连续铸轧辊套传热分析

在连续铸轧中,金属液经铸嘴装置连续不断地注入2个相向旋转、内部通水冷却的铸轧辊的辊缝中间,金属液在辊缝中冷却、凝固结晶并经轧制成形.作者通过建立铸坯与铸轧辊辊套之间强温变耦合特性的界面接触热导模型及铸坯和铸轧辊辊套传热数学模型,对铸轧辊与铸坯的温度场进行了仿真,并分析了辊套的厚度、导热系数和表面粗糙度对辊套温度分布的影响.通过仿真分析发现辊套外表面温度在铸轧区变化剧烈,辊套进入铸轧区入口处温度开始急剧上升,但最高温度并不在出口处,而是在轧制区靠近出口处.辊套离开铸轧区后温度开始下降,进入入口处时温度降至最低;界面导热能力随辊套表面粗糙度减小、辊套材料的导热系数增大、辊套厚度减小而增大.     

铝薄带超常铸轧辊套温度场研究

在分析铸轧辊套传热特征的基础上，对铸轧辊套温度场进行了数学描述．根据铸轧辊套温度场的特点，运用Galerkin方法，实现了铸轧辊套温度场的近似解析求解．实例计算表明，所得结果与实测结果相吻合．对铝合金超常铸轧工况下的辊套温度场进行了仿真分析，结果表明：与常规铸轧相比，超常铸轧工况下的辊套内、外表面最大温差及外表面最大温差显著降低，且辊套温度分布趋向均匀化．     

双辊铸轧辊套温度场分布的圣维南原理现象

介绍了采用有限差分法并建立两个模型来求解铸轧中铸轧辊辊套温度场的方法和结果,发现辊套温度场分布规律与弹性力学中的应力场分布遵循圣维南原理相似。     

基于温度场近似分析解的铸轧辊套热应力解析模型

双辊连续铸轧是一种高效制备金属薄带坯的先进技术.在双辊连续铸轧过程中,铸轧辊套起结晶器与热轧辊双重作用,直接完成结晶凝固与热轧变形过程,其使用性能与其热应力场密切相关.根据铸轧辊套温度场的特点,运用Galerkin方法,得到了铸轧辊套温度场的近似分析解;对铸轧辊套的热应力场进行了数学描述,并应用Airy应力函数法,获得了铸轧辊套热应力解析模型.图1,参12.     

铝带快速铸轧机轧辊强度的有限单元法分析

在铝带快速铸轧新技术与设备的研制开发中，由于铸轧辊工作在高温、高压力、高轧制速度的条件下，而且铸轧辊与铸轧产品质量的各种指标有着直接的关系，因此，其强度设计是关键技术之一．作者运用有限元软件Al-gor和工程技术语言Matlab幽编程对2套某厂正常使用的铸轧辊以及针对快速铸轧而设计的铸轧辊进行了强度仿真计算和分析，采用将辊套和辊芯之间的热装配应力、扭矩产生的剪应力和轧制力产生的轧制应力三者分别进行预处理后再叠加，然后进行应力场综合分析计算的方法，获得了快速铸轧状态下铸轧辊在热装配预应力、轧制扭矩以及轧制力等多应力场条件下更符合工况的综合应力状态．此外，探讨了改善铸轧辊应力状态的策略及方法，为实现铸轧辊适应铝材快速铸轧工艺提供了一种新的分析及设计方法，这对改善铸轧辊的强度设计具有指导意义     

铝薄带超常铸轧辊套热应力仿真分析

采用双辊连续铸轧方法,实现铝薄带的超常铸轧,是一种高效、短流程、低能耗的近净和近终形成型技术.在铝薄带超常铸轧过程中,铸轧辊套温度场周期性的变化引起铸轧辊套内热应力场的周期性变化.根据铸轧辊套热应力数学模型,对铝薄带超常铸轧辊套热应力进行了仿真分析.结果表明,辊套外表面不仅热应力大,而且变化幅度大;辊套材料的导热能力、铸轧速度、辊套表面与冷却介质的换热系数对辊套热应力场有显著影响.图3,表1,参12.     

新型铝合金超常铸轧辊套材料的切削加工性能实验研究

满足铝合金超常铸轧工艺所需综合技术性能要求的辊套材料,是采用双辊连续铸轧方法实现铝合金超常铸轧的重要技术保障.辊套材料良好的切削加工性能是获得高性能铸轧辊的基础.对新型铸轧辊套材料的切削加工性能进行了综合分析;从切削力和已加工表面粗糙度两方面,对新型铸轧辊套材料的切削加工性能进行了实验研究.结果表明,新型铝合金超常铸轧辊套材料具有优良的切削加工性能;在相同的加工条件下,切削新型辊套材料时的切削力明显小于切削现有典型合金钢辊套材料,磨削新型辊套材料时的表面粗糙度值与磨削合金钢辊套材料无明显差别.图4,表4,参12.     

双辊铸轧中辊套传热的集肤效应及最大铸轧速度

基于热平衡原理,用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了双辊连续铸轧中辊套二维稳态传热计算模型;分析在不同转速、材料和内冷等工况下旋转辊套的传热规律,揭示了辊套传热的"集肤效应"和铸轧不同板坯厚度时能够达到的最大铸轧速度.仿真研究表明:随着铸轧速度的提高,"集肤效应"越明显;改变内冷条件,如与内部冷却水的换热系数从5000W/(m2·K)增至25000W/(m2·K),铸轧速度提高不明显;而应用导热性能好的铜辊套,由于其热穿透能力提高,铸轧速度大大提高.     

对不同条件下连续铸轧模型的辊套热分析

基于有限元分析软件Procast的连铸模块,建立了三维连续铸轧模型和数学传热模型.模拟实现了板带的连续生长,同时模拟了不同拉速和不同辊套材料条件下低碳钢双辊铸轧过程中辊套的热分布情况,揭示了不同拉速和不同辊套材质下,低碳钢在铸轧过程中辊套的温度场变化规律,基于这些规律提出一些提高辊套的寿命措施.     

铸轧辊套温度场的近似解析方法研究

双辊连续铸轧中的铸造与热轧过程均由铸轧辊套直接完成;辊套的热疲劳寿命、辊套材质的力学行为均与辊套温度场密切相关。基于对铸轧辊套热传递特征的分析,得出了铸轧辊套温度场数学模型;根据铸轧辊套温度场的特点,运用Galerkin方法,实现了铸轧辊套温度场的近似解析求解.实例计算表明,所得结果与实测结果相吻合,使用方便.图2,表2,参8.     

铸轧辊辊套失效机理的理论研究

在分析铸轧辊辊套失效机理的基础上,提出了延长铸轧辊辊套寿命新观点,并在生产中得到验证。     

铜辊套对铝带双辊铸轧速度提升的量化研究

双辊铸轧工艺是一种短流程、高效、低能耗的近终成形工艺。但较低的铸轧速度成为制约提高铸轧工艺生产效率的关键因素。基于此，使用换热效率更高的铜辊套成为提高铸轧工艺生产效率的研究热点。本文通过数值模拟与实验，探究了铜辊套与钢辊套分别能够达到的最快铸轧速度，量化铜辊套对铸轧速度的提升效果。模拟结果与实验结果均表明，基于本实验平台，稳定铸轧时，铜辊套的最快铸轧速度可达到10 m/min,是钢辊套的2.5倍。最后建立了双辊铸轧稳态的热阻模型，通过计算得到，在相同条件下，铜辊套的热流量是钢辊套的4～8倍。上述研究结果能够为工业化铸轧机提速改造提供理论依据和指导。     

双辊式带钢铸轧过程工艺稳定性研究

采用有限差分法对双辊式带钢铸轧过程进行了三维数值模拟,分析了铸轧速度和浇铸温度对铸坯凝固过程的影响,得出了铸轧速度、铸轧辊径和带厚之间的关系以及适宜的浇铸温度,从而为带钢的稳定生产和控制带钢铸轧过程打下理论基础。     

双辊薄带铸轧熔池温度场的在线计算模型

合理简化双辊薄带铸轧的熔池换热边界条件,采用热平衡法推导出熔池温度场的计算模型.该模型考虑了浇铸温度、铸轧速度、辊缝、铸辊温度等工艺参数对熔池温度场的影响,其计算速度和计算精度能够满足实时在线控制要求.根据模型计算结果分析了影响熔池温度场的主要因素,得到了铸轧在线控制的深层规律,并在多次的铸轧实验中验证了模型的正确性.     

基于ANSYS的镁合金铸轧辊冷却研究

利用ANSYS有限元软件,对铸轧辊建立二维模型来模拟铸轧辊在镁合金铸轧过程中的温度场分布.通过分析不同冷却水温度及冷却水速下铸轧辊温度场的分布情况,得出在镁合金铸轧过程中,提高冷却水速可以降低铸轧辊的温度场,但随着冷却水速的提高,这种能力逐渐减弱;而冷却水温度对铸轧辊温度场影响不大.     

基于热力耦合的铸轧辊弹性变形数值模拟

根据铝板坯铸轧工艺和铸轧辊的特点,建立铸轧辊变形热力耦合计算分析模型;通过计算得到铸轧力分布规律,分析工艺参数对铸轧力和铸轧辊弹性变形的影响,从而确定计算铸轧辊变形关键的边界条件,并进行实验验证.研究结果表明:铸轧力先增加后减小,呈非对称分布,最大值为100 MPa;铸轧辊在不同铸轧工艺参数下的弹性变形呈相似的"马鞍形"曲线,铸轧辊弹性变形最大值为0.303 mm;仿真计算结果与测量结果相吻合.     

金属薄带铸轧辊套抗热损伤行为分析

金属簿带铸轧辊套的热损伤(如表面热龟裂、局部塌陷等)，是铸轧辊套的主要失效形式。作从铸轧辊套材质、制造及使用等方面，阐述了铸轧辊套的抗热损伤行为，提出了几种改善辊套抗热损伤能力的途径。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

辊套材料的导磁性对铸轧区磁感应强度的影响

采用对比实验考察在新型材料辊套和合金钢辊套下铸轧区磁感应强度的差异;根据电磁场理论,研究上述2种辊套材料对铸轧区磁场的衰减和屏蔽效应.研究结果表明:合金钢辊套的相对磁导率为300,是新型辊套材料的300倍;合金钢辊套对磁场既具有衰减作用又具有聚磁效应,衰减作用使铸轧区的磁感应强度减小,聚磁效应使磁感应强度增大;合金钢辊套对磁场的聚磁效应比对磁场的衰减作用强,使铸轧区的磁感应强度增大5%左右.新型材料辊套对磁场只有衰减作用,使铸轧区的磁感应强度降低5%左右.当电磁感应器的励磁电流为10 A、励磁频率为13 Hz时,在合金钢辊套下比在新型材料辊套下铸轧区的磁感应强度大10%左右.从磁场利用的角度考虑,在电磁场快速铸轧技术中使用合金钢辊套比使用新型材料辊套更好.     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.