正在加载图片...
第5期 方园等：双辊薄带连铸用结晶辊套温度场及其热变形 505 热的柱坐标方程可表述为叮 经过一段时间以后，传入结晶辊内部的热量，通过冷 ++影=器 却水全部带走，从而达到一个稳定状态， 1000r 其中，T为辊套温度，τ为时间，α为辊套的热扩散 率，ω为角速度，r为径向坐标，P为周向坐标 一一有小孔处 一一无小孔处 1.3边界条件的处理 100 将整个结晶辊表面分成五个不同的受热区（如 图2所示)，近似认为在每个受热区内受热均匀，分 别利用第二类和第三类边界条件进行加载[0].其 中，A为空气对流辐射区，在这一区域考虑结晶辊与 00 0.02 0.040.060.080.10 外部环境的对流和辐射换热；B为钢水辐射区，在此 径向坐标/m 区域考虑了钢水和结晶辊之间的辐射换热；C为钢 图3同一区域不同截面温度分布 水加热区，在这一区域考虑了钢水和结晶辊的接触 Fig.3 Temperature distribution of various adjacent sections 换热；D为高温铸带辐射区，这一区域位于铸带出口 附近，铸带温度较高：E为低温铸带辐射区，这一区 10005 域离铸带出口较远，铸带温度较低， 士鼠然 100 10 0 0.020.040.06 0.080.10 径向坐标/m 图4不同区域同一截面温度分布 图2结晶辊表面受热区划分 Fig.4 Temperatue distribution of the same section in various areas Fig.2 Partition of various heated areas on roll surface 2.2浇铸速度对温度分布的影响 2结果分析 对于钢结晶辊，浇俦速度分别为20和90m· min1两种工况进行了分析.图5给出了两种工况 2.1温度场沿径向的分布 下浇铸稳定阶段的温度等值线分布图，从图中可以 由于结晶辊周期性受热，并且内部带有通水冷 看出，在低速浇铸时，局部最高温度比高速浇铸时 却小孔，使得结晶辊辊套内部温度分布不均匀，图3 高，这是由于结晶辊转速变小，结晶辊每一点通过 和图4分别给出了相同时刻同一区域带有小孔处和 熔池的时间变长，因此造成了局部温度升高过快， 没有小孔处温度沿径向的分布曲线以及不同区域带 而在浇铸速度比较高时，温度沿圆周方向分布相对 有小孔处的温度沿径向分布曲线， 均匀 从图中可以看出，在同一个区域表面温度相同 图6给出了两种转速下，经过相同时间后结晶 的情况下，在小孔附近温度较低，远离小孔处温度分 辊温度的径向分布曲线.从图中可以看出，在和钢 布较为均匀，这表明由于冷却水的作用在小孔附近 水接触的高温区，在低速浇铸时结晶辊表面温度比 温度较低，当距离小孔的位置较远时，温度分布较为 高速浇铸时高，而在自然冷却的低温区，在低温浇铸 均匀，而在不同区域，在表面温度相差较大的情况 时的结晶辊表面温度比高温浇铸时低，而在远离表 下，远离表面的区域，温度分布基本一致，说明结晶 面的区域，温度分布相差不大，这表明在经过一定 辊在经过一段时间之后，内部温度场基本处于一个 时间以后，浇铸速度对结晶辊的温度场的影响只限 稳定状态，外界温度场只对结晶辊表面温度产生影 于表层，内部温度变化不大， 响，而对内部温度影响不大 利用计算出的温度场，不考虑外力作用，令辊套 由图3和图4可以看出在结晶辊的外层温度梯 内壁节点不能有周向位移，使辊套只在热应力的作 度较大，而在通水小孔以内温度分布较为平缓，表明 用下自由膨张，图7给出了两种工况下辊套热变形热的柱坐标方程可表述为［7］： ∂2T ∂r 2＋ 1 r ∂T ∂r ＋ 1 r 2 ∂2T ∂φ2＝ ω α ∂T ∂φ 其中T 为辊套温度τ为时间α为辊套的热扩散 率ω为角速度r 为径向坐标φ为周向坐标． 1∙3 边界条件的处理 将整个结晶辊表面分成五个不同的受热区（如 图2所示）近似认为在每个受热区内受热均匀分 别利用第二类和第三类边界条件进行加载［9—10］．其 中A 为空气对流辐射区在这一区域考虑结晶辊与 外部环境的对流和辐射换热；B 为钢水辐射区在此 区域考虑了钢水和结晶辊之间的辐射换热；C 为钢 水加热区在这一区域考虑了钢水和结晶辊的接触 换热；D 为高温铸带辐射区这一区域位于铸带出口 附近铸带温度较高；E 为低温铸带辐射区这一区 域离铸带出口较远铸带温度较低． 图2 结晶辊表面受热区划分 Fig．2 Partition of various heated areas on roll surface 2 结果分析 2∙1 温度场沿径向的分布 由于结晶辊周期性受热并且内部带有通水冷 却小孔使得结晶辊辊套内部温度分布不均匀．图3 和图4分别给出了相同时刻同一区域带有小孔处和 没有小孔处温度沿径向的分布曲线以及不同区域带 有小孔处的温度沿径向分布曲线． 从图中可以看出在同一个区域表面温度相同 的情况下在小孔附近温度较低远离小孔处温度分 布较为均匀．这表明由于冷却水的作用在小孔附近 温度较低当距离小孔的位置较远时温度分布较为 均匀．而在不同区域在表面温度相差较大的情况 下远离表面的区域温度分布基本一致．说明结晶 辊在经过一段时间之后内部温度场基本处于一个 稳定状态外界温度场只对结晶辊表面温度产生影 响而对内部温度影响不大． 由图3和图4可以看出在结晶辊的外层温度梯 度较大而在通水小孔以内温度分布较为平缓表明 经过一段时间以后传入结晶辊内部的热量通过冷 却水全部带走从而达到一个稳定状态． 图3 同一区域不同截面温度分布 Fig．3 Temperature distribution of various adjacent sections 图4 不同区域同一截面温度分布 Fig．4 Temperatue distribution of the same section in various areas 2∙2 浇铸速度对温度分布的影响 对于钢结晶辊浇铸速度分别为20和90m· min —1两种工况进行了分析．图5给出了两种工况 下浇铸稳定阶段的温度等值线分布图．从图中可以 看出在低速浇铸时局部最高温度比高速浇铸时 高．这是由于结晶辊转速变小结晶辊每一点通过 熔池的时间变长因此造成了局部温度升高过快． 而在浇铸速度比较高时温度沿圆周方向分布相对 均匀． 图6给出了两种转速下经过相同时间后结晶 辊温度的径向分布曲线．从图中可以看出在和钢 水接触的高温区在低速浇铸时结晶辊表面温度比 高速浇铸时高而在自然冷却的低温区在低温浇铸 时的结晶辊表面温度比高温浇铸时低．而在远离表 面的区域温度分布相差不大．这表明在经过一定 时间以后浇铸速度对结晶辊的温度场的影响只限 于表层内部温度变化不大． 利用计算出的温度场不考虑外力作用令辊套 内壁节点不能有周向位移使辊套只在热应力的作 用下自由膨胀．图7给出了两种工况下辊套热变形 第5期 方 园等： 双辊薄带连铸用结晶辊套温度场及其热变形 ·505·