热连轧输送辊道温度场的有限元分析

论文摘要

输送辊作为热连轧带坯传送的重要部件,其用量大,消耗量也大。保温罩内输送辊失效的主要原因是由于输送辊在传递带坯过程中温度变化,由温升所产生的热膨胀使辊端的轴承卡死。为精确预测输送辊工作过程中的温度变化情况,改善其使用性能,讨论及控制输送辊内部的温度对于辊子正常运行是很有必要的。本文以某热轧厂带钢厂粗轧机组与精轧机组之间的中间坯输送辊为研究对象,考虑热连轧带坯与输送辊辐射传热、接触热传导及空气冷却等动态边界条件,采用有限单元法,建立了热连轧输送辊瞬态温度场的二维模型,分析计算了在保温罩内和保温罩外两种工况下输送辊的温度分布情况,该模型能实现输送辊温度场的动态分析和精确计算,预测输送带钢中间坯时以及输送后空冷的输送辊瞬态温度场,获得输送辊达到热平衡的时间。在输送辊二维模型的基础上,对输送辊建立三维整体模型进行温度场分析,得到辊身达到热平衡时输送辊整体的温度场,然后对安装轴承的辊端(固定端)建立子模型,细化轴承部分的单元,将输送辊三维整体模型热分析计算结果作为边界约束条件施加到子模型上,得到辊端及轴承部分的温度变化状况,通过仿真结果得到了合理的热流密度值,从而确定了辊颈喷水冷却的水量和辊端及轴承的周期冷却时间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 热连轧中间坯保温罩及输送辊道的温度场的研究意义和现状
• 1.1.1 中间坯保温罩内部温度场的研究现状
• 1.1.2 输送辊道的研究现状
• 1.2 有限单元法概述
• 1.2.1 非线性问题的有限元研究和发展现状
• 1.2.2 子模型技术
• 1.3 ANSYS 应用概述
• 1.3.1 ANSYS 在温度场中的应用
• 1.3.2 ANSYS 分析问题的过程
• 1.4 本课题选题意义及研究内容
• 1.4.1 本课题选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 输送辊温度场分析的理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 温度场求解理论基础
• 2.2.1 傅立叶定律及导热微分方程
• 2.2.2 定解条件
• 2.3 热传导的基本概念和定律
• 2.3.1 热传导
• 2.3.2 对流换热
• 2.3.3 辐射换热
• 2.3.4 稳态传热
• 2.3.5 瞬态传热
• 2.3.6 线性与非线性
• 2.4 构建输送辊温度场模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 输送辊二维模型温度场的数值分析
• 3.1 输送辊二维模型的构建
• 3.1.1 模型简化
• 3.1.2 网格划分
• 3.2 定义约束条件和载荷条件并求解
• 3.2.1 约束和加载
• 3.2.2 重启动的分类
• 3.3 结果对比分析
• 3.3.1 不加罩（对照实测图进行温度比较）
• 3.3.2 加盖保温罩
• 3.4 本章小结
• 第4章 输送辊三维整体模型的有限元分析
• 4.1 输送辊整体有限元模型的构建
• 4.1.1 物理模型的构造
• 4.1.2 单元类型
• 4.1.3 网格划分
• 4.2 定义约束边界条件
• 4.2.1 建立接触对
• 4.2.2 定义边界条件和载荷
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 输送辊整体温度场结果分析
• 4.3.2 三维模型与二维模型计算结果对比分析
• 4.4 子模型的分析
• 4.4.1 子模型的构造
• 4.4.2 施加载荷及边界条件
• 4.4.3 子模型计算结果分析
• 4.4.4 验证切割边界
• 4.5 轴承的冷却降温
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢