В различни непрекъснати производствени линии,охлаждащи ролкии нагревателните ролки заедно образуват цялостна система за контрол на температурата. След като материалите се нагряват, екструдират, покриват, каландрират или разтягат, те често са във високотемпературно, пластично състояние, което изисква бързо и равномерно охлаждане чрез охлаждащи ролки.
Охлаждащите ролки обаче не са просто за охлаждащи материали. Една от основните им характеристики е равномерността на температурата, т.е. контролът на температурната разлика върху работната повърхност на охлаждащия валяк.
Много потребители повдигат важен въпрос при закупуване на оборудване или отстраняване на грешки в процесите: Изискват ли индустриалните охлаждащи ролки строги изисквания за температурна разлика? По-малката температурна разлика винаги ли е по-добра? Какво влияе върху контрола на температурната разлика?
Тази статия ще предостави задълбочен анализ от множество гледни точки, включително принципите на топлопреминаване, структурата на ролките, изискванията за обработка на материалите и стабилността на производството, за да обясни изчерпателно значението на изискванията за температурна разлика за охлаждащите ролки.
Защо охлаждащите ролки генерират температурни разлики?
За да разберем дали са необходими изисквания за температурна разлика, първо трябва да разберем източниците на температурни разлики, генерирани от охлаждащите ролки.
Дори високопрецизните охлаждащи ролки могат да показват температурни разлики, обикновено произтичащи от:
• Различни дебити на охлаждащата течност
• Непостоянно съпротивление на тръбите
• Неравномерно разпределение поради дизайна на вътрешния канал за поток
• Различни скорости на топлообмен в краищата на охлаждащия валяк
• Неравномерна контактна площ на материала
• Разлики в разсейването на топлината от външната среда
• Температурни градиенти, генерирани от въртенето на ролките
• Разлики в топлопреминаването, причинени от неравномерна дебелина на ролките
Тези явления водят до температурни разлики на различни места по повърхността на охлаждащия валяк, известни като " температурна разлика на повърхността на вала."
Следователно, възниква един решаващ въпрос:
Трябва ли охлаждащите ролки да минимизират температурните разлики?
Нека се задълбочим в този анализ.
Влияе ли температурната разлика на охлаждащия валяк върху качеството на повърхността на материала?
Отговорът е „да“ и въздействието е значително.
Охлаждащите ролки играят решаваща роля в процесите на формоване, втвърдяване и фиксиране на повърхността на материала. Всяка температурна неравномерност може да доведе до:
• Отклонение в дебелината на материала
• Неравномерна текстура на повърхността
• Разлики в блясъка на повърхността
• Различни степени на свиване на материала
• Локализирано прекомерно бързо или бавно охлаждане
• Нестабилни размери на продукта
От термична гледна точка, колкото по-голяма е температурната разлика, толкова по-неравномерен е топлообменът върху охлаждащия валяк и толкова по-лошо е качеството на охлаждане.
Следователно, повечето прецизни процеси изискват температурната разлика на охлаждащите ролери да бъде възможно най-малка, обикновено контролирана в много строг диапазон.
Влияе ли температурната разлика на охлаждащите валове върху механичните свойства на материала?
Да, и в някои процеси въздействието е значително.
Скоростта на охлаждане на материала е пряко свързана с неговата вътрешна структура, като например:
• Молекулярна ориентация
• Размер на зърната
• Разпределение на вътрешното напрежение
• Промени в плътността
• Дългосрочна стабилност
Когато температурната разлика на охлаждащия валяк е голяма, различните области на материала ще претърпят различни скорости на охлаждане, което ще доведе до:
• Непостоянно вътрешно напрежение
• Някои области стават крехки или по-меки
• Влошаване на механичните свойства
Особено за филми, листове, покрити и композитни продукти, равномерността на охлаждане е почти еквивалентна на механичните свойства на крайния продукт. Следователно:
Колкото по-малка е температурната разлика на охлаждащите ролки, толкова по-стабилни са общите свойства на материала.
Необходимо ли е стриктно да се контролира разликата в температурата на повърхността на охлаждащите ролки?
От гледна точка на процеса, стриктният контрол на температурната разлика е от съществено значение.
Ако разликата в температурата на повърхността на охлаждащите ролки надвиши разумен диапазон, може да се случи следното:
• Локализирани студени или горещи точки по повърхността на ролката
• Дисбаланс на опъване по време на каландриране или ламиниране
• Неравномерно сцепление на повърхността на материала
• Деформация поради лоши скорости на охлаждане
Повечето промишлени процеси предпочитат:
Колкото по-малка е температурната разлика на охлаждащите ролки, толкова по-добре.
Контролът на температурната разлика обаче обикновено не е въпрос на това дали е необходим, а по-скоро до каква степен трябва да бъде контролиран.
Какви са типичните изисквания за температурна разлика за охлаждащите ролки?
Има ли някакви универсални стандарти?
Въпреки че индустриалните стандарти варират, повечето индустриални охлаждащи ролки се стремят да постигнат следните диапазони:
• Общи процеси: Контрол на температурната разлика в рамките на ±1–2°C
• Процеси с високи изисквания: Контрол на температурната разлика в рамките на ±0,5°C
• Процеси с изключително високи изисквания: Контрол на температурната разлика в рамките на ±0,2°C или по-малко
Въпреки че не е твърд, универсално приет стандарт, в индустрията се смята, че:
Колкото по-малка е температурната разлика на охлаждащия валяк, толкова по-стабилен е продуктът и по-надежден е процесът.
Следователно, стриктният контрол на температурната разлика се е превърнал в консенсус в индустрията.
Влияе ли дизайнът на вътрешния канал на охлаждащия валяк върху изискванията за температурна разлика?
Да, така е и въздействието е много значително.
Често срещани конструкции на вътрешни канали за охлаждащи ролки включват:
• Еднопосочен спирален канал за поток
• Двупосочен спирален канал за поток
• Прав канал за поток
• Многоконтурен канал за поток
• Зониран канал на потока
• Канал за поток тип преграда
Еднородността на дизайна на канала за поток пряко определя:
• Пълно покритие на охлаждащата среда
• Равномерност на площта на топлообмен
• Постоянство на температурата на повърхността
Например:
• Еднопосочните канали за поток са склонни да имат значителни температурни разлики в двата края
• Многоконтурните структури позволяват по-прецизен контрол на температурната разлика
• Двупосочните спирали предлагат по-голямо покритие и по-малки температурни разлики
Следователно: Колкото по-рационална е структурата на канала на охлаждащия валяк, толкова по-лесно е да се контролира температурната разлика в ниски граници.
Охлаждащата среда на охлаждащия вал влияе ли на температурната разлика?
Разбира се.
Различните охлаждащи среди имат значително различен капацитет за топлообмен, включително:
• Охлаждаща вода
• Охладена вода
• Криогенна охлаждаща течност
• Разтвор на етиленгликол
• Охлаждащо масло
Сред тях:
• Водата има голям топлинен капацитет и силен топлообменен капацитет, което е полезно за намаляване на температурните разлики.
• Охлаждащото масло има малък топлинен капацитет и температурните разлики са склонни към колебания.
• Етиленгликолът е подходящ за ниски температури, но топлообменните му характеристики не са толкова добри, колкото на водата.
• Охладената вода има ниски температури, но изисква силно равномерен дебит.
Следователно, повечето промишлени охлаждащи ролки използват охлаждаща среда на водна основа, защото:
Водата има голям топлинен капацитет, което позволява по-ефективно балансиране на температурните разлики.
Има ли корелация между температурната разлика на охлаждащия валяк и скоростта на охлаждане?
Има много ясна корелация.
Ако температурната разлика на охлаждащия валяк е твърде голяма, ще се случи следното:
• Някои области от материала се охлаждат по-бързо.
• Някои области на материала се охлаждат по-бавно.
• Общата скорост на охлаждане е нестабилна.
От термична гледна точка: Неравномерните скорости на охлаждане ще се отразят пряко на температурната разлика наохлаждащ валяк.
Следователно, много процеси намаляват температурните разлики чрез подобряване на равномерността на скоростта на охлаждане.
Какви рискове за процеса възникват от прекомерни температурни разлики в охлаждащия валяк?
Когато температурната разлика на повърхността на охлаждащия валяк надвиши технологичния диапазон, може да се случи следното:
1. Вълнички или лош гланц по повърхността на продукта
2. Крехки зони, причинени от прекомерно бързо локализирано охлаждане
3. Отклонение в дебелината на материала
4. Нестабилен контрол на напрежението
5. Неравномерно сцепление на материала с повърхността на ролката
6. Свиване или деформация на продукта
7. Въздействие върху процеса на каландриране
Следователно, контролирането на температурната разлика на охлаждащия валяк е от решаващо значение не само за подобряване на качеството на продукта, но и за поддържане на стабилността на производството.
Трябва ли температурната разлика на охлаждащия валяк да бъде възможно най-близка до нула?
По принцип, колкото по-малко, толкова по-добре, но абсолютната нула не е задължителна.
Причините включват:
• Различно време на престой на материала върху повърхността на ролката
• Остатъчна топлина от зоната на нагряване, постъпваща в ролката
• Температурна инерция поради въртене на ролката
• Различно разсейване на топлината в двата края на ролката
• Различно съпротивление на потока на охлаждащата течност на различни места
Следователно, в промишлеността целта е:
Контролируема и стабилна температурна разлика, която не надвишава допустимия за процеса диапазон.
Например, охлаждащ валяк със стабилна температура от ±1°C е по-надежден от охлаждащ валяк с променлива температура от ±0,5°C.
Контролът на температурната разлика на охлаждащите ролки част ли е от прецизността на оборудването?
Да, контролът на температурната разлика на охлаждащите ролки е един от важните показатели за прецизност на оборудването.
Възможността за контрол на температурната разлика на охлаждащите ролки отразява:
• Прецизност на проектирането на канала за поток
• Прецизност на производството
• Стабилност на охладителната система
• Топлопроводимост на материала
• Оперативен баланс
Следователно, способността за контрол на температурната разлика на охлаждащите ролки често се използва като важен индикатор за оценка на качеството на оборудването.
Необходимо ли е индустриалните охлаждащи ролки да наблюдават непрекъснато температурната разлика?
От гледна точка на стабилността на процеса, наблюдението на температурната разлика е от съществено значение.
Причините са следните:
• Промените в температурните разлики могат да доведат до колебания в качеството
• Позволява ранно откриване на запушвания на каналите за поток
• Позволява наблюдение на промените в температурата на охлаждащата вода
• Позволява откриване на зони на износване по повърхността на ролката
• Предпазва от залепване на материала към ролката или преохлаждане
Следователно, наблюдението на температурната разлика е не само част от управлението на качеството, но и важна основа за поддръжката на оборудването.