第4期 王晓晨等：基于ANSYS有限元法的热卷箱内中间还温度场分析 ·457· 坯头、尾部在热卷箱出口处的横向温度分布.由图 围环境进行的辐射和对流换热随之减少，使成卷后 4可知，中间坯边部的温度值比较小且温度迅速下 的中间坯温度下降变缓，这样就可以为编排轧制工 降，但是温降剧烈的区域分布比较窄，如果不考虑 艺流程和抢修轧线的生产事故争取到更多的时间 边部温降，中间坯开卷时头部上表面在热卷箱出口 下文所述层数皆指从最外层开始数起.图5为保 处的温度值是1008℃，尾部上表面在热卷箱出口 温时间对中间坯上不同位置温度的影响.由图中可 处的温度最大值是1051℃，最小值是1013℃，头 知，第2层外表面的温度值随保温时间的延长变 尾上表面温度差为5~43℃；头部内部温度数值是 化缓慢，而中间坯各层的边部以及最外层的外表面 1020℃，尾部内部温度最大值是1071℃，最小值 的温度下降迅速，其主要原因是由于端面和表面直 是1049℃，头尾内部温度差为29~51℃：头部下表 接与周围环境进行热交换，并且最外层的初始温度 面温度数值是981℃，尾部下表面温度数值是1046 最低所致.从图中还可以看出：保温时间小于15s ℃，头尾下表面温度差为65℃ 时，最长的保温时间主要受到最内层的边部温度的 层数 限制；保温时间为15s到32s时，最长的保温时间 12345678910111213141516 主要受到最外层的外表面的温度限制；保温时间大 1095 于32s时，最长的保温时间主要受到最外层的边部 1075 温度的限制.假定精轧入口要求最低温度为950℃， 1055 最长保温时间为45s. 1035 /1m0n301702i02102s10i010ag0ag0as10104o76010a1 保温时间/s 3.42611.07219.56728.06336.55845.05351 1015 1040 995 ·一各层在热卷箱入口温度 一各层在热卷箱出口温度 1020 975l 91000 图3中间坯各层在热卷箱入口与出口时温度对比 980 Fig.3 Temperature comparison of each layer at the entry and 960 exit of the coil box 最外层边部一 最外层外表 宽度/m 940 最内层边部“一最内房内表面 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 第2层团部· ·第2层外表面 1080F 920 1060 图5保温时间对中间坯不同位置温度的影响 1040 1020 Fig.5 Influence of insulation time on the temperature at dif- 1000 ferent locations of intermediate slabs 980 9609 3.5边部温降分析 头部下表面 940 。一实部内部 ·尾部丙部 由于本文所研究的热卷箱没有边部保温措施， 920 所以中间坯边部温度降低比较严重.图6表示中间 图4中间坯头尾不同部位在热卷箱出口处横向温度分布 坯不同位置在热卷箱出口处横向温度分布.从图中 Fig.4 Transverse temperature distribution at different loca- 可以看出，最外层边部温度下降20℃，第8层边 tions of the head and end area at the box exit 部温度下降52℃，第15层边部温度下降82℃，在 如前文2.1所述，中间坯头部在热卷箱入口的 最内层边部温度下降93℃，边部温度下降呈现从 温度为1100℃，尾部在热卷箱入口的温度为1025 外层到内层逐渐变大的特点.主要原因是中间坯的 ℃，中间坯在热卷箱入口处的头尾温差为75℃，如 内层相比外层在热卷箱中停留更长的时间，导致端 果中间坯不通过热卷箱直接进入精轧机，其尾部将 面在周围环境中有更大的热损失.可见如果增加保 在辊道上停留更长时间，那么中间坯在精轧机入口 温措施，应该首先考虑最内层端面的保温. 处的头尾温差一定会大于75℃.由此可见中间坯 4结论 头尾温差变小，热卷箱对中间坯的头尾温差有明显 改善作用 (1)通过ANSYS有限元仿真计算软件，本文建 3.4最长保温时间分析 立了中间坯有限元模型，利用生死单元技术模拟中 经过热卷箱卷取后，中间坯表面积减少，与周 间坯动态的卷取、保温和开卷过程，并且以辐射矩第 期 王晓晨等 基于 有限元法的热卷箱内中间坯温度场分析 坯头 、尾部在热卷箱 出口处的横 向温度分布 由图 可知 ‚中间坯边部 的温度值 比较小且温度迅速下 降‚但是温 降剧烈的区域分布 比较窄 ‚如果不考虑 边部温 降‚中间坯开卷时头部上表面在热卷箱 出口 处 的温度值是 ℃ ‚尾部上表面在热卷箱 出 口 处的温度最大值是 ℃‚最小值是 ℃‚头 尾上表面温度差为 ℃ 头部 内部温度数值是 ℃ ‚尾部 内部温度最大值是 ℃‚最小值 是 ℃‚头尾 内部温度差为 、 ℃ 头部下表 面温度数值是 ℃‚尾部下表面温度数值是 ℃ ‚头尾下表面温度差为 ℃ 围环境进行 的辐射和对流换热随之减少 ‚使成卷后 的中间坯温度下降变缓 ‚这样就可 以为编排轧制工 艺流程和抢修轧线 的生产事故争取到更多的时间 下文所述层数 皆指从最外层开始数起 图 为保 温 时间对 中间坯上不同位置温度 的影响 由图中可 知 ‚第 层外表面 的温度值随保温 时间的延长变 化缓慢 ‚而中间坯各层的边部以及最外层的外表面 的温度下降迅速 ‚其主要原因是 由于端面和表面直 接与周围环境进行热交换 ‚并且最外层的初始温度 最低所致 从 图中还可 以看 出 保温时间小于 时‚最长 的保温 时间主要受到最 内层 的边部温度 的 限制 保温时间为 到 时‚最长的保温时间 主要受到最外层 的外表面的温度 限制 保温时间大 于 时‚最长的保温时间主要受到最外层 的边部 温度 的限制 假定精轧入 口要求最低温度为 ℃‚ 最长保温时间为 保温时间 石 刀 刀 日︺口八曰︸凸叹一曰︵ 侧。理 肠腮姗‚ 刨。袋 图 中间坯各层在热卷箱入 口与出口时温度对 比 叮 宽度 卫 石 舒 二 一价寿井二二二二不二二 二件二 … 斗做 联” ” ’…’…’…’劣 一犷’立获衷暮三言 卜毓 一碘 三星郭离羲置二颤痣简 … 卜 一 州 卜 一 司 卜 一 叫 卜 一 叫 尸 一 一 一 ‘ 一 一 刁卜 州睁 图 一靠保温时间对沐中间坯不同位置温度的影响 仁 掀 图 · 中间坯头尾不同部位在热卷箱 出口处横 向温度分布 ‚ 于 工 如前文 所述 ‚中间坯头部在热卷箱入 口的 温度为 ℃‚尾部在热卷箱入 口的温度为 ℃‚中间坯在热卷箱入 口处的头尾温差为 ℃‚如 果中间坯不通过热卷箱直接进入精轧机 ‚其尾部将 在辊道上停留更长时间‚那么中间坯在精轧机入 口 处的头尾温差一定会大于 ℃ 由此可见中间坯 头尾温差变小 ‚热卷箱对 中间坯的头尾温差有明显 改善作用 最长保温时间分析 经过热卷箱卷取后 ‚中间坯表面积减少 ‚与周 边部温降分析 由于本文所研 究的热卷箱没有边部保温措施 ‚ 所 以中间坯边部温度降低 比较严重 图 表示中间 坯不 同位置在热卷箱 出口处横 向温度分布 从图中 可 以看 出‚最外层边部温度下降 ℃‚第 层边 部温度下降 ℃‚第 层边部温度下降 ℃‚在 最 内层边部温度下 降 ℃‚边部温度下降呈现从 外层到 内层逐渐变大的特 点 主要原因是中间坯的 内层相 比外层在热卷箱 中停留更长的时间‚导致端 面在周围环境中有更大的热损失 可见如果增加保 温措施 ‚应该首先考虑最 内层端面 的保温 结论 通过 有 限元仿真计算软件 ‚本文建 立 了中间坯有 限元模型 ‚利用 生死单元技术模拟中 间坯动态 的卷取 、保温和 开卷过程 ‚并且 以辐射矩 呼明