厚板坯连铸二次冷却过程数值模拟及实验研究

基于凝固一传热学基本理论,建立板坯连铸三维凝固传热数学模型.该模型考虑了组元成分、固相分数、温度等因素对热物性参数的影响,根据糊状区溶质传输和反扩散理论,采用钢中多组元成分的百分含量计算液、固相线温度.以鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机为对象,根据二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热建立边界条件,计算整个铸坯任意点、线、面的温度及固相分数分布.多钢种多拉速条件下铸坯表面温度实测值和射钉实验结果与计算值吻合良好.     

INFLUENCES OF EDGING ROLL SHAPE ON THE PLASTIC STRAIN DISTRIBUTION OF SLAB DURING MULTI-PASS V-H ROLLING PROCESS

Multi-pass slab vertical-horizontal （V-H） rolling process with variable edging roll shape have been simulated with explicit dynamic finite element method and updating geometric method. The distributions of plastic strain contour in slab daring rolling process with different edging roll and under different rolling stage have been obtained. The results show that there exist two thin strain assembling zones in slab when the flat edging roll is used, and there just exist one strain assembling zone in slab when the edging roll with groove is used. And compared the deformation equality between flat edging roll and edging roll with groove, the lateris better than the former, which supplies the theory prove to the slab deformation distribution during V-H rolling process and is helpful for predicting the slab texture.     

特厚板坯单辊重压下铸坯温度与应力的分析

为获得特厚板坯重压下过程中不同压下量对铸坯温度、应力及应变的影响,从而评估铸坯出现角部以及内部裂纹的倾向,使用板坯连铸二冷软件建立了连铸过程特厚板凝固传热模型,并借助Abaqus有限元软件建立了特厚板单辊重压下应力应变模型,对连铸重压下过程中特厚板温度分布以及应力应变行为进行了数值模拟研究。结果表明,重压下会导致铸坯表面降温,中心温度降幅约为角部的1.4倍。铸坯的应力分布在厚度方向上沿中心呈现出对称性,应力由内、外弧向中心递减;角部区域温度最低,应力最大;压下量从5增加到30mm,铸坯角部最大应力从84增加到170MPa,角部裂纹倾向增加。压下量在5~30mm内,铸坯凝固前沿的最大等效塑性应变均小于临界应变,所以铸坯不会出现内裂纹。     

热带粗轧机组调宽工艺中数学模型的建立

采用铅作为模拟材料，对热带粗轧机组平辊立轧－－平轧调宽的变形规律进行了实验研究，简要分析了立轧时的“狗骨”行为和随后平轧时宽度变化行为与来料厚度，宽度、轧辊直径和压下量的关系，并建立了新的数学模型。     

宝钢板坯连铸凝固与传热模型的开发

根据宝钢3号板坯连铸机的具体条件,建立了板坯连铸凝固传热数学模型,模型不仅具备对辊列设备、喷嘴布置的仿真,而且可以根据各种不同工艺条件计算铸坯温度场和凝固终点,经过现场测温与射钉试验,以及与引进日方的在线模型对比,其结果与该模型结果相当吻合。     

板坯连铸动态轻压下技术的研究与应用

为了能有效地控制板坯连铸坯的内部质量,阐述了一种热跟踪模型和动态辊缝实施模型。经过大量的过射钉试验和铸坯低倍试验表明,模型的理论计算值和实际测量值趋于一致,能明显提高铸坯内部质量。该系统工业化投产以来,系统运行稳定,显著地改善了产品内部质量。     

中薄板坯连铸结晶器浸入式水口的优化设计

应用数值模拟软件对唐钢中薄板坯连铸结晶器及浸入式水口内的钢水流场、温度场进行数值模拟,分析了水口结构、拉速、浸入深度和铸坯断面对流场和温度场的影响,在此基础上确定了水口的最佳结构和浸入深度,并在生产中进行了验证,不但提高了铸坯质量和产量且稳定了连铸生产。     

铁素体轧制工艺条件下边部缺陷控制方法研究

研究了在铁素体区轧制条件下热轧带钢边部翘皮的宏观分布规律和微观缺陷形貌,分析了该工艺下缺陷形成的原因,粗轧段板坯边角部进入两相区,同时生产线的立辊和侧导板等接触设备的表面质量不良,造成了边角部变形不均,在精轧过程中最终形成边部翘皮。结合现场工艺,探讨了缺陷的改善措施,通过优化粗轧立辊辊型,提升轧制过程中坯料边角部温度,以及通过设备功能精度管理提升粗轧、精轧的侧导板和立辊辊面质量,最终消除了铁素体轧制超低碳钢的边部质量问题。     

Prediction of influence parameters on the hot rolling process using finite element method and neural network

In the present investigation, a hot rolling process of AA5083 aluminum alloy is simulated using the finite element method. The temperature distribution in the roll and the slab, the stress, strain and strain rate fields, are extracted throughout a steady-state analysis of the process. The main hypotheses adopted in the formulation are: the thermo-viscoplastic behavior of the material expressed by Perzyna constitutive equation and rolling under plane-deformation conditions. The main variables that characterize the rolling process, such as the geometry of the slab, load, rolling speed, percentage of thickness reduction, initial thickness of the slab and friction coefficient, have been expressed in a parametric form giving a good flexibility to the model. The convergence of the results has been evaluated using experimental and theoretical data available in the literature. Since the FE simulation of the process is a time-consuming procedure, an artificial neural network (ANN) has been designed based on the back propagation method. The outputs of the FE simulation of the problem are used for training the network and then, the network is employed for prediction of the behavior of the slab during the hot rolling process.     

FEM analysis for V–H rolling process by updating geometric method

Three passes of slab rolling during vertical–horizontal rolling process were simulated with explicit dynamic FEM by updating geometric method. Simulation model of the next pass was built when the rolling geometry model was updated after previous pass was finished, changing roll gap, material attribution and boundary conditions. The calculated results of the slab shape are in good agreement with the experimental ones. It is shown that the explicit dynamic FEM and updating geometric method can be used effectively to analyze the multi-passes of V–H rolling process.     

步进梁式加热炉内钢坯温度场数值模拟

建立了步进梁式加热炉内加热钢坯的物理模型和数学模型,用有限容积法(FVM)对数学模型进行了离散化,运用Visual-Fortran编制了加热炉内钢坯温度场计算软件,同时利用耐热温度数据记录仪,实测和记录了Q235钢在加热炉内的温度分布,给出了钢坯在整个加热过程中的上下炉温、钢坯内部不同点温度的变化曲线。将模拟结果和实测结果进行了比较,温差值最大为34.3℃,模拟值与实测值基本吻合,表明建立的数学模型以及计算方法是正确的。     

热送热装工艺中板坯出连铸机温度的影响因素分析

建立了板坯连铸过程传热数学模型，并用实测数据对计算结果进行了验证，证明该模型可用于预报不同操作条件下板坯凝固过程中温度的变化和凝固状态，并应用该模型分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素；板坯尺寸，拉速、二冷水量及冷却方式等，结果表明，适当提高拉速、改善二冷制度能提高铸坯出连铸机温度。     

CONTROL OF SOLIDIFICATION PROCESS DURING CONTINUOUS CASTING OF STEEL

本文论述了连铸坯凝固冷却过程的“冶金标准”。用数学模型从理论上计算了操作参数如拉速、比水量、二冷区水量分布、钢水过热度、液相穴内钢水对流运动和二冷水温度等对连铸坯凝固“冶金标准”的影响。根据计算结果,整理出坯厚、拉速、比水量、液相穴深度和生产率的关系图,这有利于选择合理工艺参数,科学地控制操作。     

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律.模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;②初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;③随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致.     

冷轧带钢轧机在线磨辊磨削温度的试验研究

对影响磨削辊面温度的因素进行了系统分析和实验研究,得出轧辊转速,得出轧辊转速、砂轮速度、磨去量等因素对磨削辊面湿度影响的一般规律;同时得出了轧辊表层湿度的分布规律,利用回归分析的方法建立了辊面温度的数学模型。     

3.0mm以下热轧薄规格宽带钢的开发

针对常规热连轧生产线开发薄规格带钢过程中通常遇到的加热温度、轧机设备精度、轧机负荷及各机架间的负荷分配、板形控制系统等制约因素,莱钢银山型钢有限公司板带厂通过采取钢坯前端低温加热、后端高温加热,均衡轧制节奏并建立适宜的轧辊热凸度,优化烫辊制度和轧制单位编排制度,优化精轧负荷分配方式和负荷分配参数,开发基于现场生产线的精轧模型仿真平台,调整辊型及辊温控制,降低卷取张力等措施,实现了厚3.0mm以下薄规格带钢的批量生产,且带钢厚度命中率达95.03%,通条凸度、楔形指标平均达标率达98.1%,平直度平均达标率为98.4%。     

热轧带钢表面氧化铁皮压入缺陷预防与控制

针对首钢迁钢2 160 mm生产线轧制冷轧基料时带钢表面氧化铁皮压入缺陷问题,对生产工艺设备进行了系统分析与研究。结果表明：该缺陷的产生与板坯出炉温度、轧辊氧化膜剥落、高压水除鳞、轧机共振、机架间冷却、辊缝水等众多因素相关。为此,通过采用降低板坯出炉温度、后移RT2高温计、优化精轧机负荷分配、抑制轧机共振、优化使用机架间冷却水与辊缝水、优化轧辊冷却水及高压水喷嘴布置等多项措施,有效减少了带钢表面氧化铁皮压入缺陷,提高了带钢表面质量。     

热轧带钢宽度控制的改进措施

针对首钢京唐钢铁联合有限责任公司2250mm热轧生产线出现的管线钢头尾宽度偏窄、展宽轧制时宽度控制效果不好、立辊短行程参数维护繁琐效率低等问题,采取了将板坯上下表面温差控制在30℃以内、避免叩头板坯在定宽机处出现打滑、优化定宽机与立辊负荷分配、严格控制来料板坯宽度、开发新的立辊短行程维护工具等改进措施,取得了很好的效果。     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

钢坯加热升温曲线优化

通过对钢坯在步进式炉内传热过程的分析,采用有限差分方法对钢坯内温度进行数值模拟,用可变容差优化方法建立了钢坯最优加热数学模型。运用该模型可方便地求得热负荷沿炉长的最佳分配,从而达到加热炉的最优工艺,提高加热炉生产率、降低能源消耗。