双辊铝带铸轧机冷却能力的设计分析
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（ １ ． 中南大学 ， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． 中色科技 股份有 限公 司 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ３ ９ ）
摘
要： 应 用流体力 学及传热 学公 式 ， 结合铸轧现场实际生产测试数据 ， 对铸 轧辊的冷却 强度 、 冷 却水量进行 近似计算 ，
给 出了冷却水管道结构及各管路直径 、 冷却水槽 大小及 圈数设计依 据 ， 为 同类铸轧机轧辊冷却设计提供参考和借鉴 。 关键词 ： 双辊铝带铸 轧机 ； 铸轧冷却强度 ； 冷却水槽
可取 ０ ． ７ ；
１ 轧辊冷却强度设计计算
１ ． １ 单 位 时间铝 液冷却 交换 热量
Ａ 一 空气盹 率 ， 查物Ｉ 生 表取 Ｑ０ ２ ５ ７ ｗ ／ （ ｍ・ ｋ ） ； ｆ 一 轧 辊辊 身长度 ， ｍ；
Ｇ ： Ａｔ ｄ ３
． ；
ｌ ：［ ｃ （ 一 ）＋ｃ （ 一 ）＋ｅ １ ］ ｒ ／ ×１ ０ 。 ×
一
轧 辊表 面平 均温 度 ， ℃； 空气 温度 ， ℃。
之问， 由液态变为 固态需要带走大量热量 ， 这些热量 主要 由闭路循 环水 系统 供 人 到 轧辊 内 的冷 却 水 带走 。
轧辊 的冷 却强 度越 大 ， 铸 轧机 速度 就可 以越 快 。 本文 结合 我 公 司设 计 的铸 轧机 组 中铸 轧 辊 现 场
对于水 冷系统 ， 主供 油 管 路 流 速 一 般 设 计 选 取 １ ． ５～３ ｍ／ ｓ ， 在流 量 确 定 的 情 况 下 ， 流速越 高 ， 供 水 管 路 直径 越小 。可 根据 选 取 的供 水 流 量 ， 并 结 合 轧辊 的 直 径选 取合 适 的供水 管 直径 。
３ ． ３ 主 回水管 直径
２ 冷却水流量 Ｑ
Ｑ＝ ／ （ Ｔ １一 ） Ｃ ； 式 中， 为 冷 却 水 出 口温
度， ℃； 为 冷却水人 口温度 ， ℃； Ｃ 为冷却水 的 比热
容， 可取 ４ ． １ ９ ｋ Ｊ ／ （ ・ ℃） 。
一
原则 上 主 回水 管 总截 面 与 主 供 水 管 截 面积 保 持
第 ３期
有色金属Ｊ ｊ ｎ － ｒ
４ ９
通 过 计 算表 明 ， 铝 液 冷却 的热 量 主要 由冷却 水 带 走， 由空 气 带 走 的 热 量 约 占轧 辊 总 散 热 量 的 ３ ％ ～ ５ ％ 。 由此 可 知 ， 轧 辊水 冷却 的设计 至关 重要 。
３ ． ２ 主供 水 管直 径
１ ０一 ． ｋ Ｊ ／ ｈ
式 中 ，Ｃ ｙ 一 铝 液 的 比 热 容 ，可 取 １ ．２ ９ ｋ Ｊ ／
（ ・ ℃） ；
ｃ 一 固态 铝 的 比热容， 可取 １ ． Ｏ １ ｋ Ｊ ／ （ ｋ ｇ・ ℃） ；
式中， 口 一 体积变化 系数 ， 等于绝对温度的倒数 ，
然对 流传 热来计 算 。
＝
Ａ ｈ （ 一 ） ， Ｗ
式中， Ａ一 轧 辊表 面散热 面积 ， ｍ ；
轧辊冷却强度等 ， 其 中轧辊冷却强度 的大小直接影响
铸 轧速度 。高温 液态 金 属 进 入 两个 旋 转 的 轧 辊 辊 缝
ｈ 一 轧辊表面的换热系数 ， ｗ ／ （ ｍ ・ ℃） ；
中图分类号 ： Ｔ Ｇ ２ ４ ９ ． ９ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ６ ７ ９ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ４ ８— ０ ３
随 着现代 化 铝加工 业 日益扩 大 产 能 的要 求 ， 对 铸 轧机 组速 度 的要 求 也 随 之 提 高 。影 响铸 轧机 速 度 的 因素 包括 铸轧 合金 成分 、 铸 轧 区长度 、 铝液 浇 铸 温度 、
一
轧辊表 面 的换热 系数 ｈ与格拉 晓芙 数 Ｇ 、 普 朗特 数Ｐ 及 空气 的导热 率 Ａ有关 ：
ｈ＝Ｃ Ｔ Ｉ Ｉ ． （ Ｐ ， Ｇ ）
的实测数据 ， 对轧辊冷却强度及 内部水槽的结构设计 进行分析 ， 以便为后续设计提供参考。
式中， Ｐ 一 由空气的等压 比热容、 动力粘度和导 热率求得 ， 对于气体一般取值范围为 ０ ． ６～ ０ ． ８ ， 这里
１ ． ２ 冷却 水 需带走 的热 量
＝ １ 一 ２
叼一 铸轧机的生产能力 ， ｔ ／ ｈ 。 １ ． ２ 铸 轧辊在 空气 中散 发 的热量
铸 轧辊 暴 露在 空 气 中 ， 其 散 发 的热 量可 按 空气 自
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ １ —０ ９
作者简介 ： 欧 阳向荣 （ １ ９ ７ ０一） ， 女， 高级工程师 ， 主要从事 有色金属设备设计 工作。
第４ ４卷
第３ 期
有 色 金 属 加 工
ＮＯＮＦ ＥＲＲＯＵＳ ＭＥ ＴＡＬ Ｓ ＰＲＯＣＥＳＳＩ ＮＧ
ＶＯ１ ． ４ ４ Ｎ Ｏ ． ３
２ ０ １ ５年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ １ ５
双 辊 铝 带 铸 轧 机 冷 却 能 力 的 设 计 分 析
欧 阳向荣 ， 易幼平
铸 嘴 中流 出金 属 液 的温 度 ， ℃； 铝 的熔 点 ， 可取 ６ ５ ８ ℃； 固态铝 带坯 的温度 ， ｏ Ｃ；
ｄ一 轧辊 直径 ， ｍ；
一
一
空气的运 瘦 ， 可取
Ｘ １ ０ Ｈ ｌ ２ ／ ｓ 。
一
通过 计算 ， Ｇ ×Ｐ ＞１ ０ ， 此 处 的散 热 为 紊 流 ， 查 典 型 自然 对 流传热 常数 表 ， 得 Ｃ＝ ０ ． １ ３ ， １ ３ ． ：１ ／ ３ 。
约为 ２ ． ６×１ ０ ～；
wk.baidu.com
ｇ一 重力 加速 度 ， ９ ． ８ １ ｍ ／ ｓ ； △ 一 轧 辊 表 面 与 空 气 温 度 差 ， ℃， 可 近 似
取１ ６ ５ ℃；
一
ｅ ｌ 一 铝 的熔 化 潜 热 （ 质量能） ， 可 取
３ ８ ９ ． ４ ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ；
摘
要： 应 用流体力 学及传热 学公 式 ， 结合铸轧现场实际生产测试数据 ， 对铸 轧辊的冷却 强度 、 冷 却水量进行 近似计算 ，
给 出了冷却水管道结构及各管路直径 、 冷却水槽 大小及 圈数设计依 据 ， 为 同类铸轧机轧辊冷却设计提供参考和借鉴 。 关键词 ： 双辊铝带铸 轧机 ； 铸轧冷却强度 ； 冷却水槽
可取 ０ ． ７ ；
１ 轧辊冷却强度设计计算
１ ． １ 单 位 时间铝 液冷却 交换 热量
Ａ 一 空气盹 率 ， 查物Ｉ 生 表取 Ｑ０ ２ ５ ７ ｗ ／ （ ｍ・ ｋ ） ； ｆ 一 轧 辊辊 身长度 ， ｍ；
Ｇ ： Ａｔ ｄ ３
． ；
ｌ ：［ ｃ （ 一 ）＋ｃ （ 一 ）＋ｅ １ ］ ｒ ／ ×１ ０ 。 ×
一
轧 辊表 面平 均温 度 ， ℃； 空气 温度 ， ℃。
之问， 由液态变为 固态需要带走大量热量 ， 这些热量 主要 由闭路循 环水 系统 供 人 到 轧辊 内 的冷 却 水 带走 。
轧辊 的冷 却强 度越 大 ， 铸 轧机 速度 就可 以越 快 。 本文 结合 我 公 司设 计 的铸 轧机 组 中铸 轧 辊 现 场
对于水 冷系统 ， 主供 油 管 路 流 速 一 般 设 计 选 取 １ ． ５～３ ｍ／ ｓ ， 在流 量 确 定 的 情 况 下 ， 流速越 高 ， 供 水 管 路 直径 越小 。可 根据 选 取 的供 水 流 量 ， 并 结 合 轧辊 的 直 径选 取合 适 的供水 管 直径 。
３ ． ３ 主 回水管 直径
２ 冷却水流量 Ｑ
Ｑ＝ ／ （ Ｔ １一 ） Ｃ ； 式 中， 为 冷 却 水 出 口温
度， ℃； 为 冷却水人 口温度 ， ℃； Ｃ 为冷却水 的 比热
容， 可取 ４ ． １ ９ ｋ Ｊ ／ （ ・ ℃） 。
一
原则 上 主 回水 管 总截 面 与 主 供 水 管 截 面积 保 持
第 ３期
有色金属Ｊ ｊ ｎ － ｒ
４ ９
通 过 计 算表 明 ， 铝 液 冷却 的热 量 主要 由冷却 水 带 走， 由空 气 带 走 的 热 量 约 占轧 辊 总 散 热 量 的 ３ ％ ～ ５ ％ 。 由此 可 知 ， 轧 辊水 冷却 的设计 至关 重要 。
３ ． ２ 主供 水 管直 径
１ ０一 ． ｋ Ｊ ／ ｈ
式 中 ，Ｃ ｙ 一 铝 液 的 比 热 容 ，可 取 １ ．２ ９ ｋ Ｊ ／
（ ・ ℃） ；
ｃ 一 固态 铝 的 比热容， 可取 １ ． Ｏ １ ｋ Ｊ ／ （ ｋ ｇ・ ℃） ；
式中， 口 一 体积变化 系数 ， 等于绝对温度的倒数 ，
然对 流传 热来计 算 。
＝
Ａ ｈ （ 一 ） ， Ｗ
式中， Ａ一 轧 辊表 面散热 面积 ， ｍ ；
轧辊冷却强度等 ， 其 中轧辊冷却强度 的大小直接影响
铸 轧速度 。高温 液态 金 属 进 入 两个 旋 转 的 轧 辊 辊 缝
ｈ 一 轧辊表面的换热系数 ， ｗ ／ （ ｍ ・ ℃） ；
中图分类号 ： Ｔ Ｇ ２ ４ ９ ． ９ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ６ ７ ９ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ４ ８— ０ ３
随 着现代 化 铝加工 业 日益扩 大 产 能 的要 求 ， 对 铸 轧机 组速 度 的要 求 也 随 之 提 高 。影 响铸 轧机 速 度 的 因素 包括 铸轧 合金 成分 、 铸 轧 区长度 、 铝液 浇 铸 温度 、
一
轧辊表 面 的换热 系数 ｈ与格拉 晓芙 数 Ｇ 、 普 朗特 数Ｐ 及 空气 的导热 率 Ａ有关 ：
ｈ＝Ｃ Ｔ Ｉ Ｉ ． （ Ｐ ， Ｇ ）
的实测数据 ， 对轧辊冷却强度及 内部水槽的结构设计 进行分析 ， 以便为后续设计提供参考。
式中， Ｐ 一 由空气的等压 比热容、 动力粘度和导 热率求得 ， 对于气体一般取值范围为 ０ ． ６～ ０ ． ８ ， 这里
１ ． ２ 冷却 水 需带走 的热 量
＝ １ 一 ２
叼一 铸轧机的生产能力 ， ｔ ／ ｈ 。 １ ． ２ 铸 轧辊在 空气 中散 发 的热量
铸 轧辊 暴 露在 空 气 中 ， 其 散 发 的热 量可 按 空气 自
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ １ —０ ９
作者简介 ： 欧 阳向荣 （ １ ９ ７ ０一） ， 女， 高级工程师 ， 主要从事 有色金属设备设计 工作。
第４ ４卷
第３ 期
有 色 金 属 加 工
ＮＯＮＦ ＥＲＲＯＵＳ ＭＥ ＴＡＬ Ｓ ＰＲＯＣＥＳＳＩ ＮＧ
ＶＯ１ ． ４ ４ Ｎ Ｏ ． ３
２ ０ １ ５年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ １ ５
双 辊 铝 带 铸 轧 机 冷 却 能 力 的 设 计 分 析
欧 阳向荣 ， 易幼平
铸 嘴 中流 出金 属 液 的温 度 ， ℃； 铝 的熔 点 ， 可取 ６ ５ ８ ℃； 固态铝 带坯 的温度 ， ｏ Ｃ；
ｄ一 轧辊 直径 ， ｍ；
一
一
空气的运 瘦 ， 可取
Ｘ １ ０ Ｈ ｌ ２ ／ ｓ 。
一
通过 计算 ， Ｇ ×Ｐ ＞１ ０ ， 此 处 的散 热 为 紊 流 ， 查 典 型 自然 对 流传热 常数 表 ， 得 Ｃ＝ ０ ． １ ３ ， １ ３ ． ：１ ／ ３ 。
约为 ２ ． ６×１ ０ ～；
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ｇ一 重力 加速 度 ， ９ ． ８ １ ｍ ／ ｓ ； △ 一 轧 辊 表 面 与 空 气 温 度 差 ， ℃， 可 近 似
取１ ６ ５ ℃；
一
ｅ ｌ 一 铝 的熔 化 潜 热 （ 质量能） ， 可 取
３ ８ ９ ． ４ ｋ Ｊ ／ ｋ ｇ；