基于辛几何法分析连铸板坯的黏弹性鼓肚变形

对板坯连铸机中板坯(坯壳)的鼓肚变形问题,考虑了坯壳在高温下呈现黏弹性性态以及弹性变形与黏性变形的耦合特性,提出了连铸板坯鼓肚变形的四边固支黏弹性矩形板模型。根据Laplace变换和弹性-黏弹性相应原理,导出了黏弹性板柸在拉氏域内的四阶偏微分方程,再将其导入拉氏域内的哈密顿正则方程。对全状态矢量利用分离变量法、本征函数展开法、共轭辛正交归一化关系和Laplace逆变换,得到了四边固支黏弹性矩形坯壳在时域内的挠度解析解。以某板坯连铸机为例,分析了弹性变形、蠕变变形和松弛时间对鼓肚变形的影响,以及坯壳中点的单位长度弯矩随时间的变化情况。     

连铸板坯的粘弹性板模型及鼓肚变形分析

从坯壳材料的粘弹性 (Maxwell模型 )畸变关系和弹性体变关系出发 ,建立了连铸板坯鼓肚变形的粘弹性薄板计算模型。根据弹性—粘弹性的相应原理 ,得到了板坯鼓肚变形的解析解。与宝钢板坯连铸机鼓肚变形的设计公式及现有的其他公式相比 ,该解包含有弹性变形、粘性变形和弹性、粘性的耦合变形 ,能求出在任一时刻板坯内任一点的弯曲变形及鼓肚变形 ,并讨论了材料的松弛时间对板坯鼓肚变形的影响     

基于高温铸坯黏弹塑性的坯壳动态鼓肚研究

基于高温铸坯材料黏弹塑性本构方程,建立了坯壳动态鼓肚数学模型。根据坯壳不同的初始状态与变形历史确定了两种边界条件。利用模型计算坯壳鼓肚变形,并与实测数据进行对比,验证了理论解的正确性以及模型的有效性。根据鞍钢工业板坯连铸机的设备工艺参数,分别计算了刚出结晶器的坯壳和远离结晶器的坯壳的鼓肚变形曲线,以及坯壳在固液交界面处的应变与应变速率。分析了铸坯坯壳在铸机扇形段内的鼓肚变形与应变变化规律,并讨论了辊间距、     

新型连铸辊堆焊用氮合金管焊丝的研制

连铸辊作为钢厂连铸设备的核心部件，其使用状况直接影响钢铁生产及质量的控制。连铸辊连续不断地与内部还未凝固的高温铸坯接触，不仅反复承受着局部高温加热和水冷的交变冷热冲击循环作用，而且还受到板坯鼓胀力和静压力的交变机械应力的作用，以及滞坯、漏钢等异常浇钢情况，工况条件十分苛刻。连铸辊在使用一段时间后，除了产生辊体变形以外，辊面出现不同程度的网状裂纹、氧化腐蚀、磨损等问题，尤其是疲劳裂纹在上述应力的作用下不断扩展。当裂纹的深度超过材料裂纹长度容限时，将发生失稳断辊事故。这不仅影响连铸机作业率和板坯表面质量，而且加大了堆焊修复作业量，直接影响炼钢成本。     

板坯连铸机三分段辊设计计算模型

以板坯连铸机扇形段芯轴式三分段辊为对象,研究任意分段比例三分段辊的强度与刚度问题。推导出各轴承处的支反力表达式,建立起辊子内部弯曲应力及挠度计算的数学模型;同时,运用数值方法对该数学模型求解,并采用Visual Basic开发出应用程序,更加直观准确地反映沿辊身的应力分布和弯曲变形,使不同分段比例导向辊的受力特征一目了然。该计算模型不仅为辊身直径的确定,轴承型号的选择等辊子设计工作提供可靠依据,而且对于板坯连铸机辊列的优化设计以及抑制铸坯鼓肚变形都具有重要意义。     

基于拉坯阻力的板坯连铸结晶器漏钢预报

介绍了板坯连铸结晶器拉坯阻力在线监测的功率法原理,拉坯阻力异常特征提取及在连铸漏钢预报中应用的研究.拉坯阻力在线监测的功率法具有简单有效、实用性强的特点.基于功率法的原理,建立了板坯连铸结晶器拉坯阻力在线监测系统.随后研究了拉坯阻力时域异常特征的提取及在连铸漏钢预报上的应用.在对漏钢事故前拉坯阻力时域异常特征分析总结的基础上,针对两种异常特征模式--尖脉冲和斜坡设计了两种特征提取算法--幅值变化判断法和改进的过零率判断法,仿真结果证明了算法的有效性.     

结晶器电磁搅拌对高强齿轮钢大圆坯凝固行为的影响

结晶器冶金对于特殊钢连铸过程凝固与后续产品质量至关重要.以高强齿轮钢42CrMo以铸代锻φ650 mm特大断面圆坯连铸生产工艺为背景,基于三维电磁-流动-传热-凝固耦合模型,研究了结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring,M-EMS)器安装位置对大圆坯连铸结晶器冶金行为的影响.结果表明,结晶器铜管磁屏蔽效应导致搅拌器安装位置越低,搅拌效率越高;电磁搅拌可显著减轻因水口侧孔射流冲刷所造成的坯壳生长不均匀性、强化钢液过热耗散,也会不同程度地增强液面波动.搅拌器位置由330 mm下移至730 mm三个代表性工况下,钢液面最大波高差降低2.5 mm,坯壳凝固前沿最大冲刷速度增加0.069 m/s,铸流中心钢液过热耗散位置后移0.159 m,结晶器出口坯壳厚度极差降低1.1 mm.综合认为,搅拌器安装位置在弯月面下约530 mm 时,既有利于控制合适的液面波动与坯壳生长均匀性以改善铸坯表面质量,也有利于因钢液过热耗散促进等轴晶形成而提高大圆坯的中心质量.     

板坯热送转弯辊道的设计计算

介绍了板坯热送转弯辊道的作用及要求,对热送转弯辊道的主要参数及传动功率进行了理论计算,并为转弯辊道在板坯连铸坯的输送提供了新方法和选取原则。     

基于时域分析的拉坯阻力曲线异常特征提取及在漏钢预报上的应用

介绍了板坯连铸结晶器拉坯阻力异常特征提取及在连铸漏钢预报中应用的研究。在对漏钢事故前拉坯阻力时域异常特征分析总结的基础上，针对两种异常特征模式——尖脉冲和斜坡设计了两种特征提取算法——幅值变化判断法和改进的过零率判断法，实际应用证明了算法的有效性。     

超大断面圆坯垂直半连铸凝固过程模拟分析

采用垂直半连铸工艺制备直径超过?1 000 mm大型圆坯的方法,是一种优化生产流程,降低材料损耗,提升铸坯质量,突破连铸工艺尺寸极限的变革性制坯方法。该方法将工艺分为浇注拉坯和静置冷却两个阶段。通过模拟分析?1 600 mm大圆坯在不同拉速下的垂直半连铸工艺过程发现在拉坯过程中结晶器内的温度和出口处的坯壳厚度逐步稳定。模拟结果表明,拉坯速度对完成拉坯时的熔池相貌有着显著的影响,当拉坯速度小于0.4 m/min时,纵向截面上的熔池形貌呈V形,在拉坯结束时,凝固坯壳在内部钢水静水压力作用下的应力和变形都较小,出现漏钢事故的可能性较低。在静置冷却阶段,小于0.4 m/min拉速下形成的初始V形熔池,可保证在后续凝固进程中凝固前沿出现明显的自下而上的顺序凝固过程。因此,?1600 mm大圆坯在垂直半连铸工艺条件下的拉坯速度应小于0.4 m/min。     

Thermal deflection analysis of the solidified shell in continuous casting of slab

The thermal deformation problem in the continuous casting of a slab subjected to thermal loading because of the temperature gradient along the solidified shell thickness is investigated. On the basis of the reciprocal theorem of work or Betti-Maxwell’s reciprocal theorem and the superposition principle, the deflection expressions for a rectangular plate with the two opposite edges simply supported, and the other two opposite edges clamped under the action of the uniformly distributed load and nonuniform temperature field are derived respectively. The meaning of each term in the deflection expression obtained by the reciprocal theorem of work is explained. Then the practical example is given to calculate the thermal deformation and the bulging deformation of the solidified shell under three tension speeds. This research is useful for analyzing the bulging deformation in the continuous casting of a slab under the static pressure of the molten steel and the thermal loading because of the temperature gradient along the solidified shell thickness. Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(3): 64–67 [译自: 机械工程学报]     

新型薄板坯连铸结晶器内腔形状设计

由于结晶器内坯壳应变至断裂主要是受应变速率的影响,应变速率的增大或突变均会使临界应变值降低,因此必须控制坯壳变形过程中的应变速率。基于此,根据薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳收缩的特性,设计开发一种新型薄板坯连铸漏斗形结晶器。其特点是漏斗区曲线曲率连续变化,曲率变化率小且恒定,铸坯应变速率不突变,改变已知漏斗形结晶器内腔组合曲线的G1连续为G2连续。创建结晶器漏斗区横、纵向曲线的表达式,并根据坯壳凝固收缩特性和变形机理编程计算构造漏斗区曲面。建立新型漏斗形结晶器内铸坯的热力耦合有限元模型,分析计算宽面坯壳表面应力分布,并与进口技术进行对比。结果表明,结晶器坯壳表面应力水平下降20％,特别是在现有技术生产的铸坯易发生裂纹处,坯壳应力下降更加显著,应力下降达35％。因此该技术能够有效地减小铸坯裂纹形成机会,提高铸坯质量。     

方、圆坯高速连铸结晶器内壁的理想纵断面曲线和锥度曲线

针对结晶器锥度设计必须考虑结晶器的热膨胀和凝固壳的收缩,理想的结晶器应能够完全适应凝固壳的收缩,使凝固壳与结晶器既紧密接触、又不发生干涉的问题,根据方、圆坯结晶器内凝固壳收缩的特性,推导出高速连铸方、圆坯结晶器内壁的纵断面曲线和锥度曲线的设计计算公式。这些公式明确地反映了浇注钢种、冷却条件和拉坯速度的影响。结晶器的纵断面曲线由从结晶器上口至钢液液面附近的直线段和其下部的曲线段相切组成,锥度连续变化,消除钢液液面脉动的影响。在钢液液面附近,结晶器的纵断面曲线非常接近于抛物线。用这些公式为某厂设计的154.5 mm×152.5 mm结晶器,拉坯速度达到了3.1 m/min,超过了设计要求的2.7 m/min。     

用边界元法计算连续铸钢板坯在结晶器内的温度场

本文根据三维不稳定热传导方程及其边界条件,应用边界元方法,计算连续铸钢板坏在结晶器内的温度场,得到了较满意的结果。根据钢的含碳量,可从计算的温度场确定结晶器内及出口处板坯凝固层的厚度。     

FINITE ELEMENT SIMULATION OF THICKNESS OF EXIT SLAB SHELL IN CRYSTALLIZER

ＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＴＨＩＣＫＮＥＳＳＯＦＥＸＩＴＳＬＡＢＳＨＥＬＬＩＮＣＲＹＳＴＡＬＬＩＺＥＲ①ＳｈｉＲｏｎｇＷａｎｇＨａｉｒｕＣｕｉＸｉａｏｃｈａｏＹａｎｇＪｉａｎｗｅｉＴａｉｙｕａｎＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＩｎ...     

Nonlinear bending response of laminated composite spherical shell panel with system randomness subjected to hygro-thermo-mechanical loading

In the present paper, the effect of random system properties on transverse nonlinear central deflection of laminated composite spherical shell panel subjected to hygro-thermo-mechanical loading is investigated. System properties such as material properties, thermal expansion coefficients, hygro-contraction coefficients, load intensity and lamina plate thickness are taken as independent random variables. The higher order shear deformation theory and von-Karman nonlinear kinematics are used for basic mathematical formulation. The elastic and hygrothermal properties of the composite material, which are considered to be dependent on temperature and moisture concentration, have been obtained based on micromechanical modeling. A direct iterative based C⁰ nonlinear finite element method combined with mean centered first-order perturbation technique (FOPT) proposed by present authors for the plate is extended for the spherical shell panel subjected to hygro-thermo-mechanical loading. The influences of random system properties with plate geometry, stacking sequences, support conditions, fiber volume fraction and temperature, and moisture distributions on the response of laminated spherical shell panel are examined in detail. The performance of the proposed approach is validated through comparison with those available in the literature and independent Monte Carlo simulation (MCS).     

任意铺层复合材料开口圆柱层压壳结构热翘曲分析

研究任意铺层复合材料开口层压圆柱壳固化过程中温度变化引起的变形.基于瑞利里兹能量法,根据任意铺层复合材料开口层压壳的变形特征,将其翘曲变形分解为关于壳体几何对称轴对称弯曲变形和关于壳体几何中心点对称弯曲变形,并且考虑开口圆柱层压壳体大挠度变形引起的几何非线性影响,提出描述任意铺层复合材料开口圆柱层压壳热翘曲变形的翘曲函数,推导热翘曲函数的求解表达式.通过算例对模型预测结果与有限元数值模拟结果进行比较,认为模型中采用的翘曲函数能正确反映开口圆柱壳的热翘曲变形特征,该模型可以用于预测复合材料开口圆柱层压壳的热翘曲变形.