连续退火炉内炉辊热变形的有限元分析

炉辊热变形是影响连续退火炉内带钢瓢曲和跑偏的关键因素之一,合理控制热态辊形变化对连续退火过程高效稳定通板至关重要。针对连续退火炉内最重要的加热段和冷却段工序,采用ANSYS软件建立炉辊有限元模型,基于软件的热力耦合分析,模拟不同工况下加热段和冷却段炉辊的热变形,比较分析冷态和热态工况下辊形曲线变化,讨论炉辊温度分布和轴向温差对炉辊辊形变化的影响规律。结果表明：加热段炉辊较大的轴向温差会使单锥度辊变为平辊,不起防跑偏的作用;冷却段炉辊较大的轴向温差会使平辊变为具有一定凸度的炉辊,增加带钢的冷瓢曲风险。炉辊轴向温差控制在≤50℃时,热变形对炉辊形状的影响较小。     

弯辊和串辊对带钢板形影响

基于有限元软件ANSYS建立了冷轧六辊轧机的三维弹塑性有限元参数化模型。将轧机实体模型转换成有限元模型,根据轧机的工作方式提炼出边界条件和载荷条件,施加在有限元模型上。参数化模型采用ANSYS参数化设计语言APDL编写。通过修改程序中的参数,计算分析了弯辊力、中间辊的串辊量以及带钢宽度等参数对带钢形状和辊缝的影响。计算结果表明:当带钢宽度小于1 300 mm时,调整弯辊力对带钢板形的改变较为明显;当带钢宽度大于1 700 mm时,调整弯辊力对改变带钢板形的作用变得非常小,此时通过连续可变凸度轧辊（CVC）的串辊来调节板形更有效。该结论与冷轧厂实践结论一致。     

UC轧机中间辊非对称弯辊改善辊间压力分布

为了改善UC轧机辊间压力不均匀分布问题,采用中间辊非对称弯辊系统替代原有对称弯辊系统.应用影响函数法计算辊系变形,同时考虑辊缝中金属横向流动对带钢出口张力横向分布的影响,通过迭代方法计算出中间辊两端施加不同弯辊力后的辊间压力分布、出口厚度横向分布与出口张力横向分布.理论分析和实际应用结果表明,中间辊非对称弯辊可以改善辊间压力分布不均,降低轧辊磨损和减少轧辊辊面剥落,且不会影响成品带钢的厚度和板形.     

14辊轧机辊系变形的有限元分析

针对现场应用的14辊轧机,利用三维有限元软件MSC.MARC建立三维辊系弹性变形有限元模型,求解三维辊系复杂变形,分析第一中间辊抽动和中间辊凸度对承载辊缝的影响。研究得出第一中间辊抽动量在0-50mm时,带材边部厚度的调节范围;中间辊凸度与轧后板凸度呈线性关系,即中间辊凸度越大,辊系的横向刚度也越大。     

弯辊力对冷轧板带板形的影响分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件,基于显示动力学有限元法,以四辊轧机为例,模拟5 mm厚板带钢冷轧过程,研究施加在支撑辊正弯辊力分别为0 kN,100 kN和200 kN时对轧件压下量、应力和应变的影响.模拟研究表明,增大正弯支撑辊弯辊力能够使轧件边部和中部所受应力趋于平稳,改善轧件的板形.     

锥端支承辊对带材截面形状的影响

对四辊轧机锥端支承辊的使用特性进行了分析,结果表明与一般带凸度的支承辊相比,带钢截面形状更为平直从而改善了产品质量。本文采用特殊的求解接触问题的有限单元法对辊系的变形进行了计算,结果与实测值吻合。     

六辊轧机辊系弹性变形研究

在板带轧制中,轧机辊系弹性变形是影响板形质量的重要因素.以弹性基础梁理论为基础,将辊间接触及工作辊与轧件间的接触采用弹簧模拟其力学模型,从而获得六辊冷轧机辊系弹性变形的解析数学模型;提出了一种将轧件断面形状分布与轧制压力分布耦合的迭代计算轧机辊系弹性变形和轧件最终断面形状的方法,利用MSC. MENTAT/MARC软件建立了六辊轧机辊系弹性变形的非线性接触有限元模型.计算结果表明:采用解析法、有限元法计算出的轧件断面形状与现场实测出的轧件断面形状及板带凸度数值相近,这说明研究方法和模型的有效性.     

HFW焊管排辊成型预成型段ANSYS有限元分析

对508 mm焊管排辊成型机组的预成型建立有限元模型,利用ANSYS有限元软件进行 HFW焊管排辊成型预成型段动态仿真。结果表明,弯边区域板带在咬入阶段产生的等效应力较稳定阶段大;预成型段弯边辊对板带边部变形的贡献最大,最大塑性变形发生在板带的边缘和中心;板带边缘无边浪和鼓包产生。动态仿真精度满足工程应用需要。     

连铸辊硬面层工作状态有限元分析

根据连铸辊尺寸建立有限元模型,测定其工作周期及表面温度,确定20 s为1个工作循环周期。采用ANSYS软件计算连铸辊硬面层工作状态下的温度场、应力及应变场,分析多次循环周期中硬面层温度、应力和应变变化规律及失效风险,提出延长连铸辊硬面层使用寿命的措施。结果显示：连铸辊1个工作周期内,硬面层最高和最低温度分别为742,132℃,最大温差为610℃;硬面层的表面层最大应力可达1 030 MPa,表面层先后产生弹性变形和塑性变形,应变随循环次数的增加而增大,50次循环形变量可达0.007 mm;近表面层产生弹性变形和塑性变形晚于表面层,50次循环最大形变量可达0.004 7 mm;硬面层的表面层与近表面层在50次循环中均受到较大应力,产生较大应变,但表面层受到的应力和产生的应变程度更大,失效风险较大。建议从材料本身入手如通过添加Nb,Ti,V等元素改善硬面层的综合性能,延长硬面层使用寿命。     

VC辊平整机板形调控性能的研究

以某厂连续退火平整机为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立VC辊系静力学仿真模型,并研究了弯辊力、VC辊油压、轧辊辊径和辊套厚度对连续退火平整机板形控制能力的影响。结果表明,无论内、外弯辊如何配合,都不能达到只改变四次凸度的目的,不可能只通过内、外弯辊的配合来消除高次浪形;外弯辊的调控功效比内弯辊增大42%;VC辊油压的调控效果主要体现在二次凸度的改变上,改变油压后对四次凸度的影响不大;当VC辊承载时,油压不能始终保持辊套向外涨,承载时辊套可能发生反弯,向芯辊内凹陷;与大辊径相比,小辊径弯辊和油压的调控效果会增加,但辊缝横向刚度会降低;辊套壁厚的减小会使VC辊油压的调控能力有所提高。     

Effect of roller shapes on strip buckling in a continuous annealing furnace

The effect of roller shapes on strip buckling in a continuous annealing furnace was focused on. The tensile stress distribution, the transverse compressive stress, and the critical buckling stress of the strip were studied by the finite element method (FEM) when the flat roller, crown roller, single taper roller, and double taper roller were used, respectively. Simulation results show that strip buckling is most likely to occur with the crown roller, then the double taper roller, and finally the single tape...     

Heat transfer analysis for the roller shell under the condition of periodic thermal shock

According to the actual working conditions of roller shell in the process of continuous roll casting, the Fourier heat transfer law is used to conduct the simulating analysis for the temperature distribution of the roller shell under the condition of periodic thermal shock. The temperature variation law inside the roller shell is studied during the process of continuous roll casting, and the steady temperature distributions of the roller shell at different casting velocities have been obtained when the thermal contact conductance between the roller shell and the casting strip is considered.     

金属板带轧制用轧辊凸度数学模型的建立及应用

在金属板带的轧制中,不同品种和宽度的板带需要不同的轧辊原始凸度。在实际工程中,靠人为摸索和经验积累来估计凸度,不仅效率低、成本高,而且误差大。通过数学推导建立起适合不同品种、不同宽度的板带轧制的轧辊原始凸度抛物线曲线预测模型;经过优化和实际应用,采用正弦曲线来预测轧辊原始凸度可以明显减轻二肋浪,提高板带平直度。     

Analysis of the thermal profile of work rolls in the hot strip rolling process

A 2-dimension axisymmetric model was developed by the finite-difference method, which can be used to predict the transient temperature field and thermal profile of work rolls in the hot strip rolling process. To demonstrate the accuracy and reliability of the solution developed, the calculation results were compared with the production data of a 1700 mm hot strip rolling mill and good agreement was found between them. The effect of strip width and roll shifting on the thermal expansion of the work rolls was studied.It is found that the strip width has marked effect on the efficient thermal crown. Initially, when the rolling strip changes from narrow to wide, a bigger efficient thermal crown can be quickly achieved; afterwards, when the rolling strip changes from wide to narrow,not only the influence of uneven wear can be reduced but also the excessive efficient thermal crown can be avoided. It is also found that the work roll shifting has a determinate but not obvious effect on the reduction of the efficient thermal crown, and will make the strip shape unstable without being used properly.     

带钢冷轧过程轧辊热变形参数的智能优化

针对在带钢冷轧过程中辊系热变形问题,建立了轧辊温度场与热变形的仿真模型。为了提高模型精度,依据热像仪实拍的辊面温度场信息、轧制过程数据分析得到的轧辊热膨胀信息,对关键参数采用遗传算法进行了优化。优化后的仿真结果与现场信息基本一致,提高了仿真精度,为轧辊热变形的准确预报打下了基础。     

球墨铸铁轧辊的光纤激光合金化性能

为了提高球墨铸铁轧辊的使用性能,采用光纤激光合金化系统对轧辊表面的预置合金层进行激光扫描,在球墨铸铁轧辊表面形成了冶金结合的合金化层.在最佳工艺参数条件下,分析了合金化层的耐磨性能、维氏硬度、冷热疲劳性能和显微组织.结果表明,合金化后的球墨铸铁轧辊的耐磨性能约为基体的3倍,维氏硬度也得到了明显提高,冷热疲劳性能基本相同.合金化层由亚共晶组织构成,亚共晶组织初晶相由马氏体(M)、未分解WC硬质相及共晶组织构成,共晶组织由马氏体(M)与复杂碳化物(WC、Co6W6C和Fe3C)构成.合金化层深度约为0.4 mm且组织细小.     

Preset model of bending force for 6-high reversing cold rolling mill based on genetic algorithm

The hydraulic roll-bending device was studied, which was widely used in modern cold rolling mills to regulate the strip flatness. The loaded roll gap crown mathematic model and the strip crown mathematic model of the reversing cold rolling process were established, and the deformation model of roll stack system of the 6-high 1 250 mm high crown (HC) reversing cold rolling mill was built by slit beam method. The simulation results show that, the quadratic component of strip crown decreases nearly linearly with the increase of the work roll bending force, when the shifting value of intermediate roll is determined by the rolling process. From the first pass to the fifth pass of reversing rolling process, the crown controllability of bending force is gradually weakened. Base on analyzing the relationship among the main factors associated with roll-bending force in reversing multi-pass rolling, such as strip width and rolling force, a preset mathematic model of bending force is developed by genetic algorithm. The simulation data demonstrate that the relative deviation of flatness criterions in each rolling pass is improved significantly and the mean relative deviation of all five passes is decreased from 25.1% to 1.7%. The model can keep good shape in multi-pass reversing cold rolling process with the high prediction accuracy and can be used to guide the production process.     

窄带钢异步冷轧轧辊热凸度及带钢同板差应用研究

本文就窄带钢异步冷轧时的轧辊热凸度及各力能参数对带钢横向厚度分布(同板差)的影响进行了生产现场综合测试,并结合轧辊热变形及辊系变形理论,用有限差分法和影响函数法作了相应的计算分析,计算结果与现场实测值基本吻合。从而为将异步轧制工艺应用于冷轧窄带钢生产提供了完整的实测数据资料和实用工程计算软件。     

基于GPS技术的压路机碾压轨迹研究

为了绘制压路机在压实过程中的碾压轨迹,实现压路机碾压轨迹的实时监控,通过对GPS接收机实时数据的解析,获得了压路机在WGS-84世界大地坐标系下的大地坐标.利用高斯投影正算法将大地坐标转换成了北京54平面坐标系下的平面坐标,进而采用平面四参数转换法得到了压路机所需的施工坐标并建立了压路机的施工平面坐标系,实现了压路机在压实过程中的实时定位,最后通过理论分析和试验来验证压路机碾压轨迹纵向和横向的定位方法.研究结果表明:采用的平面定位算法绘制出的压路机碾压轨迹图快捷、可靠、实用,可实现对压路机压实过程碾压轨迹的实时监控.     

圆锥滚子轴承滚子/滚道副的脂润滑热成膜性能

考虑圆锥滚子轴承的非等截面属性和脂润滑状态,基于润滑脂Power-law流变模型,结合脂膜能量方程和固体热传导方程,建立轴承滚子与滚道接触的非等温脂润滑模型,分析滚子修形、打滑、歪斜和倾斜等对接触副脂润滑热成膜性能和拖动性能的影响. 结果表明：在未发生倾斜或歪斜时,Lundberg对数母线修形滚子的最小膜厚略大于切交母线修形滚子,而压力峰值略小于切交母线修形滚子. 在考虑温度效应后,脂膜厚度减小,压力峰值增大. 倾斜运动导致滚子主要承载端的脂膜压力和颈缩量增加,膜厚减小,因此滚子修形应考虑倾斜运动的影响;歪斜运动对膜厚和压力分布的影响则相对较小. 滚子/滚道副的脂润滑拖动系数随打滑加剧呈现先增大后减小的趋势.