Validation of the Boundary Conditions in On-Line Temperature Model for Plate Rolling Mill

• Autorzy: Hadała, B. , Malinowski, Z.

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja warunków brzegowych modelu on-line sterowania procesem walcowania blach grubych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Effective modeling of rolling processes with the finite element method strongly depends on the accuracy of the temperature field computation. Heat transfer while rolling combines radiation and convection. Rolled material also loses heat to the equipment by direct contact. In addition to that heat sources such as work of plastic deformation and heat of phase transformation should be taken into account. All these parameters can be applied in the finite element models, however, computation time increases gradually with the model complexity. A simplified heat transfer model for on-line systems of mill control has been presented in the paper. The model has been validated by measurement curried out at an industrial steel plant. It has been shown that plate cooling due to water falling down from the rolls cooling system is an important factor and water consumption should be recorded to ensure proper temperature predictions in on-line control systems. Heat losses to the rolls and convective heat loses from the strip surface decrease the plate temperature by about 1,3 %. The computation time on typical PC computers of the plate temperature is short and do not exceeds 0.1 s for the hole production line.

PL

Poprawne modelowanie numeryczne procesów walcownia metodą elementów skończonych w dużej mierze zależy od dokładności obliczeń pola temperatury. Strata ciepła w czasie procesu walcowania jest związana z transportem ciepła w wyniku konwekcji oraz radiacji. Walcowany materiał traci ciepło także w wyniku bezpośredniego kontaktu z walcami. Oprócz tego podczas kształtowania metali rozkład temperatury w materiale zależy również od generowanego ciepła w wyniku odkształcenia plastycznego a także wystepowania przemian alotropowych w stanie stałym. Wszystkie te parametry mogą być zastosowane w modelu elementów skończonych, jednakże czas obliczeń wzrasta stopniowo wraz ze złożonością modelu. W artykule zaprezentowano uproszczony model wymiany ciepła dla sterowania procesem walcowania w systemie on-line. Opracowany model poddano ocenie poprzez porównanie z pomiarami wykonanymi w rzeczywistym procesie walcowania na gorąco blach grubych. Wykazano istotny wpływ wody chłodzącej opadającej z walców na wyniki obliczeń temperatury pasma. Konwekcyjne straty ciepła i straty ciepła do walców spowodowały obniżenie temperatury pasma o około 1.3%. Czas obliczeń opracowanym modelem nie przekraczał 0.1s na komputerze PC.

Słowa kluczowe

PL

walcowanie; warunki brzegowe; metoda elementów skończonych

EN

rolling process; boundary conditions; finite element method

• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 2
• Strony: 455-461
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hadała, B.

autor

Malinowski, Z.

• AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, FACULTY OF METAL ENGINEERING AND INDUSTRIAL COMPUTER, SCIENCE 30-059 KRAKÓW, 30 MICKIEWICZA AV., POLAND

Bibliografia

• [1] T. Fukushima, K. Mihra, K. Mizuta, New Technology for Continuous Annealing Line (Roll Cooling), First International Conference on Transport Phenomena in Processing, Honolulu, 22-26 march, 592-600 (1992).
• [2] A. A. Tseng, S. X. Tong, Thermomechanical Simulation of a Radial Forging Process; First International Conference on Transport Phenomena in Processing, Honolulu, 22-26 march, 547-562 (1992)
• [3] M. Pietrzyk, H. Kusiak, Z. Kedzierski, Modelowanie procesów walcowania blach na goraco; Hutnik, 59, 266-273, (1991) (in Polish).
• [4] M. Pietrzyk, H. Kusiak, J. G. Lenard, Z. Malinowski, Heat Exchange Between the Workpiece and the Tool in the Metal Forming Processes, The 6th Int. Conf. Formability’94, ed, Bartecek J., Ostrava 24-27 Oct., Czech Republic, 329-338 (1994).
• [5] J. Sengupta, B. G. Thomas, M. A. Wells, The Use of Water Cooling during the Continuous Casting of Steel and Aluminium Alloys, Metallurgical and Materials Transaction A 36A, 187-203 (2005).
• [6] A. Buczek, Zastosowanie brzegowego zagadnienia odwrotnego do identyfikacji współczynnika przejmowania ciepła podczas chłodzenia, AGH Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (2004) (in Polish).
• [7] R. Kuziak, M. Głowacki, W. Madej, M. Pietrzyk, Model cieplno-mechaniczno-strukturalny walcowania na goraco blach tasmowych ze stali 0H18N9, Hutnik 66, 356-363 (1999) (in Polish).
• [8] M. Pietrzyk, M. Głowacki, Komputerowy program do symulacji procesu walcowania blach na goraco w walcowni ciągłej Huty Sendzimira, Hutnik 60, 197-202 (1992) (in Polish).
• [9] M. Głowacki, Termomechaniczno-mikrostrukturalny model walcowania w wykrojach kształtowych, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (1998) (in Polish).
• [10] Z. Malinowski, Analysis of Temperature Fields in the Tools during Forging of Axially Symmetrical Parts, Archives of Metallurgy 46, 1, 93-118 (2001).
• [11] Z. Malinowski, J. G. Lenard, M. E. Davies, A Study of the Heat Transfer Coefficient as a Function of Temperature and Pressure, J. Mat. Proc. Tech. 41, 125-142 (1994).
• [12] C. Devadas, I. V. Samarasekera, Heat Transfer during Hot Rolling of Steel Strip, Ironmaking and Steelmaking 13, 311-321 (1986).
• [13] A. Yunus Cengel Heat and Mass Transfer-a Practical Approach. Mc Graw Hill, Boston (2007).
• [14] P. D. Hodgson, K. M. Browne, D. C. Collinson, T. T. Pham, R. K. Gibbs, AMathematical Model to Simulate the Thermomechanical Processing of Steel. In: Proc. 3rd Int. Seminar of the International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering, Melbourne, 139-159 (1991).
• [15] C. A. F. Suzuki, Studies on the Flow Stress of Metal. Report, The University of Tokyo 18, 139-145 (1968).
• [16] Z. Malinowski, M. Głowacki, Model zmian temperatury pasma w procesie walcowania blach, Kom-PlasTech’99, Proc. Conf. Zastosowanie Komputerów w Zakładach Przetwórstwa Metali, Ed. A. Piela, F. Grosman, M. Pietrzyk, J. Kusiak, Szczyrk, 17-20 styczen, 39-46, (1999) (in Polish).