《工作辊冷却及热凸度控制技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工作辊冷却及热凸度控制技术（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工作辊冷却及热凸度控制技术1工作辊冷却及热凸度控制技术的作用良好的工作辊冷却及热凸度控制是降低工作辊消耗、控制板形、提高生产收得率的有效措施。 影响工作辊寿命的因素有：磨损、热裂纹。工作辊 的磨损主要与工作辊的材料及表面温度有关，而 热裂纹主要与工作辊冷却不均、局部急冷、使用不 当、设计不合理等因素有关。通过控制冷却，改善 辊子冷却效果，防止工作辊出现严重热裂纹，减少 工作辊磨损进而减少换辊次数。在一个换辊周期 里，使用初期，中部温度高、两端温度低，相应在工 作辊的辊身方向上产生不同的凸度，板形易形成 中浪；在后期，中部的磨损比边部大，板形就易形 成边浪。辊型决定板形，通过控制冷却，可以控制
2、工作辊热凸度，避免不良板形的产生。2工作辊冷却及热凸度控制的数学模型2. 1工作辊的温度模型 在轧制过程中，工作辊所产生的热流量主要 取决于：1）接触产生的传导热，2）相对滑动产生的 摩擦热，3）轧件变形产生的变形热。工作辊受850 1 050C的来料轧件热传导接触作用，其表层瞬 时温度可达到400C以上。在径向，热流从工作辊 外层向中心传导；在轴向，热流从中部向两端传导。较薄的辊面层在回火的作用下使组织发生变化形成第一种温度梯度；离开变形区的辊面将热量传至轧辊内部并辐热至空间，再在冷却水的作用下带走热量，使该区域的辊面温度急剧降到4050C,形成第二种温度梯度；之后受轧辊内部的逆向热传导的影
3、响，使该辊面温度又回到8090C。刚投入使用时（换新辊或停机较长时间），工作辊是冷的；开轧以后，温度逐渐增高；当轧完2030块板后，工作辊温度达到一个稳态平均值。通常把工作辊分解 成圆柱状辊芯及管状外层，管状外层的壁厚取决于工作辊的材质和转速。计算每转的热平衡时，只考虑外层的温度波动及辊芯由于热量不断更新引起的温度变化。影响工作辊冷却效率的参数有:1）喷嘴压力p，2）喷嘴流量q，3）喷射角度B，4）轧制速度v，5）喷射高度d，6）工作辊表面温度T s，7）散射角度。它们与冷却速率的基本关系是：压力、流量越大，冷却效率越高；工作辊速度、喷射角、喷射高度越大，冷却效率越低。工作辊表面温度低于某个值
4、时，冷却效率随温度增大而增大；高于该值后，冷却效率随温度增大反而减小。工作辊的传热系数h可用下式表达1：h= h0X fl(p)X f2(q)X f3(d)X f4(B)X f5(T s)式中:h0初始条件下的传热系数值；fl, f2, f3, f4, f5, 各变量冷却效率因子。对于已有的冷却集管，通常喷嘴压力、喷射高 度、散射角度是不能改变的，而轧制速度与轧制工 艺有关，故要改变工作辊的冷却效率只有通过改 变喷嘴流量和喷射角度两种途径。2. 2工作辊的磨损模型影响工作辊磨损的两个因素：摩擦磨损和热裂纹。工作辊在交替加热与冷却作用下，逐渐使辊 面形成热网裂，辊面裂纹处发生的强烈氧化促使 裂纹
5、扩展，轧制过程的挤压力和交变应力作用，又 使裂纹进一步扩展渗进氧化铁屑和冷却水，渗入 的冷却水在轧制过程中产生的高压蒸汽的崩破作 用及楔状的氧化铁屑使辊面形成大裂纹并造成底 部微空隙开裂。不同材料的工作辊磨损现象不一 样：球墨铸铁工作辊，热疲劳裂纹是主要的；而 HSS工作辊，磨擦磨损是主要的。摩擦磨损与摩擦力成正比，它与轧制力、轧制速度、接触宽度等因素有关。数学表达式如下1：w Ax = k XF AxA x X lAxaXrAx X lAxbXL X lAxn D式中:a不均匀轧制力的修正系数；b沿着辊身方向不均匀弧形接触的修正系数;k总的修正系数；A x辊身方向有限元长度尺寸；lA x该处
6、的接触长度；FA x单位宽度上的轧制力；rA x该道次的压下量；L 钢板长度；D工作辊直径；方程(2)的计算精度与工作辊的窜辊量、氧化 铁皮的厚度和硬度、换辊周期内允许的最大磨损 值及工作辊咬钢处的润滑条件等因素有关。2. 3工作辊的热凸度控制模型工作辊的热凸度和磨损是影响钢板板形和平直度的两个主要因素，它们的作用正好相反。温度 升高使工作辊的凸度值增加，而磨损使工作辊的 凸度值减小。工作辊的磨损量是可以预测的，而热 凸度值取决于沿辊身方向平均温度分配及梯度变 化。在轧制时，瞬时的热凸度值是不容易检测的， 只能通过合适的在线模型来计算，然后根据实测 的数据进行校正。工作辊的热凸度模型是一个典型
7、的、非稳定 的、实心圆柱体热传导模型。其数学表达式如 下1：1A5 T5 t=1r5 t(r5T5 r) +52T5 z2利用有限元法，把工作辊分成若干个矩形区域，根据工作辊的温度模型及磨损模型可以计算 每个矩形区域的凸度值，从而确定冷却集管的几 何尺寸及调节参数值。冷却集管的安装位置、喷嘴分布、喷射角、散 射角、冷却水量等参数一般如下确定：1) 喷射集管的安装位置尽可能不要与其它机械部件发生干涉。2) 使用离线热凸度模型，根据当前的热凸度值，为下一道次或空转时确定一个总的热凸度控 制策略。3) 离线的工作辊温度与磨损模型应适用于喷射集管的每个位置，以便：(1) 对于一个给定的流量，通过优化喷
8、射角使辊面的冷却效率最大；宽厚板第9卷(2) 给定工作辊的目标温度值，使辊面的冷却流量最小；(3) 为每组集管选择合适的最大流量值；根据轧制节奏选择最适宜的流量调节值，使工作辊的热应力磨损最小。3典型的工作辊冷却及热凸度控制系统简介3. 1达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC系统3. 1. 1基本结构图1是达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC(工作辊热凸度)控制系统。每条工作辊有2个旋转的RTC集管和2个固定的普通集管。RTC集管的旋转由液压缸操作，旋转的角度约为30。RTC集管喷嘴的安装位置呈螺旋线分布，顶点在集管的中部，喷嘴的喷射角沿着辊身方向从 中部向两端相应增大或减小，从而改变喷嘴的冷 却
9、效率(如图2)。RTC系统的操作原理基于这样 的事实：辊子的冷却效率取决于喷射角度。在图示 位置,RTC集管向上旋转，中部有最小的喷射角 最大的冷却效率，两端有最大的喷射角最小的冷 却效率。固定集管分成三个冷却区域：中部及两 端，中部的冷却水量固定，而两端的冷却水量可根 据钢板的宽度调整，如图3。图1冷却系统3. 1. 2 RTC集管的控制策略基本的控制策略如图4。在液压缸作用 下,RTC集管周期性地在两个极限位置之间转 动，转动周期为tc,极限位置的驻留时间为tr。通 过改变极限位置的驻留时间tr，可以获得不同的 冷却状态。液压缸采用比例阀速度控制，冷却水量 由阀门控制。图2 RTC集管和喷
10、射状态图3基本冷却集管高级的控制策略如图5。RTC集管有5 个驻留位置，通过线性位移传感器位置反馈闭环 控制。角度位置及驻留时间可连续变化，从而获得 连续的热凸度控制。同时,RTC控制系统还可补 偿弯辊控制系统的不足。当弯辊力达到饱和时，改 变驻留时间或角度位置值，从而降低所需的弯辊力。图4 RTC系统的基本控制策略给定工作辊的目标温度值，使辊面 的冷却流量最小；（3）为每组集管选择合适的最大流量值；根据轧制节奏选择最适宜的流量调节值，使工作辊的热应力磨损最小。3典型的工作辊冷却及热凸度控制系统简介3. 1达涅利专利技术的工作辊冷却和RTC系统3. 1. 1基本结构图1是达涅利专利技术的工作辊
11、冷却和RTC（工作辊热凸度）控制系统。每条工作辊有2个旋转的RTC集管和2个固定的普通集管。RTC集管的旋转由液压缸操作，旋转的角度约为30。RTC集管喷嘴的安装位置呈螺旋线分布，顶点在集管的中部，喷嘴的喷射角沿着辊身方向从中部向两端相应增大或减小，从而改变喷嘴的冷却效率（如图2）。RTC系统的操作原理基于这样的事实：辊子的冷却效率取决于喷射角度。在图示位置,RTC集管向上旋转，中部有最小的喷射角最大的冷却效率，两端有最大的喷射角最小的冷却效率。固定集管分成三个冷却区域：中部及两 端，中部的冷却水量固定，而两端的冷却水量可根FUME EXHAUSTWORK ROLL COOLINGREFERE
12、NCE DWGTITLE(MX VO M1U ?)2-HOKn/BKCOMOMCT COCtMG w*T(n 11 OaA 810IHXVO W1tUKx-M0i)a/Z52QC1PNG CRAWISTRIP CROSS SPRAY, ”,DHW/CM61j I 別 r 1 % t II I 0MMO/0NBj I “pry” 1a!E I、I I % I ；BImachine piping ! interconn pipingDNWt/MtSDIRECTION OF STRIPLEGENUEAtypical detailpeintfK attMhonNCnormal(NO|nortnal cA .BASIC COOLINGB .ADDITIONAL COOLItC ADDITIONAL COOLIb i max How IA*B*O for F5 s 4U-A TYPICAL DETAILM gneinaiit KuMn loa contrdMU( W F( C00UH(i *,：. l； M !： tl t0H: RdSEDf WORk RCU COOI F5 , 阳抽曲 .: “：F!M ：L J1.-C莎f融iT而iiii订 .s wf up XI nrxo*wQracl L99m ”“FwW| Ml ，“M t * tt trmi
