Файл: Совершенствование теплового процесса листовой прокатки..pdf

= 47-10"3 и 6 0 - Ю " 3 м2 /ч.,соответствующих распространённым вал­ ковым материалам — закаленной стали и отбеленному чугуну.

Анализ изменения максимальных амплитуд на соответствующих уровнях х температурного поля в пределах каждого оборота (от первого до шестого) показал, что квазистационарный процесс в этой зоне наступает на четвертом обороте валка. При последующих обо­ ротах температурное поле в активной зоне повторяется, а относитель­ ная температура на границе активной и основной зон не меняется.

Это подтвердило правомерность деления валков на активную и

ний методом электротепловой аналогии. Для наглядности поля по­ строены на секторном участке валка с условным масштабом по ра­ диусу, так как глубина активной зоны мала (2—5 мм).

Согласно принятым граничным условиям в секторе контакта валка и прокатываемого металла 9 = 1 в переходных зонах 9 меняется от 1

при одинаковых граничных условиях затухание циклических коле­ баний температуры (т. е. граница активной и основной зон) соответ­

Полученные данные позволили построить зависимость глубины активной зоны б от скорости вращения валка для различных значе­ ний а (или различных материалов) (рис. 3, а), а также зависимость значений 9б от угла а з а х в (рис. 3, б). Кроме того, на рис. 3, б пока­ зана средняя относительная температура активной зоны 9б .

Из рис. 3, а видно, что при ^ 0,1 сек (что для валков диамет­ ром Dp = 0,5н-0,6м соответствует скоростям прокатки 10—20 м/сек) глубина активной зоны б не превышает 1,0—1,5 мм или менее 1% от радиуса бочки. Поэтому при решении задач, относящихся к валкам тонколистовых станов и особенно станов холодной прокатки, нали­ чием активной зоны и температурными полями в ней можно прене­ бречь, учитывая лишь основную зону.

К этим задачам относятся расчеты теплового профиля валков, мощности охлаждающей системы стана и др.

21

На основании полученных результатов можно предложить следую­ щую методику построения температурного поля в активном слое листопрокатного валка, при данных граничных условиях:

1) задают исходные данные: величины а, со, а3 ахВ > среднюю тем­ пературу прокатываемого металла в данной клети tn, условный коэффициент контактного теплообмена ак . т (или толщину и тепло­ проводность окалины), среднюю температуру охлаждающей жидко­

и температуре ^п определяют температуру поверхности валка в зоне контакта tmax (9 = 1);

Рис. 2. Температурные поля активной зоны рабочих валков при различных углах захвата. постоянные

22

3) по величинам а и ю с помощью графика рис. 3, а определяют

4) используя одну из схем рис. 2 с наиболее подходящим значе­ нием угла осз а х в в качестве номограммы по величинам а, со и Pdx строят линии уровней х и соответствующие им значения изотерм. При этом произвольную абсолютную температуру tx, соответствую­ щую относительной температуре Qx, определяют аналогично формуле (15):

Формулы (14)—(16) получены из соотношения

Данная методика при определении глубины активной зоны при­ годна для валков горячей и холодной прокатки, а при расчете темпе­ ратур t&, tb, tx — только для валков горячей прокатки. Это объяс­ няется тем, что температура полосы и температура поверхности валков tmax (0 = 1) при холодной прокатке даже во время квази­ стационарного режима в активной зоне не остаются постоянными

Сплошными линиями указаны изотермы, где 8 даны в долях от единицы, а пунктирными — величины Pdx

23

при прохождении через очаг деформации в одной клети температура полосы увеличивается иногда в 1,6—2 раза (например, с 50 до 100 град). Тепловыделение в очаге деформации и температура поверхности вал­ ков являются при холодной прокатке сложной функцией технологи­ ческих параметров: скорости, коэффициента трения, натяжения и т. д.

Рис. 3. Зависимость глубины активной зоны б

Кроме того, как указано выше, рис. 3, б соответствует граничным условиям двустороннего охлаждения, не применяемого на большин­ стве станов холодной прокатки.

4. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ОСНОВНОЙ ЗОНЫ ВАЛКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РИТМА ПРОКАТКИ

Результаты исследований температурного поля активной зоны валка дают возможность сформулировать постановку задачи для рас­ чета осесимметричного температурного поля в основной зоне, харак­ тер которого зависит не от изменения температуры на поверхности валка в пределах каждого оборота, а от ритма прокатки и условий охлаждения. Примем в качестве характеристики ритма отношение

Важнейшими условиями охлаждения являются: отключение на­ ружного охлаждения во время пауз и наличие или отсутствие внут­ реннего охлаждения через осевое отверстие валков.

При постановке задачи исследованиями температурного поля основной зоны валка горячей прокатки следует исходить из сделан­ ного в п. 3 вывода о том, что температура на поверхности основной

24

зоны, установившаяся на первых оборотах валка, остается постоян­ ной в период прокатки рулона т х . Аналогично на первых же оборотах, т. е. практически мгновенно, устанавливается соответствующая тем­ пература в начале паузы и остается постоянной в течение всего пе­ риода т 2 . Если, например, внешнее охлаждение валка в период пауз

прокатке является контактный теплообмен между валком и прокаты­ ваемым металлом; в пределах каждой клети стана этот источник в процессе прокатки можно практически считать изотермическим. Это обстоятельство позволяет задать закон изменения температуры на поверхности валка во время горячей прокатки, который будет соот­

если на поверхности валка охлаждение не отключено, то 9^ = 0. Если же наружное охлаждение в период паузы отключено, то можно считать, что поверхность валка практически изолирована от внешней

среды и в этом случае { ~ ^ ~ ^ р _ 1 = 0- Последнее допущение оправдано тем, что интенсивность теплообмена от валка к воздуху на два по­

и тепловой выпуклости валков, то, задав соответствующие граничные условия и решив уравнение (9), можно рассчитать температурные поля, среднюю температуру по сечению и напряжения на внешней и внутренней поверхностях валка, а затем построить соответствую­ щие номограммы, которые позволят определить указанные параметры при проектировании и эксплуатации листовых станов горячей про­ катки.

25

2) отличается от предыдущего условия тем, что наружное охлаж­ дение в период пауз отключают:

3) прокатка происходит при наружном и внутреннем охлаждении валка; в период пауз наружное охлаждение не отключают:

Перечисленные граничные условия не исчерпывают всех возмож­ ных вариантов, но позволяют изучить радиальные температурные поля листопрокатных валков в достаточно широком диапазоне. Так как уравнение (9) представлено в безразмерном виде, то его решение будет справедливым для различных материалов валка, радиусов и диапазона температур, в пределах которого коэффициент темпера­ туропроводности валка а не будет зависеть от температуры. При всех видах граничных условий начальное условие остается нулевым.

Так как температурное поле в основной зоне валка осесимметричное, то исследование этого поля проводили с помощью одномерной электрической модели, где тепловые сопротивления участков радиуса валка моделировали цепочкой последовательно соединенных соответ­ ствующих по величине электрических сопротивлений, а в узлах соединения этих сопротивлений подсоединяли электрические ем­

внутренней поверхностям валка, подключали устройство для зада­ ния электрического аналога граничных условий, с помощью кото­ рого реализовали тот или иной заданный режим. В частности, в пе­

на модели подачей минимального потенциала (модель закорачивается)

26