Mathematical model of heat transfer in roll caliber
Abstract
A physical model of the thermal process in the roll caliber during the rolling of the tape on a two-roll rolling mill was constructed. A mathematical model of the temperature field of a rolling hollow roll of a rolling state of a cylindrical shape rotating about its axis with constant angular velocity is proposed. The mathematical model takes into account different conditions of heat exchange of the inner and outer surfaces of the roll with the belt and its surrounding environment. The temperature field of a hollow roll of a rolling mill is considered as an initial boundary-value problem for a homogeneous non-stationary heat equation with inhomogeneous, nonlinear boundary conditions, which also depend on the angle of rotation of the roll around its axis. The equation describes the temperature field of the rolls during uncontrolled heat transfer during rolling. It significantly depends on the time and number of revolutions around its axis. With a large number of revolutions of the roll around its axis, a quasi-stationary temperature distribution occurs. Therefore, the simplified problem of determining a quasistationary temperature field, which is associated with a thermal process that is time-independent, is considered further in the work. In this case, the temperature field is described using the boundary value problem in a ring for a homogeneous stationary heat equation with inhomogeneous boundary conditions and heat transfer conditions outside the ring, which lie from the angular coordinate. After the averaging operation, the solution of this problem is reduced to solving the equivalent integral equation of Hammerstein type with a kernel in the form of the Green's function. The Mathcad computer mathematical system builds the temperature distribution of the roll surface. An algorithm for solving a inhomogeneous problem was developed and the temperature distribution of the roll was constructed.
Downloads
References
/References
De Paepe, P. Simon, I. Moerkerke, J. C. Hermann, “Controlling the temperature of the bar at the inlet to the finisher”. ECSC Steel RTD Programme. pp.1–9, 2000.
O. I. Trishevskii, N. V. Saltavets ,“Mathematical model of the thermal state of strip in rolling”. Steel in translation, Vol. 39, №2, pp. 42–44, 2009.
O. I. Trishevsky, N. V. Saltavets, “Development of a mathematical model of the thermal state of the rolls during rolling”. Steel, №12, pp. 22–23, 2011. [in Russian]
O. I.Trichevsky, M. V. Saltavets, “The division of slab slabs in solving a two-dimensional problem of non-stationary thermal conductivity by an explicit finite-negative method”. Bulletin of the National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, № 48 (1167), pp.45–49, 2015. [in Russian]
P. I. Lizorkin, Course of differential and integral equations with additional chapters of analysis. M.: Science, 1981, 216 p. [in Russian]
O. I. Trishevsky, N. V. Saltavets, “Mathematical model of the thermal state of the roll-strip system and its use in the reconstruction of hot rolling mills”. Collection of scientific works "Processing of metals by pressure", №2 (23), pp.53–59, 2010. [in Russian]
A. A. Berezovsky, Lectures on nonlinear boundary value problems of mathematical physics. Kiev: Scientific Thought, 1974, 452 p. [in Russian]
A. V. Lykov, The theory of thermal conductivity. Moscow: Higher School, 1967, 599 p. [in Russian]
L. M. Berezovskaya, O. P. Demyanchenko, “Periodic problem of thermal conductivity for a cylinder with thermal coating “. Nonlinear boundary value problems of mathematical physics and their applications,. pp.17 – 20, 1998. [in Russian]
V. P. Lyashenko, O. P. Demyanchenko, “Calculation of the temperature field of a heat-radiating hollow cylinder”. Bulletin of the Kherson National Technical University, Vol. 2, No. 15, pp.154–159, 2002. [in Russian]
V. Lyashenko, E. Kobilskaya, O. Demyanchenko, “Mathematical Model with complex heat transfer conductions in the spherical area”. Transactions оf Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, Vol. 6/2017 (106), pp. 37–43, 2017. [in Ukrainian]
O. P. Demyanchenko, “Mathematical model of heat transfer in two-layer roll calibers of rolling mills”. Computer simulation in high-tech technologies. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference. pp. 94–95, 2018. [in Ukrainian]
V. P. Lyashenko, O. P. Dem'yanchenko, “Mathematical model of the temperature field of rolls during the rolling of the strip”. Bulletin of the Kherson National Technical University, Issue 3 (66).pp. 182–188, 2018. [in Ukrainian]
V. P.Lyashenko, O. B.Kobylskaya, T. S. Bryl, O. P. Demyanchenko, “Nonlinear integral equations in mathematical models of heat transfer of a moving axisymmetric medium”. Bulletin of the Kherson National Technical University, Issue 3 (62), Vol. 2, pp. 133–137, 2017. [in Ukrainian]
A. F. Verlan, V. S. Sizikov, Methods for solving integral equations with software for computers. Kiev: Naukova Dumka, 1978, 292 p. [in Russian]
I. K.Kikoin, Tables of physical quantities. Moscow: Atomizdat, 1976, 1009 p. [in Russian]
De Paepe, Simon P., Moerkerke I., Hermann J. C. Control of the temperature of the bar on entry to the finisher. ECSC Steel RTD Programme.2000. P. 1–9.
Trishevskiі O. I., Saltavets N. V. Mathematical model of the thermal state of strip in rolling. Steel in translation. 2009. Vol 39. №2. P. 42–44.
Тришевский О. И., Салтавец Н. В. Разработка математической модели теплового состояния валков при прокатке. Сталь. 2011. №12. С.22–23.
Тришевський О. І., Салтавець М. В. Поділ слябів сіткою при рішенні двомірної задачі нестаціонарної теплопровідності явним кінцево-від’ємним методом. Вісник НТУ «ХПІ». 2015. № 48 (1167). С. 45–49.
Лизоркин П. И. Курс дифференциальных и интегральных уравнений с дополнительными главами анализа. М.: Наука, 1981. 216 с.
Тришевский О. И., Салтавец Н. В. Математическая модель теплового состояния системы валок-полоса и её использование при реконструкции станов горячей прокатки. Сборник научных трудов «Обработка металлов давлением». 2010. №2(23). С.53–59.
Березовский А. А. Лекции по нелинейным краевым задачам математической физики. Киев: Наукова думка, 1974. 452 с.
Лыков А. В. Теория теплопроводности. Москва: Высшая школа, 1967. 599 с.
Березовская Л. М., Демьянченко О. П. Периодическая задача теплопроводности для цилиндра с термическим покрытием. Нелинейные краевые задачи математической физики и их приложения. 1998. С. 17 – 20.
Ляшенко В. П., Демьянченко О. П. К расчету температурного поля теплоизлучающего полого циліндра. Вестник ХГТУ. 2002. т.2. № 15. С. 154–159.
Ляшенко В.П., Кобильська О.Б., Дям’янченко О.П. Математичні моделі теплообміну з умовами імпедансного типу у багатошарових областях. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2017. Вип. 6/2017 (106). С. 37–43.
Дем’янченко О. П. Математична модель теплообміну у двошарових валкових калібрах прокатних станів. Комп’ютерне моделювання в наукоємних технологіях: праці Міжнародної науково-технічної конференції (22-25 травня, Харків, 2018р.). Харків, 2018. С.94–95.
Ляшенко В. П., Дем’янченко О. П. Математична модель температурного поля валків під час прокатки стрічки . Вестник Херсонского национального технического университета. 2018. Вып. 3(66). С. 182–188.
Ляшенко В. П., Кобильська О. Б., Бриль Т. С., Дем’янченко О. П. Нелінійні інтегральні рівняння у математичних моделях теплообміну рухомого осесиметричного середовища. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2017. Вип. 3(62), т 2. С. 133–137.
Верлань А. Ф., Сизиков В. С. Методы решения интегральных уравнений с программами для ЭВМ. Киев: Наукова думка, 1978. 292 с.
Кикоин І. К. Таблицы физических величин. Москва: Атомиздат, 1976. 1009 с.