Okrajové podmínky ve válcovací mezeře při válcování za tepla a za studena

Abstract

Při tvorbě modelů technologického procesu válcování jednu z klíčových rolí hraje určení teplotních a silových okrajových podmínek ve válcovací mezeře. V kontaktu ve válcovací mezeře pozorujeme proměnný průběh normálové síly, změnu vzájemné rychlosti těles, působení oxidů a maziv aj. Zahrnout vliv všech parametru při určení okrajových podmínek není jednoduché a vyžaduje rozsáhlá měření. Proto je účelem této práce vývoj nových teplotních a silových senzorů pro měření okrajových podmínek ve válcovací mezeře ve formě součinitele přestupu tepla v kontaktu a koeficientu tření a jejich použití při testovacích měřeních. Pro teplotní okrajovou podmínku při válcování zatepla je pracovní válec osazen podpovrchovým teplotním snímačem. Na základě zaznamenaných teplot a pomocí inverzní úlohy vedení tepla jsou vypočteny povrchové teploty válce a hustota tepelného toků mezi válcovaným materiálem a válcem. Několik typů senzorů bylo vyvinuto a úspěšně otestováno na zkušební stolici nebo v poloprovozním režimu válcování na trati. V simulacích a při měření byly porovnávány teplotní odezvy senzorů a schopnost inverzní úlohy správně rekonstruovat povrchovou okrajovou podmínku. Při dlouhodobém měření byla také sledována životnost senzorů. Ke snímání mechanického napětí na rozhraní válec-provalek a výpočtu koeficientu tření je využita metoda měřícího pinu, kdy vrchol měřícího elementu (pinu) je v kontaktu s válcovaným materiálem. Síly, působící na pin, jsou snímány tříosým piezoelektrickým snímačem sil a přepočteny na kontaktní napětí ve válcovací mezeře. Senzor byl zabudován do měřícího válce a otestován při válcování ocelových a hliníkových tyčí za tepla a za studena. Výsledky byly porovnány s integračním snímačem sil ROLLSURF.

Boundary conditions in the roll gap play an important role in modelling of rolling processes. In the roll gap we can observe the following: changes of rolling pressure, changes of relative velocity, influences of oxides and lubrication, etc. When taking into account all conditions mentioned above the determination of the boundary conditions is not trivial and extensive measurements are necessary. Therefore, this thesis is dealing with design of temperature and force sensors specified for the determination of friction coefficient and heat transfer coefficient in contact. The temperature sensor with an installed thermocouple measures subsurface temperature for a given depth; and then the inverse heat conduction task is used to compute temperature and heat flux on the surface. Several temperature sensors were designed and used for measuring in pilot mill and industrial rolling mill as well. The thermal responses of different sensors were compared in the numerical simulations. The inverse calculations were tested for various rolling conditions. A durability of the sensors was also studied in industrial rolling conditions. The contact stresses in the roll gap were measured by a pin, which was in direct contact with the rolled material. The forces on the top of the pin were measured by a three-axes piezoelectric force transducer and recalculated to the contact stress and friction coefficient. The sensor was implemented in a work roll and tested when rolling aluminium and steel slab for different rolling conditions. The results were compared with the integrative force sensor ROLLSURF.