工輥在完成熱軋製程後之熱分析

Abstract

本文探討工作輥輪於熱軋結束後，輥體在空氣冷卻及噴水冷卻過程中的熱分析，並利用實驗量測與數值方法比較，估算出所對應熱對流係數。首先以實驗方式量測工作輥體之表面溫度及徑向熱膨脹量，再建立一個二維軸對稱工作輥體的暫態物理模型，使用隱性(implicit)有限體積法，並對未知的熱對流係數進行猜値，給定一固定常數，模擬工輥在冷卻過程中輥溫分佈及輥徑變化。之後再利用數值模擬結果與實驗數據比較，估算出工輥在空氣冷卻及噴水冷卻時，所對應熱對流係數，此熱對流係數可做為日後發展冷卻系統之重要依據。 在空氣冷卻過程中，由於空氣對流係數相當的小，因此需要非常久的冷卻時間，工輥溫度才能趨於穩態。且輥面熱對流效應遠小於工輥內部熱傳效應，因此可將工輥徑向溫度分佈視為塊狀系統(lumped system)。相較於工輥在噴水冷卻過程中，表面熱對流效應大於工輥內部熱傳效應，此時工輥內部溫度變化會有延遲的現象。且若冷卻時間不夠久，工輥內部熱量無法完全移除而往外傳遞，造成輥面溫度有回溫現象的發生。