книги из ГПНТБ / Шичков А.Н. Температурный режим листопрокатных валков

А . Н . Ш И Ч Н О В

НЫИ РЕЖИМ ІНЫХВАЛКОВ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛЕНИНГРАДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

■ V . .

. -’Ч- •

Рекомендовано к изданию Северо-Западным заочным политехническим инетитутом

м - ш з #

fl

СV

УДК 536.21

Ш и ч к о в А. Н. Температурный режим листопрокатных валков. Под ред. заел, деятеля науки и техники проф. И. И. Кула­ гина. Л., Изд-во Леннигр. ун-та, 1974, 144 с.

В монографии описаны теоретические и экспериментальные исследования теплового режима листопрокатных валков и роликов установки непрерывной разливки стали (УНРС). Разработана принципиально новая методика расчета количества охлаждающей жидкости и способа ее подачи на валок, приведен анализ термоупру­ гости и прочности валков и роликов УНРС с учетом циклических колебаний температуры на его поверхности. Изложены результаты исследований конвективного теплообмена при охлаждении валков жидкостью.

Книга предназначена для инженеров, занимающихся проекти­ рованием и эксплуатацией прокатного оборудования, и для студен­ тов старших курсов металлургических факультетов.

Ил.— 55, табл.— 5, библиогр.— 102 назв.

Ш31010 063 210—74

076(02)—74

©Издательство Ленинградского университета, 1974 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

В решениях КПСС и правительства предусматривается увели­

и совершенствованию установок непрерывной разливки стали и разработке конструкций более совершенных и высокопроизводи­ тельных непрерывных прокатных станов с производительностью листа до 5 млн т в год.

Большое внимание уделяется совершенствованию и интенсифи­ кации существующего прокатного оборудования.

В свете постановления ЦК КПСС от 17 августа 1972 г. «О ходе работ по автоматизации технологических процессов в черной ме­ таллургии» значительное внимание при проектировании и модер­ низации прокатного оборудования уделяется автоматизации тех­ нологических процессов.

Следует отметить, что отсутствие глубоких комплексных теоре­ тических и экспериментальных исследований тепловых процессов при прокатке является сдерживающим фактором при эксплуатации существующих прокатных станов и в проектировании систем авто­ матического регулирования и контроля технологических процес­ сов, связанных с этими явлениями.

Болышшстро имеющихся работ [10, 12, 47, 55, 58, 73, 76, 77, 80] относится к холодной прокатке. Многие же аспекты тепло­ вого режима станов горячей прокатки почти не изучены. До настоя­ щего времени отсутствовала методика расчета количества охлаж­ дающей жидкости, температуры и термоупругости валков этих станов. При расчетах тепловых балансов не учитывалось различие теплофизических свойств воды и прокатных эмульсий. Однако со­ вершенно ясно, что все эти факторы тесно связаны между собой. Если их рассматривать не в комплексе, без глубокого теоретиче­ ского анализа, основываясь на частных экспериментах, то нельзя создать стройную теорию тепловых процессов, из которой можно вскрыть все факторы, определяющие характер этих процессов. Сле­ довательно, проектируемые системы контроля и регулирования температурного режима прокатки неизбежно будут при этом не­ эффективными.

В В Е Д Е Н И Е

Известно, что из решения задач теплопроводности можно полу­ чить исходные данные для составления теплового баланса рабочего валка клети и стана в целом. В связи с этим исследовать тепловой режим мы будем на основе качественного и количественного ана­ лиза нестационарных, квазистационарных и стационарных темпе­ ратурных полей.

Следует также отметить, что тепловой режим работы валков листопрокатных станов, роликов УНРС, роликов рольганга и дру­ гих цилиндрических узлов металлургического оборудования, под­ вергаемых в процессе работы тепловому воздействию, в значитель­ ной мере одинаков. Поэтому выводы и исследования, проводимые относительно теплового режима валков станов горячей прокатки листа, могут быть распространены на подобное оборудование.

Схему горячей прокатки листа рассмотрим на примере шести­

жения полосы указано на рисунке стрелкой.

По мере прохождения клетей температура полосы снижается приблизительно на 50° С в каждой клети, и на выходе из стана по­ лоса имеет величину порядка 900—950° С. Потери тепла полосой происходят за счет излучения в окружающую среду, контактного теплообмена с валками, роликами рольгангов и другими соприка­ сающимися деталями стана и, наконец, конвекции окружающему воздуху и охлаждающей воде. Одновременно с охлаждением полосы, во время прокатки происходит и некоторое повышение ее темпера­ туры за счет превращения в тепло работы; затрачиваемой на дефор­ мацию и трение между металлом и валками.

Температура рабочих 2 и опорных 4 валков, длина бочки ко­ торых 1700 мм, определяется соотношением между интенсивностью их нагрева и охлаждения. Нагрев рабочих валков, а через них и

5

опорных, происходит главным образом от теплового потока,отда­ ваемого полосой контактным теплообменом с валком, и в меньшей степени от тепла, выделяемого при упруго-пластической дефор­ мации.

Охлаждение валков осуществляется водой, подаваемой брызгальными коллекторами 3. С целью предотвратить попадание ох­ лаждающей жидкости на прокатываемый раскаленный металл вдоль бочки валка устанавливаются проводки 5 и 6.

Рнс. 1. Схема шестиклетевого стана

Опыт показал, что неправильная организация теплового режима прокатки может привести к весьма нежелательным последствиям, вплоть до поломки валка. Так, например, недостаточное количество охлаждающей жидкости или неправильная ее подача (неправиль­ ная установка коллекторов или неправильное распределение рас­ хода вдоль бочки валка) может вызвать перегрев валка, искажение теплового профиля и другие последствия. Излишнее количество охлаждающей жидкости приведет к неоправданному увеличению расхода, а следовательно, перерасходу энергии на привод насосов. Как будет сказано ниже, даже небольшое перемещение проводок 5 и б в пределах 10° вверх или вниз по бочке валка приводит к'значительному изменению его средйей температуры. Особенно это от­ носится к проводке 6.

6

Г Л А В А I

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЛИСТОПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ

§ 1. Математическая постановка задачи

Нестационарное температурное поле листопрокатного валка, роликов УНРС и роликов другого металлургического оборудова­ ния в общем случае описывается нелинейным дифференциальным уравнением в частных производных, которое в цилиндрической системе координат имеет вид

где с, X, у — соответственно удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и плотность материала валка — функции темпе­ ратуры; р — относительный радиус (р = r/R0, где R 0 — радиус

валка); Ѳ— относительная температура ^Ѳ = —— —] ; ср —

координатный угол; т — время.

Следует отметить, что получить решение уравнения (1.1) при краевых условиях, имеющих место при прокатке листа, представ­ ляет значительные трудности. Поэтому при рассмотрении условий однозначности (начальных, граничных условий и теплофизических свойств) будем стремиться по возможности упростить поставленную задачу.

Совершенно очевидно, что в радиальном направлении наиболь­ ший градиент температур в центральном сечении бочки валка.

Как показали исследования осевого температурного поля валка (приведенные ниже в § 6), при диаметре рабочего валка до 600 мм

иширине прокатываемого металла от 900 до 1100 мм градиент тем­ ператур вдоль оси 2 в пределах двух, третей этой ширины незначи­

телен, и с достаточной для инженерных расчетов точностью можно принять (50/02=0. Поэтому далее рассмотрим раздельно радиальное

иосевое температурные поля валка.

Что касается влияния температуры на теплофизические свойства материала валка, то согласно данным, приведенным в табл. 1, необ-

8

9