板坯φ230 mm支撑辊周期性热负荷模拟分析

常海，雷少武，仇俊娟，耿明山

(中冶京诚工程技术有限公司炼钢工程技术所， 北京 100176)

摘要：板坯支撑辊是板坯连铸机的重要组成部分，支撑辊轴承位的温度及辊面温度直接决定了支撑辊能否正常运行。为了探明转动过程中辊子各部位的温度分布规律，对板坯φ230 mm支撑辊周期性转动过程中的辊子传热过程进行了模拟研究。结果表明，板坯φ230 mm支撑辊在连铸过程中受板坯辐射、冷却水及空气散热影响，在连铸约1 500 s时温度达到稳态，且在有冷却水影响时辊子投影向空气侧半圆中部温度为250 ℃左右，在无冷却水影响时温度为270 ℃左右；在有冷却水影响时辊子投影向板坯侧半圆最高温度为272.3 ℃，在无冷却水影响时温度为290.0 ℃左右。通过与实测数据对比，证明本文计算模型能很好地预测连铸支撑辊的温度分布，可为其设计提供理论支持。

关键词：板坯； 支撑辊； 传热； 热负荷； 温度分布

1 引言

板坯连铸过程中支撑辊起着较为关键的作用，连铸坯的“鼓肚”变形主要通过支撑辊进行控制。辊子在长时间使用过程中如果冷却不良，尤其在设计过程中对辊子周期性热状态认识不足的情况下，往往会出现辊子损坏漏水、轴承损坏情况，严重时可能造成辊子断裂，不但影响生产，而且还要耗费人力物力进行不断修复。因此对辊子转动过程进行建模，研究其热状态就显得尤为重要。孙蓟泉等在1997年对武钢板坯拉矫机的热模拟研究中推导出的传热模型对现在的模拟研究仍具有启发性。文献将热传导方程化为矢量微分方程，进而建立差分方程，并根据轧辊各边界部分建立的边界条件求解，求解过程较繁杂。文献采用有限差分法计算了工作辊轴对称平面内瞬态温度场。文献采用有限差分法计算了工作辊横截面内稳态温度场。文献采用有限差分法建立了热轧带钢连轧机工作辊二维温度场及热辊形的仿真模型。樊树宝及叶亚宁分别对板坯连铸机矫直辊进行了模拟研究，给出了矫直辊在连铸过程中的热分布状态。张鹏建立了热轧带钢中间坯及输送辊温度场模型,对热轧带钢中间坯在运送过程中温度变化及辊子的温度变化进行了研究。陈志超、邹文芳用有限元方法对热连轧输送辊道温度场进行了模拟研究。基于此，本文针对实际连铸机φ230 mm支撑辊建立研究模型，对其在连铸过程中的升温过程进行模拟，探究热平衡态到达的时间及辊子温度分布规律，可为板坯支撑辊设计提供强有力的理论支持。

2 精选图表

3 结论

(1)板坯φ230 mm支撑辊周期性转动过程中，辊子传热受板坯热辐射、冷却水及空气散热影响，在连铸1 500 s左右温度达到稳态，且在有冷却水时辊子投影向空气侧半圆中部温度为250 ℃左右，在无冷却水影响时温度为270 ℃左右。

(2)在有冷却水影响时，辊子投影向板坯侧半圆最高温度为272.3 ℃，在无冷却水影响时为290.0 ℃左右。受中心孔水冷的影响，辊子轴承区域温度均低于100.0 ℃。可以看出φ230 mm支撑辊可以适应有无二冷水影响的工况。

(3)通过与实测数据做比较，说明本文计算模型能很好地预测辊子的温度分布，可以为连铸支撑辊设计提供理论参考。