板坯φ230 mm支撐輥周期性熱負(fù)荷模擬分析

常海，雷少武，仇俊娟，耿明山

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司煉鋼工程技術(shù)所， 北京 100176)

摘要：板坯支撐輥是板坯連鑄機的重要組成部分，支撐輥軸承位的溫度及輥面溫度直接決定了支撐輥能否正常運行。為了探明轉(zhuǎn)動過程中輥子各部位的溫度分布規(guī)律，對板坯φ230 mm支撐輥周期性轉(zhuǎn)動過程中的輥子傳熱過程進行了模擬研究。結(jié)果表明，板坯φ230 mm支撐輥在連鑄過程中受板坯輻射、冷卻水及空氣散熱影響，在連鑄約1 500 s時溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)，且在有冷卻水影響時輥子投影向空氣側(cè)半圓中部溫度為250 ℃左右，在無冷卻水影響時溫度為270 ℃左右；在有冷卻水影響時輥子投影向板坯側(cè)半圓最高溫度為272.3 ℃，在無冷卻水影響時溫度為290.0 ℃左右。通過與實測數(shù)據(jù)對比，證明本文計算模型能很好地預(yù)測連鑄支撐輥的溫度分布，可為其設(shè)計提供理論支持。

關(guān)鍵詞：板坯； 支撐輥； 傳熱； 熱負(fù)荷； 溫度分布

1 引言

板坯連鑄過程中支撐輥起著較為關(guān)鍵的作用，連鑄坯的“鼓肚”變形主要通過支撐輥進行控制。輥子在長時間使用過程中如果冷卻不良，尤其在設(shè)計過程中對輥子周期性熱狀態(tài)認(rèn)識不足的情況下，往往會出現(xiàn)輥子損壞漏水、軸承損壞情況，嚴(yán)重時可能造成輥子斷裂，不但影響生產(chǎn)，而且還要耗費人力物力進行不斷修復(fù)。因此對輥子轉(zhuǎn)動過程進行建模，研究其熱狀態(tài)就顯得尤為重要。孫薊泉等在1997年對武鋼板坯拉矯機的熱模擬研究中推導(dǎo)出的傳熱模型對現(xiàn)在的模擬研究仍具有啟發(fā)性。文獻將熱傳導(dǎo)方程化為矢量微分方程，進而建立差分方程，并根據(jù)軋輥各邊界部分建立的邊界條件求解，求解過程較繁雜。文獻采用有限差分法計算了工作輥軸對稱平面內(nèi)瞬態(tài)溫度場。文獻采用有限差分法計算了工作輥橫截面內(nèi)穩(wěn)態(tài)溫度場。文獻采用有限差分法建立了熱軋帶鋼連軋機工作輥二維溫度場及熱輥形的仿真模型。樊樹寶及葉亞寧分別對板坯連鑄機矯直輥進行了模擬研究，給出了矯直輥在連鑄過程中的熱分布狀態(tài)。張鵬建立了熱軋帶鋼中間坯及輸送輥溫度場模型,對熱軋帶鋼中間坯在運送過程中溫度變化及輥子的溫度變化進行了研究。陳志超、鄒文芳用有限元方法對熱連軋輸送輥道溫度場進行了模擬研究?；诖耍疚尼槍嶋H連鑄機φ230 mm支撐輥建立研究模型，對其在連鑄過程中的升溫過程進行模擬，探究熱平衡態(tài)到達(dá)的時間及輥子溫度分布規(guī)律，可為板坯支撐輥設(shè)計提供強有力的理論支持。

2 精選圖表

3 結(jié)論

(1)板坯φ230 mm支撐輥周期性轉(zhuǎn)動過程中，輥子傳熱受板坯熱輻射、冷卻水及空氣散熱影響，在連鑄1 500 s左右溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)，且在有冷卻水時輥子投影向空氣側(cè)半圓中部溫度為250 ℃左右，在無冷卻水影響時溫度為270 ℃左右。

(2)在有冷卻水影響時，輥子投影向板坯側(cè)半圓最高溫度為272.3 ℃，在無冷卻水影響時為290.0 ℃左右。受中心孔水冷的影響，輥子軸承區(qū)域溫度均低于100.0 ℃。可以看出φ230 mm支撐輥可以適應(yīng)有無二冷水影響的工況。

(3)通過與實測數(shù)據(jù)做比較，說明本文計算模型能很好地預(yù)測輥子的溫度分布，可以為連鑄支撐輥設(shè)計提供理論參考。