[发明专利]一种热轧工作辊温度分布获取方法及装置

权利要求书

1.一种热轧工作辊温度分布获取方法，其特征在于，包括：

步骤一、构造热轧工作辊冷却喷射系统的布置形式，包括冷却喷射系统中冷却水喷射装置、刮水板及乳化液喷射装置的数量及位置；

步骤二、根据工作辊冷却喷射系统的布置形式划分工作辊换热区域，换热区域包括空冷区、冷却水喷射冷却区、乳化液喷射冷却区、辊缝接触区及热辐射区；

步骤三、获取轧制工艺参数及热物性参数，包括工作辊参数、轧件参数、介质参数及换热系数；

步骤四、划分工作辊轴向-径向截面网格节点，并建立各节点的坐标系参数及温度计算模型；

步骤五、利用温度计算模型，从起始计算位置到终止计算位置计算工作辊截面的温度分布；每计算一次时先判断工作辊截面所在的换热区域，然后采用相应的工作辊温度模型计算该位置处工作辊截面的温度分布；

在步骤四中，划分工作辊轴向-径向截面网格节点并建立各节点的坐标系参数及温度计算模型具体包括以下过程：

建立r-z直角坐标系，其中z轴位于工作辊辊芯处，r轴位于工作辊左端面处；将工作辊r-z截面离散成N×M个网格，其中工作辊轴向等分为N段，i＝1、2、3...N，轴向各段长度为工作辊径向分为M段，j＝1、2、3...M，并且径向各段长度从工作辊表面到芯部等比例增加，比例系数为η，即则径向第M段长度为径向第j段长度为L为工作辊轴向总长度，R为工作辊辊径；

根据节点所处的位置，分为内部节点、辊身表面节点、辊身端部节点、芯部端面节点及角部节点；

(1)对于工作辊内部节点，其序号表示为(i,j)，i＝2、3、4...N-1，j＝2、3、4...M-1，节点(i,j)横坐标为：纵坐标为：

其温度计算模型表达式为：

(2)对于辊身表面节点，其序号表示为(i,M)，i＝2、3、4...N-1，节点(i,M)横坐标为纵坐标为辊身表面节点分为与轧件接触及不与轧件接触两种情况；

(i)与轧件接触，其温度计算模型表达式为：

(ii)不与轧件接触：

若为对流传热，则温度计算模型表达式为：

若为热辐射传热，则温度计算模型表达式为：

(3)对于辊身左端部及右端部节点，其序号分别表示为(1,j)、(N,j)，j＝2、3、4...M-1，节点(1,j)及(N,j)横坐标分别为纵坐标为：

(i)与辊颈交接的端部节点，

若为工作辊辊身左端部，则温度计算模型表达式为：

若为工作辊辊身右端部，则温度计算模型表达式为：

(ii)不与辊颈交接，

若为工作辊辊身左端部，则温度计算模型表达式为：

若为工作辊辊身右端部，则温度计算模型表达式为：

(4)对于角部节点，其中辊身左端面与辊身表面连接的角节点也即左上角部节点序号为(1,M)，横坐标为纵坐标为辊身右端面与辊身表面连接的角节点也即右上角部节点序号为(N,M)，横坐标为纵坐标为辊身左端面与辊身芯部连接的角节点序号为(1,1)，横坐标为纵坐标为辊身右端面与辊身芯部连接的角节点也即右下角部节点序号为(N,1)，横坐标为纵坐标为

(i)若为左上角部节点，则温度计算模型表达式为：

(ii)若为右上角部节点，则温度计算模型表达式为：

(iii)若为左下角部节点，则温度计算模型表达式为：

(iv)若为右下角部节点，则温度计算模型表达式为：

(5)对于辊芯端面节点，其序号表示为(i,1)，i＝2、3、4...N-1，横坐标为纵坐标为其温度计算模型表达式为：

在以上各式中，h_s-辊缝接触换热系数，单位W/(m²×℃)；h_w-冷却水喷射换热系数，单位W/(m²×℃)；h_e-乳化液喷射换热系数，单位W/(m²×℃)；h_a-空冷换热系数，单位W/(m²×℃)；T_s-轧件表面温度，单位℃；T_w-冷却水温度，单位℃；T_e-乳化液温度，单位℃；T_a-环境温度，单位℃；T_x-介质温度，单位℃；h_x-对流换热系数，单位W/(m²×℃)；当为空冷时，T_x＝T_a，h_x＝h_a；当为冷却水喷射冷却时，T_x＝T_w，h_x＝h_w；当为乳化液喷射冷却时，T_x＝T_e，h_x＝h_e；ε_r-轧件热辐射率；σ₀-热辐射系数；c-轧辊比热容，单位J/(kg×℃)；ρ-轧辊材料密度，单位kg/mm³；λ-轧辊热导率，单位W/(mm×℃)；R-工作辊半径，单位mm；R_N-工作辊辊颈半径，单位mm；L-工作辊辊身长度，单位mm；B-轧件宽度，单位mm。