3.2軋輥氣霧冷卻-ppt課件

1、康永林，康永林， 朱國明，朱國明， 袁鵬舉，袁鵬舉， 張思勛張思勛北京科技大學(xué)材料學(xué)院；萊鋼公司技術(shù)中心北京科技大學(xué)材料學(xué)院；萊鋼公司技術(shù)中心2019年年7月月21日日主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容nH型鋼是一種經(jīng)濟斷面型材，在冶金、建筑、交通工程等行業(yè)廣泛應(yīng)用n在萬能軋機軋制H型鋼過程中，由于斷面及孔型的復(fù)雜性，軋輥以及軋件兩者的溫度場分布非常不均勻。特別是現(xiàn)有的軋輥冷卻方式：噴水冷卻，加大了軋輥與軋件溫度場的不均勻性。噴水冷卻存在如下主要問題：噴水冷卻存在如下主要問題：1利用率不高，水資源浪費嚴(yán)重2由于水嘴以射流狀噴到軋輥表面，不能均勻覆蓋軋輥表面，會造成軋輥表面因冷卻水分布不均勻?qū)е吕鋮s效果不同

2、3冷卻水不能充分利用，大量冷卻水積在H型鋼上軋槽與水平輥構(gòu)成的積水槽中，不能及時排出，使腹板溫降嚴(yán)重，加重了H型鋼斷面溫度分布的不均勻性4因終軋斷面溫差大，軋后冷卻過程中導(dǎo)致H型鋼各部分相變不均勻，從而使H型鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力加大，往往導(dǎo)致冷卻過程中的腹板波浪，以及使用過程中翼緣切割時的腹板開裂，加大了殘次品的產(chǎn)生率5另外，由軋輥分析可以得出，軋輥破損的主要原因在于軋輥熱裂紋，熱裂紋主要與軋輥的冷卻不均勻、局部急冷有關(guān)。 nH型鋼軋制過程中，產(chǎn)生很大的溫度梯度和熱應(yīng)力，導(dǎo)致軋輥表面形成細(xì)小的網(wǎng)狀裂紋，即龜裂。而軋制負(fù)荷周期性，最終導(dǎo)致軋輥表面部分的磨損和剝落。n軋輥的冷卻方式通常有：水幕、噴水和氣

3、霧。n1水幕冷卻 n存在問題：因重力下落的水簾從軋輥上方流到下方的過程中逐漸變熱，造成上、下部分軋輥冷卻效果存在差異；因重力而下落的水不會接觸到被油、脂覆蓋的區(qū)域，輥面冷卻不均；2噴水冷卻噴水冷卻 普遍使用，冷卻較均勻，耗水量大，普遍使用，冷卻較均勻，耗水量大，殘余水較多，易引起軋材溫度不均。殘余水較多，易引起軋材溫度不均。3氣霧冷卻氣霧冷卻 冷卻更加均勻、水不會在小區(qū)域內(nèi)局部集中，而是在整個冷卻更加均勻、水不會在小區(qū)域內(nèi)局部集中，而是在整個噴射面內(nèi)均勻分布噴射面內(nèi)均勻分布; 水量調(diào)節(jié)范圍大，最小與最大水量之比：一般噴嘴水量調(diào)節(jié)范圍大，最小與最大水量之比：一般噴嘴1：10，特殊噴嘴特殊噴嘴1：

4、25，而水噴嘴只能達(dá)到，而水噴嘴只能達(dá)到1：3; 氣霧水滴的直徑小，平均在氣霧水滴的直徑小，平均在100um以下，顯著提高了冷卻以下，顯著提高了冷卻效率可形成核沸騰），故在相同的冷卻條件下可節(jié)水效率可形成核沸騰），故在相同的冷卻條件下可節(jié)水30%-50%； 噴嘴不易堵塞，使用壽命長，在相同的條件下，可減少噴噴嘴不易堵塞，使用壽命長，在相同的條件下，可減少噴嘴的數(shù)量和現(xiàn)場維修量。嘴的數(shù)量和現(xiàn)場維修量。相比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)，氣霧冷卻具有冷卻效率高、節(jié)水、相比傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)，氣霧冷卻具有冷卻效率高、節(jié)水、可操作性好、安全可靠等特點?？刹僮餍院谩踩煽康忍攸c。 新舊裝置軋輥冷卻溫度對比鞍鋼） 1. 原

5、裝置；2.新裝置l軋件l軸承座l輥環(huán)l傳動端有限元整體計算模型有限元整體計算模型 輥環(huán)有限元模型輥環(huán)有限元模型 l 軋輥冷卻區(qū)域軋輥冷卻區(qū)域軋輥冷卻區(qū)域三維圖軋輥冷卻區(qū)域三維圖 軋輥表面溫度分布軋輥表面溫度分布 n基本規(guī)律：基本規(guī)律：R角部位溫度最高；輥端部角部位溫度最高；輥端部1/4翼緣高度部位溫度次之；翼緣高度部位溫度次之；輥面與腹板接觸的表面溫度基本相同。輥面與腹板接觸的表面溫度基本相同。n主要原因：主要原因：1.H型鋼軋制中斷面溫差不均，與軋輥接觸時，軋輥表面所型鋼軋制中斷面溫差不均，與軋輥接觸時，軋輥表面所吸收的熱量不相同；吸收的熱量不相同；2.因因H型鋼斷面形狀復(fù)雜，軋輥與軋件接觸

6、的時間型鋼斷面形狀復(fù)雜，軋輥與軋件接觸的時間各部位不等。各部位不等。 -40-2002040050100150200250300350400450500550600650700Temperature()Nodes No.軋輥接觸區(qū)分析軋輥接觸區(qū)分析軋輥表面關(guān)鍵點軋輥表面關(guān)鍵點abcd輥端面不同部位與軋件接觸路徑軋件軋制方向翼緣腹板輥環(huán)abc 軋輥與軋件接觸區(qū)域軋輥與軋件接觸區(qū)域2022-5-2301234567050100150200250300350400450500550600650700 Temperature()Time(s) A B C D2022-5-23-40-200204005

7、0100150200250300350400450500550600650700Temperature()Nodes No.軋輥表面路徑軋輥表面溫度分布軋輥表面溫度的分布 軋輥表面的溫度分布 R角部位溫度最高 輥端部1/4翼緣高度部位溫度次之 輥面與腹板接觸的表面溫度基本相同 溫度分布不均的主要原因 H型鋼在軋制過程中由于其斷面溫差的不均勻性，與軋輥接觸時，軋輥表面所吸收的熱量不相同 軋輥與軋件接觸的時間各個部位不相等 2022-5-23冷卻區(qū)域端部冷卻角度404冷卻區(qū)域端部冷卻角度1202端部冷卻角度280冷卻區(qū)域(a)012345670501001502002503003504004505

8、00550600650700Temperature()Time(s)BADC(b)0.000.250.500.751.001.251.50050100150200250300350400450500550600650700Temperature()Time(s)BACD(c)0.000.250.500.751.001.251.50050100150200250300350400450500550600650700Temperature()Time(s)BACD不同冷卻強度下對流換熱系數(shù)下的溫降曲線不同冷卻強度下對流換熱系數(shù)下的溫降曲線(a)150KW/(m2K)；(b)40KW/(m2K)；(

9、c)10 KW/(m2K)(a)0.000.250.500.751.001.25050100150200250300350400450500Temperature()Time(s)BACD(b)0.000.250.500.751.001.251.50050100150200250300Temperature()Time(s)BAC不同冷卻強度下的溫降曲線不同冷卻強度下的溫降曲線(a) 20 KW/ (m2K)(a) 20 KW/ (m2K)；(b) 10 KW/ (m2K)(b) 10 KW/ (m2K)冷卻區(qū)域冷卻區(qū)域軋輥端部冷卻角度軋輥端部冷卻角度120120n在距輥面在距輥面05.5mm

10、軋輥厚度層溫度變化劇軋輥厚度層溫度變化劇烈，烈，5.59.3mm輥層溫度變化較劇烈；輥層溫度變化較劇烈；n9.330mm輥層溫度開始趨于平緩；輥層溫度開始趨于平緩；n從軋輥旋轉(zhuǎn)一周溫度歷程曲線可以看出，輥從軋輥旋轉(zhuǎn)一周溫度歷程曲線可以看出，輥面最高溫度和最低溫度之間相差面最高溫度和最低溫度之間相差258。在。在壓下量更大的道次中，最高溫度和最低溫度壓下量更大的道次中，最高溫度和最低溫度之間的差值可以達(dá)到之間的差值可以達(dá)到416。 n通過軋輥冷卻三維溫度場的仿真分析可知：通過軋輥冷卻三維溫度場的仿真分析可知：n萬能軋機水平輥輥面與萬能軋機水平輥輥面與H型鋼腹板接觸的部位溫型鋼腹板接觸的部位溫度最

11、低且分布均勻；度最低且分布均勻；n靠近靠近R角部位溫度逐漸升高，最高點在角部位溫度逐漸升高，最高點在R角部位；角部位；n要使氣霧冷卻達(dá)到理想的效果，需使氣霧冷卻的要使氣霧冷卻達(dá)到理想的效果，需使氣霧冷卻的覆蓋面能達(dá)到合適的范圍，且覆蓋面能達(dá)到合適的范圍，且R角處的溫度必須角處的溫度必須降下來，因此在冷卻裝置的設(shè)計中，應(yīng)對降下來，因此在冷卻裝置的設(shè)計中，應(yīng)對H型鋼型鋼R角處進(jìn)行重點冷卻。角處進(jìn)行重點冷卻。 n在保證軋輥冷卻效果前提下，盡量減少在保證軋輥冷卻效果前提下，盡量減少H型鋼腹板殘型鋼腹板殘留水，降低留水，降低H型鋼各部位的溫差，減少冷卻水用量。型鋼各部位的溫差，減少冷卻水用量。n軋輥氣霧

12、冷卻試驗在規(guī)格軋輥氣霧冷卻試驗在規(guī)格H125125、I200100、 I200102時，對精軋機組最末架軋機時，對精軋機組最末架軋機U3的軋輥采的軋輥采用氣霧冷卻方式。用氣霧冷卻方式。 空氣壓縮機U3E2U2E1U1R2R1冷床小型小型H型鋼車間軋區(qū)工藝平面布置示意圖型鋼車間軋區(qū)工藝平面布置示意圖 噴嘴在輥面橫截面上與噴嘴在輥面橫截面上與端面的冷卻區(qū)域端面的冷卻區(qū)域氣霧噴嘴實物的噴霧狀態(tài)氣霧噴嘴實物的噴霧狀態(tài)n（1型鋼腹板殘留冷卻水的比較型鋼腹板殘留冷卻水的比較(a)(b)規(guī)格規(guī)格I200102工字鋼軋后腹板殘余水工字鋼軋后腹板殘余水(a) 氣霧冷卻；氣霧冷卻；(b) 水冷水冷 （2軋輥表面溫

13、度對比軋輥表面溫度對比 n不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比n (a) H125125H型鋼軋制型鋼軋制 軋輥輥面軋輥端部軋輥R角軋輥輥面軋輥端部軋輥R角051015202530354045拋鋼后38.726.735.722.733.322.046.030.642.026.339.3 溫度（） 氣霧冷卻 水冷23.7軋制過程中n不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比n (b) I200100工字鋼軋制工字鋼軋制 軋輥輥面軋輥端面軋輥R角軋輥輥面軋輥端面軋輥R角051015202530354045505539.025

14、.635.723.032.322.344.329.742.026.039.0拋鋼后 溫度（） 氣霧冷卻 水冷軋制過程中22.7n不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比n (c) I200102工字鋼軋制工字鋼軋制 軋輥輥面軋輥端面軋輥R角軋輥輥面軋輥端面軋輥R角0510152025303540455039.025.335.022.331.721.343.729.042.325.039.0 氣霧冷卻 水冷 拋鋼后溫度（）軋制過程中22.0氣霧冷卻后的軋輥與水冷后的軋輥氣霧冷卻后的軋輥與水冷后的軋輥空冷時的溫降比較空冷時的溫降比較(a)010203040506

15、07030313233343536 溫度()時間（min） 噴水冷卻 氣霧冷卻(b)01020304050607030323436384042444648 溫度（）時間（min） 噴水冷卻 氣霧冷卻(c)0102030405060703234363840424446485052 溫度（）時間（min） 噴水冷卻 氣霧冷卻(a) (a) 輥面；輥面；(b) R(b) R角；角；(c) (c) 端面端面n采用氣霧冷卻的軋輥溫度較低，達(dá)到室溫的采用氣霧冷卻的軋輥溫度較低，達(dá)到室溫的時間較短，而采用水冷的軋輥停車后溫度相時間較短，而采用水冷的軋輥停車后溫度相對較高，同時需要較長時間才可以達(dá)到室溫；對較

16、高，同時需要較長時間才可以達(dá)到室溫；n實驗結(jié)果表明：采用氣霧冷卻，軋制過程中實驗結(jié)果表明：采用氣霧冷卻，軋制過程中熱量向軋輥內(nèi)部擴散較少，冷卻效果要優(yōu)于熱量向軋輥內(nèi)部擴散較少，冷卻效果要優(yōu)于水冷。水冷。 （3型鋼表面溫度對比型鋼表面溫度對比 不同軋輥冷卻方式后型鋼表面各部位溫度不同軋輥冷卻方式后型鋼表面各部位溫度(a) H125(a) H125125H125H型鋼；型鋼；(b) I200(b) I200100100工字鋼工字鋼(a)型鋼R角型鋼腹板型鋼內(nèi)翼緣型鋼外翼緣08001000933.0936.5912.5918.3812.3839.5920.5 溫度（） 氣霧冷卻 水冷940.0(b)

17、R角腹板內(nèi)翼緣外翼緣08001000924.7867.4922.1886.0783.5803.5902.9 溫度（） 氣霧冷卻 水冷919.2n采用氣霧冷卻方式冷卻軋輥時，型鋼的腹板采用氣霧冷卻方式冷卻軋輥時，型鋼的腹板溫度比采用水冷方式時要高出溫度比采用水冷方式時要高出17左右。主左右。主要原因是：要原因是：n采用氣霧冷卻軋輥時，小型采用氣霧冷卻軋輥時，小型H型鋼腹板殘留型鋼腹板殘留冷卻水量要遠(yuǎn)少于采用水冷軋輥時腹板內(nèi)的冷卻水量要遠(yuǎn)少于采用水冷軋輥時腹板內(nèi)的殘留冷卻水量，腹板被冷卻水帶走的熱量較殘留冷卻水量，腹板被冷卻水帶走的熱量較少，從而使得進(jìn)入冷床前少，從而使得進(jìn)入冷床前H型鋼腹板溫度要

18、型鋼腹板溫度要高。小型高。小型H型鋼內(nèi)翼緣上部和外翼緣由于沒型鋼內(nèi)翼緣上部和外翼緣由于沒有冷卻水的作用，一直處于空冷狀態(tài)，溫度有冷卻水的作用，一直處于空冷狀態(tài)，溫度相對改變不大。相對改變不大。軋制規(guī)格軋制規(guī)格I200102時氣霧冷卻輥與水冷輥磨損比較時氣霧冷卻輥與水冷輥磨損比較 (a) 氣霧冷卻輥磨損氣霧冷卻輥磨損; (b) 噴水冷卻輥磨損噴水冷卻輥磨損(a)(b)2022-5-23bac(a)(a)氣霧冷卻輥磨損氣霧冷卻輥磨損; (b); (b)水冷輥磨損水冷輥磨損; (c); (c)水冷輥磨損水冷輥磨損規(guī)格H1251256.59氣霧冷卻與水冷軋輥磨損比較 ab(a)(a)氣霧冷卻軋輥磨損氣

19、霧冷卻軋輥磨損; (b); (b)水冷冷卻軋輥磨損水冷冷卻軋輥磨損規(guī)格I200100711.4氣霧冷卻與水冷軋輥磨損比較 12345678910平均值平均值翼緣翼緣1/3處處945939951943946938942935947943942.9腹板中心腹板中心827820818822815817820826818815819.82022-5-2330不同冷卻方式過鋼量比較0200400600800100012001400 軋制量（ t）8001050水冷氣霧冷卻采用氣霧冷卻軋輥，過鋼量由原來的800t1100支提高到1050t1500支），產(chǎn)量提高了約30%。30%n軋制規(guī)格軋制規(guī)格I1608869.9時，每次換輥的過鋼時，每次換輥的過鋼量提高了約量提高了約30% ；n在達(dá)到軋輥冷卻強度的前提下，采用氣霧冷卻軋輥在達(dá)到軋輥冷卻強度的前提下，采用氣霧冷卻軋輥僅為水冷方式下耗水量的僅為水冷方式下耗水量的1/3 ；n型鋼腹板內(nèi)冷卻水減少約型鋼腹板內(nèi)冷卻水減少約2/3 ；n采用氣霧冷卻方式，型鋼表面最大溫差減少了采用氣霧冷卻方式，型鋼表面最大溫差減少了18