機(jī)械制造及其自動化外文翻譯

1、板的寬度和厚度在連鑄擴(kuò)張時產(chǎn)生的影響 Jian-xun Fu1,2), Jing-she Li1), and Hui Zhang2)1） 中國，北京100083，北京科技大學(xué)冶金和生態(tài)工程學(xué)院.2） 中國，北京100081，國家連鑄技術(shù)研究工程中心，中央鋼鐵研究所（接收于2009年12月27日，修訂于2010年1月20日，接受于2010年2月5日）. 摘要：基于二次開發(fā)商業(yè)軟件MSC.Marc，一種三維粘彈性塑料熱機(jī)械應(yīng)力模擬耦合的有限元素模型被提出。為了研究在第二冷區(qū)中板坯的拓寬，我們進(jìn)行了數(shù)據(jù)仿真演算。在板坯拓寬中，板坯的寬度和厚度的影響因素也被考慮在內(nèi)。研究結(jié)果表明,寬度擴(kuò)大是顯而易見的

2、, 并且最終的擴(kuò)大比例是隨著板坯寬度的增加而增加的。這個結(jié)論和在實際操作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是相符的。而當(dāng)板坯厚度增加時，最終的板坯擴(kuò)張卻沒有明顯的增加。 關(guān)鍵詞：連鑄；板坯；擴(kuò)寬；有限元素模型。1.引言在連鑄板坯擴(kuò)張中，板的寬度被擴(kuò)張以至于它超出了模具已成了一種現(xiàn)象。在連鑄過程的二次冷卻中，溫度驟降會引起板的收縮。然而事實卻是，有時板的寬度甚至比相應(yīng)模具的入口尺寸還要大。這說明，在板的擴(kuò)張中還有另一個影響因素。板坯寬度的變化是收縮和擴(kuò)張之間競爭的結(jié)果。板坯拓寬對于精確控制板的尺寸是有害的，對于下面的演算過程會帶來一系列的負(fù)面影響。到目前為止，關(guān)于精確控制鑄板尺寸的研究主要集中于鑄造側(cè)脹形【1-4

3、】的現(xiàn)象上。最近，Siyasiya et al. 5研究了在冶金中邊脹形變形的影響參數(shù)。Cui et al. 6 和Chen et al. 7 分析了在冶金中邊脹形變形降低柔軟度的影響。對于計算方法，Grill et al. 8 創(chuàng)建了二維有限元素模型，Barber et al. 9 研究了彈性變形和微變機(jī)理對于板變形的影響，Okamura et al. 10 則分析研究了在二次冷卻中板的變形。然而關(guān)于板的拓展卻有較少的研究報告。在板的拓展中，板的寬度和厚度的影響在本文中通過數(shù)值模擬進(jìn)行了研究，其中所得結(jié)果可以通過MaSteel有限公司2號連鑄機(jī)的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。1. 有限元素模型2.1.演

4、算模型建立一個關(guān)于連鑄中二次冷卻區(qū)的模擬數(shù)值的三維模型是非常復(fù)雜的。為了簡化問題，我們做了如下假設(shè)。（1） 忽略板的彎曲平直的影響，把板作為一個線性對象。（2） 對板的仿真、時間、空間、鋼材的特點、溫度的作用是連續(xù)的，忽略板的變形中最初的機(jī)械環(huán)境的影響。連鑄機(jī)在二次冷卻區(qū)分為幾個階段進(jìn)行。（3） 連鑄機(jī)和板的熱傳遞和機(jī)械作用是對稱的，因此以1 / 4的底板和輥的一面進(jìn)行計算分析是合理的。（4） 板是變形的，輥是僵硬的，它們之間的差距是靈活的。所以輥也被作為計算邊界。在這些假設(shè)條件的基礎(chǔ)上，對整個耦合模型單疇二次冷卻區(qū)分為6個獨立的子模型進(jìn)行計算分析。把二次冷卻區(qū)的15段分成六個組。第 5 組

5、2 段每個組中的與其他 5 段都納入最后一組完全固化的板坯。2 米板是采取模擬,經(jīng)過輥給板一定的速度。模擬從第一個連鑄機(jī)組到最后一個持續(xù)進(jìn)行，前一個連鑄機(jī)組的演算結(jié)果作為初始數(shù)據(jù)進(jìn)入下一個機(jī)組。根據(jù)板在寬度方向的對稱性，板的一半在工作中實際上是被模擬的，在平面上通過一個給定的速度向前移動。鋼水的靜壓力作為一種力學(xué)邊界條件，邊界被應(yīng)用于板的固化前，被解釋為零強(qiáng)度溫度(ZST強(qiáng)度)的位置考慮誘導(dǎo)凝固偏析和固體分?jǐn)?shù) （fs） 的影響，溫度的單位是，財政司司長就等于 0.8 11，它作為凝固 ZST 地方財政司司長 0.8。在這里，T80是固態(tài)和液態(tài)的臨界溫度（T80=ZST）。靜壓力作用于溫度高于T

6、80的單位。傳遞和接觸的邊界條件也被應(yīng)用到模型。Eight-node等參元素被用來做幾何的離散化計算領(lǐng)域模型。板坯的元素數(shù)量是4500,節(jié)點數(shù)目是5250。圖1顯示方案的第三局和第六組連鑄機(jī)。圖1 .有限元素模型的第三局 (a)和(b)組第六組連鑄機(jī)。2.2.本構(gòu)方程 決定精確分析鑄板壓力模型的關(guān)鍵因素包含于板的本構(gòu)方程中。這些因素是傳熱、機(jī)械載荷、應(yīng)力松馳、塑性應(yīng)變，它們都是依賴于時間的。因此，是隨時間變化的本構(gòu)方程是：(1)總的應(yīng)變比涉及彈性應(yīng)變比 、 塑性應(yīng)變比 ，溫度應(yīng)變比 非彈性應(yīng)變比 組成獨立于時間的塑性應(yīng)變和依賴于時間的蠕變變形的貢獻(xiàn)。為了合理模擬鑄板在連鑄中的行為，用于表示非彈

7、性應(yīng)變，廣義的本構(gòu)方程被稱作最后模型：(2)代表目前的應(yīng)力狀態(tài), 代表彈性變化代表溫度為了得到鋼在不同溫度和應(yīng)變比率條件下的壓力，使用了塑性變形隨時間變化的本構(gòu)方程：在 的等效的塑料應(yīng)變比率，變形，氣體常量，等效的應(yīng)力， 強(qiáng)度因子，激活能量等效的塑料應(yīng)變，應(yīng)變硬化指數(shù)、 和 、 和 是常量。,碳鋼時塑料，應(yīng)變硬化觀察到?？赡艿膽?yīng)變硬化系數(shù)索取以下公式：這項工作，在用戶程序中包括應(yīng)變硬化，碩士彈塑性模型中系數(shù)。馬克描述的連鑄板坯高下的粘彈塑性溫度。2.3.模擬參數(shù)模擬的所有參數(shù)為馬鋼集團(tuán)的 2 號連鑄機(jī)的參數(shù)公司，如下所示。Tl = 1513 ° C ；斜線號溫度 Ts = 1446.

8、0 ° C ；T80 =1459.6 ° C ；環(huán)境溫度： 25 ；輥溫度：100 ° C ；接觸傳熱系數(shù): 25.0帶 (m·K) 12 ；分?jǐn)?shù)的系數(shù)： 0.3 12 ；距離公差：0.01 12.連鑄機(jī)的參數(shù)表中列出。1. 系數(shù)的熱膨脹系數(shù)，楊氏模量彈性，和鋼變化的泊松比溫度顯示在圖 2 和 3 13-14圖 2.Q235鋼熱脹系數(shù)。 圖3.Q235鋼楊氏彈性模量及泊松比 .3.結(jié)果與討論3.1.模擬結(jié)果 測量板擴(kuò)大，極限的比例，擴(kuò)大 ，摩擦 被定義為 凡W 是板，計算的寬度毫米 ；t反映了擴(kuò)大的定義的寬度的板擦毫米。較定義的板坯寬度的程度。 跟蹤板的

9、一個節(jié)點，并記錄寬度，所以在不同位置的二次冷卻板寬度可以獲得區(qū)域。可以從派生的摩擦板坯寬度計算。鋼的計算的齟齬Q235 板坯斷面的 2000 毫米 × 230 毫米，1.0 米/分的速度是如圖 4 所示。由此可見，擦到另一個，從一段變化和值是在整個二次冷卻區(qū) 0。這意味著板擴(kuò)大發(fā)生。范圍內(nèi)的第一個擦增加五段，并達(dá)到后逐漸下來然后到最大的第六段的位置。附近第十段，碰摩降低順利。圖 4.鋼 Q235 整個二次冷卻區(qū) 第六段中的板坯寬度取決于對脹形板的大波動的最大值厚度方向。圖 5 顯示了計算的變形板厚度方向。外殼板具有低屈服強(qiáng)度和高可塑性 ；因此，板點接觸滾子是沮喪和形成在兩個滾筒之間縫

10、隙脹。類似周期膨脹，板坯的寬度成周期性波動。 計算的擴(kuò)大和鼓包的板第六部分是如圖 6 所示。它顯示的是明顯的相互關(guān)系中脹厚度方向的寬度和擴(kuò)大。中的位置觀察將最小的鼓板介紹最大的擴(kuò)大。這是因為蕭條板厚度方向有助于擴(kuò)大板寬度方向。圖 5板與滾筒之間板坯變形和影響圖 6第六段計算在不同時間板坯擴(kuò)大和變形3.2.對擴(kuò)大板坯寬度的影響 230 毫米磚的 Q235 鑄件在不同寬度被模擬的 1.0 米/分的速度。擦不同段如圖 7 所示。圖 7 顯示板的粗略計算 增加寬度的增加。最大值分別為 1.27%、 1.36%和 1.44%。磨在連鑄機(jī)的出口 0.63%、 0.70%和 0.76%，分別是沒有明顯增加的

11、板擦越來越多的寬度，但所增加的擴(kuò)大大小是明顯的。總括來說，大寬板有偉大的擴(kuò)大。在相同的條件下寬板具有更大擴(kuò)大比窄板的復(fù)合圖 7.在不同的領(lǐng)域不同板計算的摩擦 溫度和應(yīng)力的影響。相比全板、 窄板有較大范圍的熱流量分布并因此更大的等效塞氏應(yīng)力，但更廣泛的板有更多焓移走。所以在窄板坯連鑄機(jī)的相同位置，具有更高屈服強(qiáng)度和較低的可塑性及凝固是能抵御很大的壓力。計算的等效馮塞斯應(yīng)力的第五次會議的板部分顯示圖 8 三板。計算的溫度場三個板是圖 9 所示。這兩個中的數(shù)據(jù)數(shù)字顯示上述分析。3.3.對擴(kuò)大板厚度的影響 研究對擴(kuò)大，板厚度的影響2050 毫米 Q235 板的 230 和 250 毫米的厚度鑄造 1.

12、0 米/分的速度被模擬如下所示在圖 10。它可以從圖 10 的計算擴(kuò)大兩板是不同略。" 最大的摩擦分別為 1.4%和 13.8 %250 and230 毫米厚板。磨是 0.74%和 0.71 %連鑄機(jī)的出口。差異擴(kuò)大是兩個面板之間只是 0.6 毫米，這是因為膨脹增加一點改變厚度。最后，在有明顯的區(qū)別擴(kuò)大和不同板擦厚度。 圖 8等效塞氏應(yīng)力的板條三個板的曲線圖圖 9在溫度場三個板的曲線圖圖 10不同的兩個板厚度的摩擦曲線4.模擬結(jié)果的核查 要驗證的獲得的模擬結(jié)果擴(kuò)大在馬鋼集團(tuán)公司的 2 號連鑄機(jī)鑄板的是用來衡量。在線測量系統(tǒng)設(shè)計測量的精度為 1 毫米的板坯寬度。在系統(tǒng)，數(shù)字照相機(jī)用于紅

13、外拍照熱合板，和安裝的軟件，可以讀取數(shù)據(jù)從照相機(jī)在預(yù)設(shè)的頻率的數(shù)據(jù)卡。然后，軟件的圖形模塊組成熱的圖像根據(jù)顏色畸變和保存為圖像板圖像文件。數(shù)字相機(jī)被固定以上的施法，退出而實驗板鋼級 Q235。"參數(shù)的連鑄機(jī)和被測量的結(jié)果在表 2 中列出。表 2，板的實測和計算寬度注： 測量的板擴(kuò)大是測量的板坯寬度和模具，而計算出的上部寬度之間的區(qū)別板坯擴(kuò)大是計算的寬度與定義的寬度。在線測量的摩擦大于模擬所有的實驗板的結(jié)果。這是因為在實驗中的冷板的預(yù)設(shè)的寬度是大小模具。上的大小始終大于定義的寬度。2050 毫米，寬度是預(yù)設(shè)的板2081.3 毫米的模具上的寬度。這就使1.56%的差距在擴(kuò)大。采取這種差異

14、考慮到實驗結(jié)果同意好的模擬的情況。5.結(jié)論（1）在板坯拓寬中，板坯的寬度和厚度的影響由MSC.Marc商業(yè)軟件通過數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行了研究。（2）模擬結(jié)果表明,稍微增加摩擦，板寬也會相應(yīng)增加,并且板寬的拓寬是顯而易見的。在實踐中，仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)基本一致。（3）在板的拓展中，板厚度的影響并不明確。6.參考文獻(xiàn)：1 S.E. Royzman, Shrinking stresses in a solidifying continuous。slab, Steel Technol. Int., 5(1994), p.123.2 H. Fujii, T. Ohashi, and T. Hiromoto, O

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