慧 ， 吴 文 斌 ， 冷 轧 板 形 控 制 中的精 细 冷 却 控 制 冶 金 自动 化 ， 陈 炎 田 ， 原 田 越 板 形 仪 在 攀 钢 冷 连 轧 机 的应 用 分 析 冶 金 自动 化 ， 王 金 军 冷 轧 机 工 艺润 滑 系统技 术 改 造 重 型 机 械 ， 【 陈策 ， 宋 德 周 国外现 代铝 带 冷 轧机 和 国产 先进 冷轧 机 轻 合 金 加 工 技 术 ， ， 尹 凤 福 ， 李 谋渭 铝 带 箔 轧 机 中对 流 换热 特性 影 响 因 素 的 数 值 模拟 冶金 设 备 ， 【 王 国强 实用 工 程 数 值模 拟 技 术及 其在 上的实践 西 安 西 北 工 业 大 学 出版 社 ， 即 们免 ， ， ，介 ， ， 」 走 · ， ， ， ， 【 袁 志 发 ， 周 静 芋 实验 设 计 与分 析 北 京 高等教育 出版 社 ， 【巧 北 京 大 学 数 学 系 实验 设 计 组 正 交实验法 北 京 科 学 普 及 出版 社 ， 铆 爪 ， ，， 人五， ，， ’ ” 飞 ， 群 ， ， ， ， ， 一 们 ， ， ， 一