寬幅鋁合金板熱連軋熱力耦合數(shù)值模擬與乳化液傳熱實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鋁合金熱連軋是目前鋁板帶生產(chǎn)的主要方法，利用熱連軋的方法可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的板帶產(chǎn)品。在鋁板熱連軋過(guò)程中，鋁板溫度、應(yīng)力等參數(shù)的控制很重要，特別是寬幅鋁板帶，由于其寬度方向尺寸很大，因此沿寬度方向上的溫度、應(yīng)力的分布容易不均勻，而溫度、應(yīng)力應(yīng)變的不均勻分布又直接影響軋后板帶的表面質(zhì)量及力學(xué)性能。鋁板熱連軋過(guò)程中乳化液冷卻是影響鋁板溫度場(chǎng)的重要因素之一，目前關(guān)于鋁板熱連軋數(shù)值模擬研究中對(duì)乳化液傳熱邊界的處理過(guò)于簡(jiǎn)單，與實(shí)際鋁板熱軋中乳化液傳

2、熱過(guò)程不符，導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型不夠準(zhǔn)確，降低了模擬結(jié)果的精度。
　　針對(duì)上述鋁板軋制中所存在的問(wèn)題，本文發(fā)展了一種新的寬幅鋁板熱連軋熱力耦合數(shù)學(xué)模型，該模型中軋件表面設(shè)立了一個(gè)隨軋件與軋輥接觸面移動(dòng)的邊界條件表示乳化液冷卻傳熱，采用實(shí)驗(yàn)的方法得出乳化液與軋件之間的冷卻傳熱系數(shù)，通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)幅寬2700mm（坯料寬度）鋁合金板“1+4”熱連軋全流程過(guò)程及乳化液噴射量對(duì)軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變的影響進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：

3、r>　?、僖苑鶎?700mm超大規(guī)格鋁板“1+4”熱連軋過(guò)程為研究對(duì)象，發(fā)展了一種新的寬幅鋁板熱連軋熱力耦合數(shù)學(xué)模型。在該模型中軋件表面設(shè)立了一個(gè)隨軋件與軋輥接觸面移動(dòng)的邊界條件表示乳化液冷卻傳熱，實(shí)現(xiàn)了乳化液對(duì)軋件的傳熱邊界條件準(zhǔn)確的描述，模型中對(duì)乳化液傳熱邊界的處理更符合實(shí)際軋制過(guò)程，提高了模型的準(zhǔn)確性。
　?、谠诎l(fā)展的新的模型中,乳化液傳對(duì)軋件傳熱邊界中的傳熱系數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法獲得。為此，根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)傳熱原理設(shè)計(jì)了乳化液傳

4、熱系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并利用傳熱學(xué)原理對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行了熱平衡計(jì)算，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的方案制作了乳化液與鋁板傳熱系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　?、劾米孕性O(shè)計(jì)制作的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)乳化液傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)反向傳熱算法計(jì)算獲得了在不同噴射量的條件下乳化液對(duì)鋁板冷卻傳熱系數(shù)，為模型中乳化液傳熱邊界提供了乳化液冷卻傳熱系數(shù)基礎(chǔ)參數(shù)。
　　④利用發(fā)展的寬幅鋁板熱連軋三維熱力耦合數(shù)學(xué)模型，對(duì)寬幅鋁板熱連軋全流程中軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了數(shù)值模擬研

5、究，研究結(jié)果表明：在寬度方向上，表面節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)的溫度場(chǎng)呈先增大后減小的趨勢(shì)，從第13到第15道次，軋件橫向表面邊緣與中心的溫度差最大達(dá)到44℃。寬度方向上應(yīng)力分布不均勻，寬度邊緣的應(yīng)力大于其它節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力，第一道次軋制中，中心與邊緣節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力差在13Mpa左右，第九道次軋制中，中心與邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)力差在6Mpa左右；應(yīng)力隨著軋制的進(jìn)行逐漸深入到軋件厚度中心，其在長(zhǎng)度方向分布的不均勻性較大，寬度方向的波動(dòng)幅度較小。
　?、堇冒l(fā)展的寬

6、幅鋁板熱連軋三維熱力耦合數(shù)學(xué)模型，在不同乳化液噴射量的條件下對(duì)寬幅鋁板熱連軋全流程中軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明：乳化液噴射量越大，每個(gè)道次軋制時(shí)表面溫降越大，橫向溫度降低得越多，當(dāng)乳化液噴射量為1350(2)L/min?m時(shí)，軋件在第十道次的溫降最大，溫降值為110℃左右；軋制應(yīng)力隨乳化液噴射量的增大而增大，在第1道次中，當(dāng)乳化液噴射量從950(2)L/min?m增大到1350(2)L/min?m時(shí)，軋件應(yīng)力從7