.246 北京科技大学学报 第31卷 (开始 有限元软件ANSYS实现的，如前所述轧辊空冷温 度场问题为轴对称瞬态问题，假设轧辊各向同性，不 读取模型参数 参数优化模型 含内热源，并忽略周向导热，为减少计算量，取工作 读取时间及空间步长 辊的1/4建立模型如图4，单元类型取平面四节点 1 轧制过程 空冷过程 工作辊状态 单元PLANE55,工作辊的导热系数λ=41Wm-1. ℃-1，比热容c=500J·kg1.℃-1，密度= 开始轧制过程计算 数据库 并始空冷过程计算 (轧制参数 7850kgm-3,工作辊在与空气接触表面发生对流 环境参数) 第块带钢 输入空冷时间 换热和辐射换热，将这两种换热等效为一种换热，根 据经验值取定一个等效换热系数，一般将工作辊的 故障停机 轧制状态 空冷过程等效为自然对流换热，换热系数取 期， 间歇期 5Wm-2.℃-1.在模型的另外两个面，即轴截面和 计算轧制期计算间撇期 计算空冷 边界条件 边界条件 边界条件 纵剖面，边界条件认为是绝热边界条件，将等效换热 系数取为零，在加边界条件时，选择不加载，ANSYS 第个时间 第/个时间 将默认为绝热条件10町] 步长温度场 数据库 步长温度场 (计算结果) 热辊形计算 热辊形计算 带解轧制完毕> 本时间段完香 是 是 继续空冷 单位轧制完毕 故障停机结束 状态判断计算 空冷计算完毕 图4工作辊空冷温度场计算的有限元模型 结束 Fig.4 Finite element model for calculating the temperature field of a work roll under air cooling condition 图2工作辊温度场计算流程图 模型初始条件的形式很简单，包括辊身表面和 Fig.2 Flowchart of the temperature field simulation model of work 内部各点的温度，以及环境温度，将前面计算出的 rolls 工作辊下机时的温度场加载到有限元模型，如图5 工作辊下机时表面温度分布实测值与仿真计算结果 所示，将其作为空冷过程的初始条件，然后就可以进 的比较，现场实测数据验证表明该模型对轧辊温度 行空冷过程温度场和热辊形的计算. 场的计算是准确的，可将结果作为空冷及喷淋冷却 的初始条件 80 60 393 45.989 52678 59367 66.u56 40 42644 49333 56022 62711 ★实 694 一仿真 20 图5工作辊下机时的温度场分布 Fig-5 Temperature field while the work roll leaves the mill -400 400 800 距辊身中点臣离mm 2.2空冷过程有限元计算 图3工作辊表面温度实测值与仿真值比较 为验证空冷的模型，对热轧下机的辊形进行跟 Fig-3 Comparison between the measured and the calculated surface 踪测量，每个轧制单位需跟踪测量精轧机组七个机 temperatures of a work roll 架14支工作辊整个服役周期内的辊形及辊温变化 2下机空冷和喷淋冷却过程工作辊温度场 数据，包括工作辊上机前、下机后、以及下机到磨削 有限元模型 和磨削之后直至再次上机轧钢这两个过程，每次测 量的时间间隔在轧辊刚下机后2h以内为30min, 2.1有限元模型的建立 2h之后每隔1h测量一次，F3、F5、F4和F7等重点 工作辊空冷温度场计算模型的建立是通过通用 机架跟踪测量12h.工作辊辊形测量使用马鞍架配图2 工作辊温度场计算流程图 Fig．2 Flowchart of the temperature field simulation model of work rolls 工作辊下机时表面温度分布实测值与仿真计算结果 的比较．现场实测数据验证表明该模型对轧辊温度 场的计算是准确的‚可将结果作为空冷及喷淋冷却 的初始条件． 图3 工作辊表面温度实测值与仿真值比较 Fig．3 Comparison between the measured and the calculated surface temperatures of a work roll 2 下机空冷和喷淋冷却过程工作辊温度场 有限元模型 2∙1 有限元模型的建立 工作辊空冷温度场计算模型的建立是通过通用 有限元软件 ANSYS 实现的．如前所述轧辊空冷温 度场问题为轴对称瞬态问题‚假设轧辊各向同性‚不 含内热源‚并忽略周向导热．为减少计算量‚取工作 辊的1／4建立模型如图4‚单元类型取平面四节点 单元 PLANE55‚工作辊的导热系数 λ＝41W·m —1· ℃—1‚比 热 容 c ＝500 J·kg —1·℃—1‚密 度 ρ＝ 7850kg·m —3．工作辊在与空气接触表面发生对流 换热和辐射换热‚将这两种换热等效为一种换热‚根 据经验值取定一个等效换热系数．一般将工作辊的 空冷 过 程 等 效 为 自 然 对 流 换 热‚换 热 系 数 取 5W·m —2·℃—1．在模型的另外两个面‚即轴截面和 纵剖面‚边界条件认为是绝热边界条件‚将等效换热 系数取为零‚在加边界条件时‚选择不加载‚ANSYS 将默认为绝热条件［10］． 图4 工作辊空冷温度场计算的有限元模型 Fig．4 Finite element model for calculating the temperature field of a work roll under air-cooling condition 模型初始条件的形式很简单‚包括辊身表面和 内部各点的温度‚以及环境温度．将前面计算出的 工作辊下机时的温度场加载到有限元模型‚如图5 所示‚将其作为空冷过程的初始条件‚然后就可以进 行空冷过程温度场和热辊形的计算． 图5 工作辊下机时的温度场分布 Fig．5 Temperature field while the work roll leaves the mill 2∙2 空冷过程有限元计算 为验证空冷的模型‚对热轧下机的辊形进行跟 踪测量‚每个轧制单位需跟踪测量精轧机组七个机 架14支工作辊整个服役周期内的辊形及辊温变化 数据‚包括工作辊上机前、下机后、以及下机到磨削 和磨削之后直至再次上机轧钢这两个过程‚每次测 量的时间间隔在轧辊刚下机后2h 以内为30min‚ 2h 之后每隔1h 测量一次‚F3、F5、F4和 F7等重点 机架跟踪测量12h．工作辊辊形测量使用马鞍架配 ·246· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷