Исследование теплообмена и разработка методики расчета термонапряженного состояния роликов машины непрерывного литья заготовок

• Автор: Голицына, Елена Викторовна
• Шифр специальности: 05.14.04, 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 177 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Современное состояние моделирования теплообмена

ф цилиндрических элементов металлургического оборудования

с учетом температурных напряжений

1.1. Условия работы роликов МНЛЗ

1.2. Моделирование температурных полей в роликах металлургических машин

1.3. Моделирование термонапряженного состояния вращающихся цилиндрических элементов металлургических машин

1.4. Инженерные методы расчета термонапряженного состояния

вращающихся роликов

1.5. Постановка задач исследований

2. Моделирование динамики теплового состояния вращающихся
I роликов МНЛЗ
2.1. Математическая модель теплового состояния роликов
2.2. Динамика осесимметричной составляющей температурного поля
2.2.1. Осесимметричная составляющая нестационарного температурного поля сплошного ролика
2.2.2. Осесимметричная составляющая нестационарного
температурного поля полого ролика
2.3. Неосесиммстричное квазистационарное температурное поле
2.3.1. Температурное поле сплошного ролика
2.3.2. Температурное поле полого ролика
2.4. Выводы по главе
р 3. Исследование термонапряженного состояния вращающихся роликов
3.1. Термонапряженное состояние сплошного ролика
3.2. Термонапряженное состояние полого ролика
3.3. Выводы по главе
4. Инженерная методика расчета теплообмена и термонапряженного
состояния полого ролика МНЛЗ
4.1. Алгоритм расчета теплообмена и термонапряженного состояния
4.1.1. Вычисление коэффициентов теплообмена
4.1.2. Тепловое состояние ролика
4.1.3. Термонапряженное состояние ролика
4.2. Алгоритм расчета эквивалентных напряжений
4.3. Пример инженерного расчета теплообмена и термонапряженного состояния полого вращающегося ролика МНЛЗ
4.4. Выводы по главе
Заключение
Список литературы


Высокая температура в зоне контакта ролика со слитком, трение между заготовкой и бочкой являются причиной интенсивного износа поверхностного слоя ролика. Диаметр бочки в средней части уменьшается, что отрицательно влияет на качество слябовых заготовок, поскольку приводит к выпучиванию слитка и образованию внутренних трещин. По износу бочки выбраковываются в основном ролики радиального и в незначительной степени криволинейного участков []. Циклически изменяющиеся температурные напряжения и деформации, выходящие за пределы упругой области критического состояния материала, являются причиной появления сетки разгара. Микротрещины развиваются вглубь тела ролика, и при достижении определенной глубины возможна поломка ролика. По причине появления сетки разгара выходят из строя в основном ролики криволинейного участка. Их срок службы обычно составляет около полугода. В случаях замедления разливки до скорости 0,1 - 0,2 м/мин вследствие несимметричности температурного поля ролика появляется остаточный прогиб, что сказывается на качестве продукции []. Допустимый износ по диаметру бочки ролика в месте контакта со слитком равен 1 мм для радиального участка, 2 мм - для криволинейного и горизонтального участков. Допустимый остаточный прогиб равен 0,5 мм/м для радиального участка; 1,0 мм/м -для криволинейного и горизонтального участков []. Учитывая тяжелые температурные условия работы роликов, для их изготовления применяют конструкционные и легированные стали, содержащие хром, молибден и ванадий: X, X, ХМ, ХН1М, Х1М1Ф, Х1МФ, Х1М1Ф [9, ]. На рис. МНЛЗ, находящегося в зоне без форсуночного охлаждения слитка. С []. По данным [] угол (р! Вт/(м *К). На дугах АВ и СП происходит лучистый теплообмен между роликом и слитком и конвективный теплообмен ролика с окружающим воздухом. Натурные и лабораторные исследования показали, что совместный вклад конвекции и контактного теплообмена в тепловое состояние ролика мал и составляет - %, вклад одной конвекции - 8 - % [6,7]. Рис. Ф2 = л/2 + arccos(2/? S - расстояние между осями роликов, R2 - внешний радиус ролика. На дуге ВС осуществляется конвективно-радиационный теплообмен между роликом и поддерживающей рамой. На этом участке теплообменом с окружающей средой можно пренебречь вследствие незначительности расстояния между роликом и рамой [5]. Внутренняя поверхность ролика подвержена конвективному теплообмену с охлаждающей жидкостью. На рис. Рис. На дуге АВ происходит лучистый теплообмен ролика 1 со слитком 3. ВС и йЕ - зоны конвективного теплообмена с охлаждающей жидкостью, подающейся из форсунки 2. На дуге СО осуществляется конвективный теплообмен с окружающим воздухом. По данным [1] плотность теплового потока, поступающего в ролик со слитка, колеблется от (1,1 - 1,6)-6 Вт/м2 в зоне контакта до (2,5 —- 3) -3 Вт/м2 в зоне лучистого теплообмена со слитком. В зоне действия распыленной из форсунок воды плотность теплового потока, снимаемого с поверхности ролика, достигает (1,0 - 1,3)- Вт/м , а на остальной открытой поверхности составляет не более 2,5-4 Вт/м2. Х^ = а1(Г-7;) + а2(7’-7’2) + а(7’4-Гз4), р = Л2, (1. Т - температура; X - коэффициент теплопроводности ролика; р - радиальная координата; а,, а2 - коэффициенты контактного и конвективного теплообмена; а - приведенный коэффициент излучения; 7;, Т2, Тъ - температуры сред, участвующих в контактном, конвективном и лучистом теплообменах. Со ер? Ч гч^ (5/Л,-8ІПф)Сф-(1“Сф)5ІПф . Ч'(ф) = 0,5 + *- - — ^-1= - ^ -X. СОЭф) +(5//? Для ролика с наружным охлаждением о = 0. Нахождение обобщенных угловых коэффициентов для поглощающих сред рассматривалось в работе []. На рис. Расход воды регулируется с помощью системы вентилей. Рис. Проходя по каналу, вода нагревается, и на выходе ее температура становится выше на - градусов [3, 4]. С в зависимости от скорости разливки и расхода воды. В верхнем ролике средняя температура воды выше, чем в нижнем. Исследования [2] показывают, что снижение заполнения канала водой ведет к существенному повышению температуры бочки ролика. Х^ = асЛТ-Т. Тл, - температура охлаждающей воды. N-X. N = ? Я1/Ят <0,2, 8, =1 при Я{/Ят > 0,2.