板坯连铸机拉坯阻力的计算方法

本文讨论了板坯连铸机拉坯阻力的计算方法，重点是根据金属材料高温蠕变特性，结合平板理论，给出二次冷却段凝固坯壳的鼓肚及支承辊矫平鼓肚的拉坯阻力计算公式。     

连铸板坯凝固过程的应变分析

通过建立连铸板坯凝固过程的传热模型和采用实测温度数据进行检验,获得了铸坯温度及坯壳厚度的数据.在此基础上建立了凝固过程的应变分析模型,得到了实际工况条件下坯壳所受的拉应变.结果表明,在正常工况下,连铸坯凝固前沿所受的应变很小,铸坯不会产生内部裂纹;当导辊开口度的偏差大于2mm时,其引起的应变大于鼓肚应变,且凝固前沿所受的应变大于临界应变,内部裂纹发生的可能性很大.支撑辊对中精度是产生内部裂纹的重要影响因素.     

“连铸坯的传热与变形研究”通过技术鉴定

由冶金系王朕增,张国滨等老师共同完成的科研项目“连铸坯的传热与变形研究”,于1993—02—23,由河北省教委主持通过技术鉴定。与会专家一致认为,“该研究提出“鼓肚模型”具有重要的实用价值,是目前计算铸坯鼓肚变形的科学、迅速、准确的新方法。     

由支承辊错位引起的连铸坯壳的错位应变速率

由蠕变力学方法建立了新的由支承辊错位引起的连铸坯壳的错位应变的计算模型．与原有的模型相比．该模型更接近于坯壳错位变形的实际情况．而且还可以求出错位应变速率的值．     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用ProCAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明：考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m· s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

连铸坯壳在二冷区内的蠕变弯曲

建立了连铸坯壳在二冷区内蠕变弯曲时的总曲率与初始弹性挠度和蠕变时间间的一般关系式，当求得了坯壳的初始弹性挠度后，可方便的求出坯壳的总应变和挠度，方便了工程计算。     

高碳耐磨球钢大方坯连铸过程凝固定律及在轻压下过程中的应用

基于ANSYS软件建立310 mm×360 mm(长×宽)断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,通过窄面射钉试验及铸坯表面测温对模型的准确性进行验证,模拟不同碳质量分数高碳耐磨球钢大方坯宽面和窄面凝固坯壳的生长规律,将计算结果应用于轻压下过程中并进行现场试验。研究结果表明:模型能精确地获得不同工况下任意位置铸坯凝固坯壳的厚度分布、凝固终点位置及中心固相率。不同碳质量分数的高碳耐磨球钢具有相同的凝固规律:结晶器弯月面至二冷区出口,铸坯柱状晶区的凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,平方根定律的修正项与过热度有关;二冷区出口至凝固终点,相应铸坯等轴晶区凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈非线性关系;根据凝固传热模型计算的高碳耐磨球钢BU铸坯中心固相率分布,结合轻压下合适的压下区间要求,拉速从0.43 m/min增加到0.52 m/min,轻压下可压区间增加,铸坯的中心碳偏析明显减少。     

22800四辊轧机“逆宽”轧制中的凸度控制

为了研究2800四辊轧机在工作辊服役后期“逆宽”轧制状态下的凸度控制问题,结合大量的现场实测数据,运用变厚度平面有限元方法建立了专门针对2800四辊轧机的辊系变形(即凸度预测)仿真模型.根据仿真计算结果,揭示出工作辊服役后期的“箱型”磨损辊形、钢板宽度及轧制力等对钢板凸度的影响关系,并提出相应的生产中可行的控制措施.     

优化二冷制度实现宽板坯角部复热的研究

根据国内某厂宽板坯连铸工艺条件,利用二维非稳态传热模型及喷嘴冷却特性,分析不同因素对铸坯角部复热的影响规律.结果表明,铸坯断面宽度为1 800 mm时,喷嘴间距选为450mm,铸坯宽面表面温差小,有利于实现铸坯的角部复热;喷嘴间距一定,随二冷区比水量的减小及铸坯宽面外侧两喷嘴冷却水量的降低, 铸坯角部复热效果更好;较小的角部凝固坯壳厚度有利于减小内部高温钢液蓄含的热量向铸坯角部传递的阻力,改善角部复热效果.     

2800四辊轧机“逆宽”轧制中的凸度控制

为了研究2800四轧机在工作辊服役后期“逆宽”轧制状态下的凸度控制问题,结合大量的现场实测数据,运用变厚度平面有限元方法建立了专门针对2800四辊轧机的辊系变形（即凸度预测）仿真模型,根据仿真计算结果,揭示届工作辊服役后期的“箱型”磨损辊形,钢板宽度及轧制力等对钢板凸度的影响关系,并提出耵应的生产中可行的控制措施。     

四辊轧机工作辊辊端压靠板形控制模型

为了研究工作辊辊端接触对冷轧带钢板形的影响,本文基于有限长半无限体压扁模型,耦合了轧辊挠屈变形模型与板带塑性变形模型,建立了更加精确的四辊轧机辊端压靠模型。对比了考虑压靠和未考虑压靠模型的计算结果,发现考虑压靠现象后,工作辊辊端压靠力导致端部辊间压力增大,同时改善了带钢边部减薄现象。运用该压靠模型研究了不同板宽、弯辊力对轧制力、压靠力、辊间压力、张力及出口厚度分布的影响,从中发现带材宽度存在一个易发生压靠的宽度范围,以及正弯辊力有利于改善压靠现象。     

热带钢轧机辊系纵向刚度在线计算模型

为了提高辊缝在线预报精度,在传统影响函数法基础上,建立可以进行在线计算的快速辊系变形计算模型. 该模型综合考虑了各种因素对辊系纵向刚度的影响,省去了繁琐的补偿模型实验过程,在提高计算精度的同时大大提高了计算速度. 应用日钢1580热连轧数据进行了离线计算,分析了轧件宽度对辊系纵向刚度的影响,并与传统宽度补偿模型计算结果进行了比较. 模型计算精度有所提高,每个工况耗时20ms,模型可以在线应用.     

大方坯连铸过程凝固规律

通过建立425mm×320mm连铸大方坯二维凝固传热数学模型,模拟了凝固坯壳的长大过程,并通过窄面射钉实验对数学模型进行了验证,精确得到了任意位置处大方坯凝固坯壳的厚度分布情况及最终凝固终点的位置,发现经典的凝固平方根定律对于连铸大方坯的凝壳长大进程不再适用．回归宽面中心坯壳厚度与凝固时间平方根的关系式发现,结晶器弯月面至二冷区出口,近似为线性关系,符合平方根定律,二冷区出口至凝固终点,二者为非线性关系,不再符合平方根定律．     

矩形坯三角区裂纹的成因与控制

针对Q235钢矩形坯出现的三角区裂纹,通过低倍分析、数值模拟等方法研究了裂纹的特征、成因,并讨论了工艺条件对裂纹的影响.结果表明,三角区裂纹的产生与铸坯鼓肚、窄面凹陷密切相关.降低窄面水量、优化二冷配水制度、改进喷嘴质量能够有效控制矩形坯三角区裂纹.     

钢板坯连铸初拉阶段凝固过程数值模拟

建立了钢板坯连铸初拉阶段的三维非稳态传热凝固模型，且实现了该过程的模拟，建立了铸坯凝固层厚度与其表面热流率间的关系，用以表达不同位置上铸坯与结晶器间的换热边界条件，用直接差分法获得了不同高度断面上宽面和窄面的凝固壳厚度及其与拉坯速度随时间变化的关系。模拟结果与实际生产结果基本吻合。     

基于有限元数值模拟的宽厚板热轧过程宽度控制ANN模型

利用商业有限元分析软件DEFORM-3D,建立宽厚板热轧过程中立辊侧压和随后平轧过程的三维热力耦合刚塑性有限元模型.模拟了不同板坯厚度、板坯宽度、立辊压下量和平辊压下率条件下320种立辊侧压和随后平轧过程,探讨了不同工艺参数对调宽效率的影响规律.模拟结果表明,调宽效率随着板坯宽度和立辊压下量的增加而升高,随着板坯厚度和平辊压下率的增加而降低.基于上述有限元数值模拟结果,借助BP人工神经网络,建立了热轧宽厚板立轧-平轧宽度控制模型,经测试,模型预测的调控效率与有限元数值模拟结果符合很好.将宽度控制模型用于宽厚板实际热轧过程的有限元数值模拟,模拟轧件宽度与实测宽度吻合很好.     

连铸结晶器多变量系统建模及控制

为了实现连铸结晶器出口坯壳厚度的控制,对结晶器内部钢水凝固传热过程进行数学模拟,利用有限元计算分析和曲线回归的方法建立其出口坯壳厚度生长模型和出口处铜板温度与坯壳厚度的关系;在此基础上,建立以拉坯速度和滑动水口开度为输入、以液位高度和出口坯壳厚度为输出的结晶器非线性多变量模型.通过仿真验证该模型的有效性.针对所建非线性模型,设计自抗扰控制器(ADRC)进行解耦控制.仿真结果表明:所设计的控制器可以达到满意的控制和解耦效果,这说明在所建模型基础上设计出ADRC控制器,实现对出口坯壳厚度的控制是可行的.     

在线高精度中厚板凸度计算模型

基于普通中厚板四辊轧机,利用影响函数法分析了轧件宽度、轧制力、工作辊和支撑辊尺寸和弯辊力对有载轧辊凸度的影响,并根据大量计算数据进行回归,得出在线有载轧辊凸度计算模型·分析了轧件入口凸度对出口凸度的遗传效果,综合有载轧辊凸度模型和板凸度遗传系数模型得到在线板凸度计算模型·该模型合理地考虑了轧辊变形和轧件横向流动的影响,能够真实反映出口板凸度的大小,计算精度高,是在线板形和板凸度控制的有效工具·     

连铸结晶器内矩形坯的温度场模拟

利用有限元法建立了结晶器内轴承钢矩形坯温度场数学模型.采用了随温度变化的热物性参数,并且在边界条件中采用平均热流、瞬时热流及角部气隙等对比分析,研究了不同边界条件下矩形坯的温度场和坯壳厚度.模拟结果表明:不考虑角部气隙时,采用平均热流边界条件时矩形坯的温度范围要比采用瞬时热流时范围大;考虑角部气隙时,温度范围相差不大;角部气隙只对角部区域的温度有影响,而对芯部、宽面中心、窄面中心等区域基本没有影响;气隙降低了坯壳表面的换热,使得角部坯壳厚度要比不考虑角部气隙时平均小6~7 mm左右,在距离角部30 mm处出现热节区.     

纤维束展开宽度的理论计算

纤维束的充分展开效果对实现高粘度热塑性树脂的浸渍尤为重要。Wilson提出了计算纤维束展开宽度的模型,该模型仅适用于计算纤维在直型辊上的展开宽度。本文对Wilson的模型进行改进,不采用WILSON 模型的近似代换,建立了更具有物理意义的新模型,并且对新模型进行扩充,使其能模拟纤维在曲型辊上的展开。对得到的模型进行模拟,发现纤维束展开的宽度与展开辊间高度差成正比,与曲型辊的曲率半径成反比,且模拟得到的结果能很好的与实验数据吻合。