軋輥氣霧冷卻-7課件

H型鋼軋制軋輥氣霧冷卻技術(shù)研究康永林，朱國明，袁鵬舉，張思勛2011年7月21日1主要內(nèi)容引言軋輥冷卻方式

軋輥冷卻三維溫度場仿真分析小型H型鋼軋輥氣霧冷卻現(xiàn)場應(yīng)用試驗

結(jié)論

21.引言H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。3噴水冷卻存在如下主要問題：1）利用率不高，水資源浪費嚴重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)。42.軋輥冷卻方式H型鋼軋制過程中，產(chǎn)生很大的溫度梯度和熱應(yīng)力，導(dǎo)致軋輥表面形成細小的網(wǎng)狀裂紋，即龜裂。而軋制負荷周期性，最終導(dǎo)致軋輥表面部分的磨損和剝落。軋輥的冷卻方式通常有：水幕、噴水和氣霧。1）水幕冷卻

存在問題：①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；②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；52）噴水冷卻

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。3）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1：10，特殊噴嘴1：25，而水噴嘴只能達到1：3;

氣霧水滴的直徑小，平均在100um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30%-50%；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。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。

新舊裝置軋輥冷卻溫度對比（鞍鋼）

1.原裝置；2.新裝置63.軋輥冷卻三維溫度場仿真分析軋件軸承座輥環(huán)傳動端有限元整體計算模型輥環(huán)有限元模型7軋輥冷卻區(qū)域軋輥冷卻區(qū)域三維圖8軋輥表面溫度分布

基本規(guī)律：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。主要原因：1.H型鋼軋制中斷面溫差不均，與軋輥接觸時，軋輥表面所吸收的熱量不相同；2.因H型鋼斷面形狀復(fù)雜，軋輥與軋件接觸的時間各部位不等。9軋輥接觸區(qū)分析軋輥表面關(guān)鍵點

軋輥與軋件接觸區(qū)域102023/7/25軋輥不同部位冷卻曲線112023/7/25大H型鋼軋輥冷卻仿真分析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122023/7/25冷卻區(qū)域端部冷卻角度40°×4冷卻區(qū)域端部冷卻角度120°×2端部冷卻角度280°冷卻區(qū)域(a)(b)(c)不同冷卻強度下（對流換熱系數(shù)下）的溫降曲線

(a)150KW/(m2·K)；(b)40KW/(m2·K)；(c)10KW/(m2·K)軋制過程中輥面不同部位溫度變化13軋輥端部冷卻角度120°(a)(b)不同冷卻強度下的溫降曲線

(a)20KW/(m2·K)；(b)10KW/(m2·K)冷卻區(qū)域軋輥端部冷卻角度120°14通過對大H型鋼TM機組軋制過程模擬分析，得到了軋輥的溫度分布規(guī)律：在距輥面0~5.5mm軋輥厚度層溫度變化劇烈，5.5~9.3mm輥層溫度變化較劇烈；9.3~30mm輥層溫度開始趨于平緩；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258℃。在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到416℃。154.小型H型鋼軋輥氣霧冷卻現(xiàn)場應(yīng)用試驗通過軋輥冷卻三維溫度場的仿真分析可知：萬能軋機水平輥輥面與H型鋼腹板接觸的部位溫度最低且分布均勻；靠近R角部位溫度逐漸升高，最高點在R角部位；要使氣霧冷卻達到理想的效果，需使氣霧冷卻的覆蓋面能達到合適的范圍，且R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H型鋼R角處進行重點冷卻。16小型H型鋼軋輥氣霧冷卻裝置設(shè)計的基本原則：在保證軋輥冷卻效果前提下，盡量減少H型鋼腹板殘留水，降低H型鋼各部位的溫差，減少冷卻水用量。軋輥氣霧冷卻試驗在規(guī)格H125×125、I200×100、I200×102時，對精軋機組最末架軋機U3的軋輥采用氣霧冷卻方式。

小型H型鋼車間軋區(qū)工藝平面布置示意圖17小型H型鋼軋輥氣霧冷卻試驗設(shè)計噴嘴在輥面橫截面上與端面的冷卻區(qū)域氣霧噴嘴實物的噴霧狀態(tài)18軋輥氣霧冷卻試驗結(jié)果與分析（1）型鋼腹板殘留冷卻水的比較(a)(b)規(guī)格I200×102工字鋼軋后腹板殘余水

(a)氣霧冷卻；(b)水冷19（2）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(a)H125×125H型鋼軋制20不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比(b)I200×100工字鋼軋制21不同規(guī)格不同冷卻方式下軋輥表面溫度對比

(c)I200×102工字鋼軋制22氣霧冷卻后的軋輥與水冷后的軋輥

空冷時的溫降比較(a)(b)(c)(a)輥面；(b)R角；(c)端面23氣霧冷卻后的軋輥與水冷后的軋輥

空冷時溫降比較，結(jié)論：采用氣霧冷卻的軋輥溫度較低，達到室溫的時間較短，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到室溫；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)于水冷。24（3）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

(a)H125×125H型鋼；(b)I200×100工字鋼(a)(b)25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17℃左右。主要原因是：采用氣霧冷卻軋輥時，小型H型鋼腹板殘留冷卻水量要遠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少，從而使得進入冷床前H型鋼腹板溫度要高。小型H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)，溫度相對改變不大。26（4）軋輥表面磨損程度的比較軋制規(guī)格I200×102時氣霧冷卻輥與水冷輥磨損比較

(a)氣霧冷卻輥磨損;(b)噴水冷卻輥磨損(a)(b)272023/7/25bac(a)氣霧冷卻輥磨損;(b)水冷輥磨損;(c)水冷輥磨損規(guī)格H125×125×6.5×9氣霧冷卻與水冷軋輥磨損比較ab(a)氣霧冷卻軋輥磨損;(b)水冷冷卻軋輥磨損規(guī)格I200×100×7×11.4氣霧冷卻與水冷軋輥磨損比較28氣霧冷卻時進入冷床前軋件表面溫度(℃)12345678910平均值翼緣1/3處945939951943946938942935947943942.9腹板中心827820818822815817820826818815819.8292023/7/2530不同冷卻方式過鋼量比較采用氣霧冷卻軋輥，過鋼量由原來的800t（1100支）提高到1050t（1500支），產(chǎn)量提高了約30%。30%30通過在小型H型鋼線上進行軋輥氣霧冷卻試驗，得出氣霧冷卻軋輥具有以下優(yōu)勢：軋制規(guī)格I160×88×6×9.9時，每次換輥的過鋼量提高了約30%；在達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1/3；型鋼腹板內(nèi)冷卻水減少約2/3；采用氣霧冷卻方式，型鋼表面最大溫差減少了18℃左右。315.結(jié)論通過大型H型鋼TM機組可逆連軋溫度場仿真分析，得到了軋輥輥面以及不同深度輥層的全軋程溫度變化曲線以及軋輥溫度與壓下量的相關(guān)規(guī)律；通過對不同冷卻強度、不同冷卻部位及噴冷面積下的軋輥溫度場的三維仿真分析，得到了H型鋼斷面溫度及軋輥溫度分布規(guī)律。該規(guī)律表明，提高軋輥冷卻效果需要對軋輥R角及端部進行重點冷卻；32對比不同冷卻方式下軋輥的冷卻效果表明，氣霧冷卻的冷卻強度要高于水冷。在相同冷卻效果前提下，氣霧冷卻用水量僅為水冷的1/3；通過在小型H型鋼線精軋機組進行軋輥氣霧冷卻實驗，驗證了氣霧冷卻方案的可行性，表明采用氣霧冷卻方式能減少軋輥損耗，提高軋件過鋼量，減少冷卻過程中的耗水量，降低軋件腹板殘留冷卻水，減少軋件表面的最大溫差。33結(jié)束語當(dāng)你