基于局部一维隐式法铝板带热轧工作辊热辊型快速预测研究

作     者：张朝锋 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓华;黄长清

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：有限差分 有限元 热连轧 温度场 热辊型 

摘      要：对于铝板带热轧,热辊型是实现板形精确控制的重要条件。高效快速的辊型在线预报可大幅提高热连轧机轧后带材的板形质量。然而热轧环境恶劣,生产现场干扰大,大大影响了辊型在线检测系统的精度和稳定性,很难在线准确测量轧辊热凸度,因此建立工作辊热辊型的高效快速在线预测模型对板形控制精度的提高非常重要。文章以工作辊热辊型快速预测为目标,探索建立一种工作辊温度场的高效计算方法,结合某厂实际热连轧轧机结构及工艺参数着力研究了以下问题： 1.结合热连轧工艺条件,针对工作辊的结构特征对轧辊的物理模型及热交换环境进行了合理简化,并对轧制过程中轧辊的热量交换与传递关系进行了全面分析,在此基础上将轧辊沿周向分布的周期性热边界条件转化为等效均布热载荷。从能量守恒定律和热传导方程出发,建立了轧辊温度场及热变形的二维数学模型。 2.经过对现有差分算法优缺点的比较,选择了在数值求解上具有绝对稳定性和收敛性的局部一维隐式差分法,针对所研究的实际热连轧机建立了工作辊温度场和热凸度的差分计算模型,并采用追赶法对轧辊温度场进行了求解,确保了较快的计算速度,为实现热辊型在线预测研究奠定了基础。 3.利用局部一维隐式差分计算模型,模拟仿真了热连轧机工作辊温度场和热变形的形成过程及变化规律。经与对相同轧机建立的有限元模型仿真结果进行对比分析,显示二者计算误差不超过3%,且差分计算模型的计算速度提高了近700倍。表明局部一维隐式法具有良好的计算精度和较高的计算速度,热辊型预测速度得到大幅提高。 4.经过与实验数据的对比进一步验证了模型的正确性和计算精度。基于局部一维隐式差分模型,分析了轧件宽度、轧制节奏、冷却液温度、压下率、及喷淋方案与轧辊热变形间的关系,得到了铝热精轧过程中轧辊热变形即轧辊热辊型的变化规律,为热辊型在线预测及控制策略的制定提供了参考。