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液氮低温冷却条件下的冷轧带钢温度研究

作　者: 吕永鸣
导　师: 张晓明
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 液氮冷却变形热摩擦热带钢温度换热系数
分类号: TG335.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

工艺冷却和润滑是冷轧工艺的重要环节,也是带钢冷轧过程中的关键技术。在传统的冷轧工艺中为了使轧制过程顺利进行,一般采用乳化液进行润滑和冷却,但是针对传统乳化液和纯油轧制存在的问题和不足,本文提出一种利用液氮来代替乳化液进行冷却和润滑的技术方案,有望解决传统冷轧过程中存在的乳化液污染,循环系统维护困难以及带材表面质量难以控制的问题。本研究就是针对液氮冷却给冷轧润滑理论和冷却系统设计等带来的一系列新问题而提出的,通过该研究,不但可以弄清液氮在冷轧过程中的冷却能力,为液氮的控制与合理利用提供科学依据,而且有望建立新的冷轧冷却方式,为新一代轧制冷却和润滑技术的开发提供了新的思路。论文主要工作和成果如下：(1)液氮冷却带钢作为一个全新的课题,其冷却能力目前还没有一个清楚的认识,为了探索液氮喷射冷却过程中的换热行为,本文首先对液氮冷却带钢过程中产生的物理现象进行了分析。(2)为了探索液氮喷射带钢表面的换热规律,本文设计了实验室液氮喷射冷却钢板的实验,并且将实验数据经反传热差分程序求解,得出在不同工艺条件下液氮喷射冷却钢板表面的换热系数,同时对影响液氮冷却钢板表面换热系数的主要因素进行了详细分析。(3)为了对轧制过程中带钢自身产生的变形热,带钢与轧辊之间的摩擦热进行精确计算,本文将变形区分为入口弹性区、入口塑性区、粘着区、出口塑性变形区以及出口弹性区并对每个区间的长度进行计算,对各区段进行积分求解摩擦热,对于变形热,本文考虑了轧制过程中变形程度的变化,采用对于变形程度进行积分的方法求解塑性变形热。对于摩擦热于轧件与轧辊之间分配的问题,本文建立了摩擦热分配模型,该模型可以体现出轧辊与轧件之间相对温度变化对于摩擦热分配的影响。(4)根据以上建立的热量计算模型,本研究利用VC6.0开发环境开发了冷轧带钢温度计算软件。为了验证软件计算的正确性,本文在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室进行了乳化液润滑轧制测温实验,实验测温值与软件计算值比较验证了软件计算精确度,并且利用该软件计算,给出了冷轧过程中各主要因素对于轧制过程中产生热量的影响规律。(5)利用所开发的带钢温度计算软件,结合液氮冷却边界条件,计算了在液氮冷却条件下的带钢温度,分析并给出了各主要因素对于液氮冷却条件下带钢温度的影响规律。本文通过以上研究工作,希望能够为将来液氮应用于工业生产上的工艺优化提供理论依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-26
  1.1 液氮在低温加工中的应用  11-15
  1.2 冷轧带钢工艺润滑目的及机理  15-19
  1.3 液氮润滑机理的研究概况  19-23
  1.4 本研究的目的、意义和主要内容  23-26
第2章表面换热系数模型建立及求解  26-50
  2.1 液氮喷射带钢表面的物理描述与换热系数模型建立  26-30
  2.2 轧件与轧辊之间接触热传导系数的确定  30-32
  2.3 冷氮气与带钢之间换热系数的确定  32-36
  2.4 液氮喷射冷却带钢的实验研究  36-49
    2.4.1 反传热法为基础的综合换热系数建模  36-41
    2.4.2 实验设备  41-43
    2.4.3 实验方案  43-45
    2.4.4 实验结果分析  45-49
  2.5 本章小结  49-50
第3章冷轧带钢温度计算模型的研究  50-67
  3.1 轧件的变形功模型  50-51
  3.2 轧辊与带钢接触表面的摩擦热模型  51-61
    3.2.1 预位移原理简介  51-52
    3.2.2 轧制变形区各部分长度计算模型  52-57
    3.2.3 轧制变形区内轧制力计算模型  57-58
    3.2.4 变形区各部分摩擦力的计算模型  58-60
    3.2.5 轧制变形区摩擦热的计算  60-61
  3.3 带钢轧后温度的计算模型  61-64
  3.4 液氮低温冷却摩擦系数模型  64-66
    3.4.1 液氮的润滑机制  64-65
    3.4.2 液氮冷轧润滑摩擦系数反算  65-66
  3.5 本章小结  66-67
第4章冷轧带钢温度计算软件开发及相关影响因素分析  67-85
  4.1 软件的开发环境  67-68
  4.2 软件的使用功能  68-70
  4.3 变形抗力实验  70-71
  4.4 带钢温度计算值与实测值的对比分析  71-75
    4.4.1 冷轧实验原料准备与实验设备  72-73
    4.4.2 实验前准备工作及实验方案  73-75
  4.5 变形区内带钢温度影响因素分析  75-80
    4.5.1 摩擦系数对于变形区内带钢温度的影响  76-77
    4.5.2 屈服强度对于变形区内带钢温度的影响  77-78
    4.5.3 压下量对于变形区内带钢温度的影响  78
    4.5.4 张力对于变形区内带钢温度的影响  78-80
  4.6 液氮冷却带钢温度影响因素分析  80-83
    4.6.1 液氮冷却与乳化液冷却在冷却能力上的对比分析  80-81
    4.6.2 液氮冷却传热系数对于出口温度的影响  81-83
    4.6.3 轧制速度对于带钢出口温度的影响  83
  4.7 本章小结  83-85
第5章结论  85-87
参考文献  87-91
致谢  91

液氮低温冷却条件下的冷轧带钢温度研究

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