Исследование теплообмена в роликах металлургических машин для совершенствования их теплового расчета

• Автор: Голубев, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Современное состояние моделирования теплообмена в роликовых системах металлургических машин

1.1 Теплообмен в роликовых системах

металлургических машин

1.2 Основные виды применяемых математических моделей температурного поля в роликах металлургических машин.

1.3. Контактный теплообмен роликов с обрабатываемым

металлом.

1.4. Лучистый теплообмен в роликовых системах

1.5. Постановка задачи исследований

2. Численное моделирование температурного поля во вращающихся роликах металлургических машин
2.1. Математическая модель.
2.2 Конечноразностная схема решения уравнения теплопроводности.
2.3 Алгоритм решения математической модели с
использованием метода конечных разностей.
2.4 Тестирование модели
Выводы по главе
3. Контактный теплообмен ролика со слитком.
3.1 Определение зависимости плотности теплового потока в зоне контакта ролика со слитком от угловой и осевой координат
3.2 Влияние контактного теплообмена на тепловое состояние
ролика
Выводы по главе
4. Лучистый теплообмен в роликовых системах
4.1. Лучистый теплообмен между поверхностью ролика и
широкой фан ью слитка
4.2. Лучистый теплообмен между поверхностью ролика и узкой фанью слитка.
4.3. Лучистый теплообмен между соседними роликами
Выводы по главе
5. Инженерный расчет теплового состояния роликов.
5.1. Анализ влияния геомефических и теплофизических параметров ролика и слитка на тепловое состояние ролика
5.2. Профамма расчета теплового состояния роликов
5.3. Методика инженерного расчета теплового состояния роликов 7 Выводы по главе.
Заключение
Библиофафический список.
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


По типам охлаждения ролики можно разделить на три группы: с наружным охлаждением, со внутренним охлаждением и с комбинированным охлаждением (то есть со внутренним и наружным). Для внутреннего охлаждения в ролике выполнен специальный канал, в который подается вода. На наружной поверхности ролика происходит контактный и лучисто-конвективный теплообмен. Диаметр роликов увеличивается по технологической оси. Полые ролики с наружным и внутренним охлаждением располагаются по кривой, обеспечивающей плавное разгибание слитка до горизонтального состояния. На горизонтальном участке вторичного охлаждения расположены ролики с увеличенным диаметром, поскольку здесь возникает более высокое ферростатическое давление. Общая длина поддерживающей системы составляет м, и содержит 0 роликов общей массой 0 тонн. Размеры роликов криволинейной МНЛЗ ОАО «Северсталь» приведены в таблице 1. Таблица 1. Рис. Ролики металлургических машин при эксплуатации подвержены воздействию высоких температур, перегрев ролика может привести его к выходу из строя. Для увеличения срока службы роликов необходимо соответствующим образом подбирать материал для изготовления роликов, геометрические размеры роликов, а также использовать охлаждение. Охлаждение роликов осуществляется при помощи наружного, внутреннего и комбинированного охлаждения. Наружное охлаждение не всегда может быть исполнено по конструкционным и технологическим причинам, требует большого количества воды и приводит к дополнительному охлаждению слитка. Внутреннее охлаждение роликов позволяет увеличить качество отливаемого металла, уменьшает расход воды в системе принудительного охлаждения, снижает затраты на привод насосов. Комбинированное охлаждение представляет собой сочетание наружной и внутренней систем охлаждения. На рис. Рассмотрим взаимодействие ролика со внутренним охлаждением со слитком. В месте контакта ролика со слитком происходит комбинированное тепловое и механическое взаимодействие. Максимальная длина зоны контакта ролика со слитком ограничена условием возникновения внутренних трещин в слитке, а минимальная -условиями транспортировки. Поверхность ролика вне зоны контакта подвергается лучисто-конвективному воздействию. Через внутренний канал ролика прокачивается охлаждающая жидкость. Эффективность внутреннего охлаждения ролика зависит от температуры и скорости движения охлаждающей жидкости, радиуса внутреннего канала, угловой скорости вращения и степени заполнения канала жидкостью. Рис. В основном тепло отводится за счет наружного охлаждения и через поверхность ролика, противоположную зоне контакта, поскольку лучистый теплообмен в данной зоне минимален, кроме того, часть тепла уходит через торцы ролика. Обычно скорость движения слитка при разливке достаточно низкая и составляет примерно 0,6 м/мин. При проектировании и реконструкции МНЛЗ учитываются мировые тенденции развития технологии непрерывной разливки стали и конструкций машин непрерывного литья заготовок, направленные на повышение качества производимой продукции и снижение временных и энергетических затрат. Процесс модернизации происходит постоянно, и на его проведения выделяются значительные средства. Расширение марочного состава сталей, сортамента и повышение производительности МНЛЗ усложняет выбор температурно-скоростных режимов разливки, и требует уточнения существующих и разработки новых математических моделей расчета теплового состояния роликов. Работа машины непрерывного литья заготовок во многом зависит от работы каждой составляющей ее элементов. Выход одного ролика из строя может привести к полной остановке работы, поэтому достаточно важно поддерживать все механизмы, участвующие при разливке, в должном состоянии и иметь возможность контроля за этим состоянием как на стадии эксплуатации, так и на стадии проектирования. Таким образом, необходимо использование методик определения теплового состояния ролика: максимальных температур поверхности, перепада температур в окружном направлении, расширение в осевом направлении и по радиусу для возможности подбора рациональных параметров роликов с целью увеличения срока их службы.