[发明专利]一种确定板带钢热轧过程工作辊温度场的有限元方法

摘要

本发明公开一种确定板带钢热轧过程工作辊温度场的有限元方法，属于金属轧制领域。它包括以下步骤：建立工作辊有限元模型；定义工作辊的边界条件；建立传热层有限元模型；确定工作辊与传热层的传热系数；定义工作辊与传热层的接触关系；计算板带钢热轧过程工作辊温度场，获得热轧过程中工作辊温度场分布的详细信息。通过本发明提出的有限元方法，可以充分考虑工作辊的热轧工况，操作简单省略了子程序调用；本发明提出了一种高效精确的确定板带钢热轧过程工作辊温度场的有限元方法，为研究工作辊的热行为提供了有效途径。

主权项

1.一种确定板带钢热轧过程工作辊温度场的有限元方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一，建立工作辊(1)有限元模型以工作辊(1)为研究对象，对工作辊(1)横截面进行单元划分；步骤二，定义边界条件根据工作辊(1)的热轧工况，定义边界条件，包括位移边界条件和热边界条件；步骤三，建立传热层(2)有限元模型建立与工作辊(1)表面接触的单元网格；步骤四，确定工作辊(1)与传热层(2)的传热系数根据热轧工况，确定工作辊(1)与传热层(2)的换热系数，其中：咬入区的综合换热系数hstrip，按照下式计算：hstrip＝a1+a2(a3+a4exp(a5Ts))式中：Ts为轧件温度(℃)，a1，a2，a3，a4，a5为常数，其值分别为52350，-4175，4.168，1.712×10-6，0.014；空冷区的换热系数hair，按照下式计算： h a i r = 1.34 ( T w - T a i r d ) 1 4 ]]>式中：Tw为工作辊(1)表面温度(℃)，Tair为周围空气温度(℃)，d为工作辊(1)直径(m)；喷射冷却区的换热系数hwater，按照下式计算：hwater＝6870Wcw0.19Pcw0.27式中：Wcw为冷却水流密度(l/s·m2)，P为冷却水喷射压力(MPa)；挡水板积水冷却区的换热系数hwiper，按照下式计算： h w i p e r = 0.023 R e 0.8 P r c w 0.4 k c w l c ]]>Re＝vwlc/υcwPrcw＝ρcwccwυcw/kcw式中：Re为雷诺数，Prcw为挡水板积水的Prandtl数，vw为工作辊(1)速度(m/s)，υcw为冷却水流动粘度(m2/sec)，kcw为冷却水的导热系数(W/m·K)，lc为挡水板积水与工作辊接触弧长度(m),ccw为冷却水的比热容(J/(kg·K)，ρcw为冷却水的密度(kg/m3)；步骤五，定义工作辊(1)与传热层(2)的接触关系根据热轧工况，定义工作辊(1)与传热层(2)的接触关系，实现工作辊(1)的周期性热边界条件；步骤六，计算板带钢热轧过程工作辊温度提取板带钢热轧过程工作辊(1)温度场分布的详细信息。