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