Vol.21 No.5 苏岚等：热卷箱式炉内板坯温度场模拟 ·469。 连铸机 大压下轧机 热卷箱式炉 送至精轧机 感应加热炉 图1ISP生产线示意图 由此可见，将热卷箱技术灵活地应用于薄 板坯连铸连轧生产线上，可显著增加系统“柔 性”，对实现连铸与热连轧的合理匹配具有重要 简化 意义，是一项非常有前途的待开发的生产技术. 2板坯导热模型 轴向 轴向 要分析评价薄板坯连铸连轧的衔接缓冲效 果，必须对缓冲区不同型式的加热炉内的板坯 径向 。径向 温度场进行研究.热卷箱式炉内中间坯以板卷 图2几何模型一钢卷横截面 的形式存放，导热原理与其他型式的加热炉不 系数，所以径向导热系数k低于轴向导热系数k, 同，为此应对卷取及保温过程中，钢卷导热情况 其具体的数值，受钢本身的导热系数、表面光洁 进行分析. 度、硬度、钢层间的接触压力、接合处的横向平 钢卷内部导热属于轴对称物体无内热源的 均温度及是否存在氧化铁皮等一系列因素影 非稳态导热，轴向导热主要通过钢的热传导进 响，目前没有计算公式，只能用间接的方式获 行，其径向导热是通过每层金属与相邻层间存 得. 在的空气间隙及氧化铁皮进行：热交换是通过 这里将径向导热系数与轴向导热系数之比 真正触点的热传导、缝隙内空气的热传导和高 设为常数a,通过对比计算结果与试验结果，修 温下两表面间辐射传热这3种机理综合进行. 正a的取值，从而得到较为符合实际的导热模型. 通常径向导热明显弱于轴向导热.热交换的各 边界条件：第三类边界条件，与钢卷相接触 向异性十分明显.钢卷与周围介质（空气）间的 的流体介质一空气的温度T:与换热系数α为已 导热主要通过辐射和对流的方式进行， 知，公式表达为 为方便计算，将钢卷简化成具有正父各向 异性物性参数的整体，利用钢卷外形及热载荷 -k8Th(T-T) (2) 的对称性，取钢卷纵截面的14研究（几何模型 h.=eoT.+TT2+T)+1.24(T,+T)°3 如图2所示).将三维问题转化为二维轴对称问 式中，e=0.85,o=5.667×10-(W/m2.K),T,与T分别 题求解，导热微分方程为 为板坯表面与环境的热力学温度， ↓t8)()c 初始条件：过程开始时，物体整个区域中所 (1) 具有的温度为已知， 式中，k,一径向导热系数：k一轴向导热系数：x, 一坐标如上图所示P,c。一材料的密度和等压比 3有限元模拟结果 热；T一物体瞬态热力学温度；x一时间. 轴向导热系数k等于钢的导热系数.由于钢 采用通用有限元程序ANSYS进行模拟计 卷每层间空气介质导热系数远远低于钢的导热 算，调用ANSYS的温度场计算模块，并用AN-、 7 b l 一 2 1 N O 一 5 苏岚 等 : 热 卷 箱式 炉 内板 坯温度 场 模拟 一 4 6 9 - Q 同 户叮 石 回 回 回 O 图 1 I S P 生产线 示 意图 由此可 见 , 将热 卷箱技术灵 活 地应 用 于薄 板坯连铸连轧 生产 线上 , 可 显 著增加系统 “ 柔 性 ” , 对实现连 铸与热连轧的合 理匹 配具 有重 要 意义 , 是一 项非常有前途的待开发 的生 产技术 . 简化 二二李 , 2 板坯导热模 型 要分析评 价薄板坯 连铸连 轧的衔接缓 冲效 果 , 必 须对缓冲 区不 同 型 式的 加 热炉 内的板坯 温度场进行研 究 . 热 卷 箱式 炉 内中 间 坯 以板 卷 的形 式存放 , 导 热原 理 与其 他 型 式的 加 热 炉不 同 , 为此应 对卷取及 保温过 程 中 , 钢 卷 导热 情况 进 行分 析 . 钢卷 内部 导 热 属 于 轴对称物体无 内热源 的 非 稳 态 导热 , 轴 向 导 热 主 要 通 过 钢 的热 传导 进 行 , 其径 向导 热 是通 过侮层 金 属 与相 邻层 间 存 在 的空 气 间 隙 及氧化 铁 皮进 行 ; 热 交换是 通 过 真 正 触 点 的 热 传 导 、 缝 隙 内空 气 的热 传 导 和 高 温 下 两 表面 间辐 射传 热 这 3 种 机理 综 合 进 行 . 通常 径 向导热 明 显弱 于 轴 向导 热 . 热 交 换 的 各 向异 性十 分 明 显 . 钢 卷 与 周 围 介质 ( 空 气 ) 间 的 导热主 要通 过辐 射和 对流的方式进 行 . 为方便 计 算 , 将钢 卷简化 成 具 有正 交 各 向 异性 物性参数 的整 体 , 利用钢 卷 外 形 及热 载荷 的对 称性 , 取钢 卷 纵 截 面的 14/ 研 究 () L何 模型 如 图 2 所 示 ) . 将三 维 问题 转化 为 二 维轴对 称 问 题 求解 , 导 热 微 分 方 程 为 1 子 r , 己T 、 刁 了 , 己T 、 日T 令谁行l r 态气分卜炭二l 丸 一告全! , 伟 . 苍士 l( ) r C尸 、 C 尸 声 口 X 戈 口 X 少 ` 尸 口 T 式中 , 态一径 向导热系数; 凡一轴 向导热 系数 ; 从: 一坐 标如上 图所 示 ;P, q一 材料 的 密 度 和 等 压 比 热口 飞 - 物体瞬 态热 力学温度 ; -T 时 间 . 轴 向导热系数从等于 钢 的导 热系数 . 由 于钢 卷每层 间 空气介质 导 热 系 数 远 远 低 于钢 的 一 导热 t ” 向 一 ` - ~ - - , 卜 径 向 径向 图 2 几何 模型一钢 卷横 截面 系数 ,所 以径 向导热 系数.k 低于轴 向导热 系数 kx . 其具 体的数值 , 受钢 本身的导 热 系数 、 表面 光洁 度 、 硬 度 、 钢层 间 的接触压 力 、 接合处 的横 向平 均温 度 及 是 否 存 在氧 化铁 皮 等一 系列 因素 影 响 , 目前没 有计 算公 式 , 只 能 用 间 接 的方式获 得 . 这 里 将径 向导 热 系数与轴 向导热 系数之 比 设 为常 数 a , 通过对 比 计 算 结 果 与 试 验 结 果 , 修 正a 的 取值 , 从 而 得到较为符合 实际 的导热 模 型 . 边 界 条件 : 第三 类边 界条件 , 与 钢 卷相 接触 的 流体 介质 一空 气 的 温度 不与换热 系数 a 为 已 知 , 公 式表达为 一 嵘 一 hsu ( T 一 双’ (2 ) [h , 、 = ￡试天+ 天) (=eT + 厂) + 1 . 2 4 ( 天+ 不) 。」, 式 中 , : = 0 . 8 5 , a = 5 . 6 6 7 x l 0 一 8 ( W /m , · K ) ,天与 fT 分 别 为 板 坯表 面 与环 境 的热力学 温 度 . 初 始条件 : 过程开 始时 , 物体整 个 区域 中所 具 有 的温度 为 已 知 . 3 有 限 元模拟结 果 采用 通用有 限元 程序 A N S Y S 进行模拟 计 算 , 调 用 A N S Y S 的 温度场 计 算模 块 , 并 用 A N -