1、.板的寬度和厚度在連鑄擴張時產生的影響 Jian-xun Fu1,2), Jing-she Li1), and Hui Zhang2)1） 中國，北京100083，北京科技大學冶金和生態工程學院.2） 中國，北京100081，國家連鑄技術研究工程中心，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：基于二次開發商業軟件MSC.Marc，一種三維粘彈性塑料熱機械應力模擬耦合的有限元素模型被提出。為了研究在第二冷區中板坯的拓寬，我們進行了數據仿真演算。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。研究結果表明,寬度擴大是顯而易見

2、的, 并且最終的擴大比例是隨著板坯寬度的增加而增加的。這個結論和在實際操作過程中產生的數據是相符的。而當板坯厚度增加時，最終的板坯擴張卻沒有明顯的增加。 關鍵詞：連鑄；板坯；擴寬；有限元素模型。1.引言在連鑄板坯擴張中，板的寬度被擴張以至于它超出了模具已成了一種現象。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模具的入口尺寸還要大。這說明，在板的擴張中還有另一個影響因素。板坯寬度的變化是收縮和擴張之間競爭的結果。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面影響。到目前為止，關于精確控制鑄板尺寸的研究主要集中于鑄造側脹形【1-

3、4】的現象上。最近，Siyasiya et al. 5研究了在冶金中邊脹形變形的影響參數。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值模擬進行了研究，其中所得結果可以通過MaSteel有限公司2號連鑄機的實驗數據進行驗證。1. 有限元素模型2.1.

4、演算模型建立一個關于連鑄中二次冷卻區的模擬數值的三維模型是非常復雜的。為了簡化問題，我們做了如下假設。（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、溫度的作用是連續的，忽略板的變形中最初的機械環境的影響。連鑄機在二次冷卻區分為幾個階段進行。（3） 連鑄機和板的熱傳遞和機械作用是對稱的，因此以1 / 4的底板和輥的一面進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。在這些假設條件的基礎上，對整個耦合模型單疇二次冷卻區分為6個獨立的子模型進行計算分析。把二次冷卻區的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,經過輥給板一定的速度。模擬從第一個連鑄機組到最后一個持續進行，前一個連鑄機組的演算結果作為初始數據進入下一個機組。根據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邊界條件，邊界被應用于板的固化前，被解釋為零強度溫度(ZST強度)的位置考慮誘導凝固偏析和固體分數 （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是固態和液態的臨界溫度（T80=ZST）。靜壓力作用于溫度高于

6、T80的單位。傳遞和接觸的邊界條件也被應用到模型。Eight-node等參元素被用來做幾何的離散化計算領域模型。板坯的元素數量是4500,節點數目是5250。圖1顯示方案的第三局和第六組連鑄機。圖1 .有限元素模型的第三局 (a)和(b)組第六組連鑄機。2.2.本構方程 決定精確分析鑄板壓力模型的關鍵因素包含于板的本構方程中。這些因素是傳熱、機械載荷、應力松馳、塑性應變，它們都是依賴于時間的。因此，是隨時間變化的本構方程是：(1)總的應變比涉及彈性應變比 、 塑性應變比 ，溫度應變比 非彈性應變比 組成獨立于時間的塑性應變和依賴于時間的蠕變變形的貢獻。為了合理模擬鑄板在連鑄中的行為，用于表示非

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

8、.0 ° C ；T80 =1459.6 ° C ；環境溫度： 25 ；輥溫度：100 ° C ；接觸傳熱系數: 25.0帶 (m·K) 12 ；分數的系數： 0.3 12 ；距離公差：0.01 12.連鑄機的參數表中列出。1. 系數的熱膨脹系數，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。 圖3.Q235鋼楊氏彈性模量及泊松比 .3.結果與討論3.1.模擬結果 測量板擴大，極限的比例，擴大 ，摩擦 被定義為 凡W 是板，計算的寬度毫米 ；t反映了擴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

9、的一個節點，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 0。這意味著板擴大發生。范圍內的第一個擦增加五段，并達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 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

10、縫隙脹。類似周期膨脹，板坯的寬度成周期性波動。 計算的擴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系中脹厚度方向的寬度和擴大。中的位置觀察將最小的鼓板介紹最大的擴大。這是因為蕭條板厚度方向有助于擴大板寬度方向。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大和變形3.2.對擴大板坯寬度的影響 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%。磨在連鑄機的出口 0.63%、 0.70%和 0.76%，分別是沒有明顯增加

11、的板擦越來越多的寬度，但所增加的擴大大小是明顯的。總括來說，大寬板有偉大的擴大。在相同的條件下寬板具有更大擴大比窄板的復合圖 7.在不同的領域不同板計算的摩擦 溫度和應力的影響。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力，但更廣泛的板有更多焓移走。所以在窄板坯連鑄機的相同位置，具有更高屈服強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。這兩個中的數據數字顯示上述分析。3.3.對擴大板厚度的影響 研究對擴大，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 %連鑄機的出口。差異擴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，在有明顯的區別擴大和不同板擦厚度。 圖 8等效塞氏應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.模擬結果的核查 要驗證的獲得的模擬結果擴大在馬鋼集團公司的 2 號連鑄機鑄板的是用來衡量。在線測量系統設計測量的精度為 1 毫米的板坯寬度。在系統，數字照相機用于

13、紅外拍照熱合板，和安裝的軟件，可以讀取數據從照相機在預設的頻率的數據卡。然后，軟件的圖形模塊組成熱的圖像根據顏色畸變和保存為圖像板圖像文件。數字相機被固定以上的施法，退出而實驗板鋼級 Q235。"參數的連鑄機和被測量的結果在表 2 中列出。表 2，板的實測和計算寬度注： 測量的板擴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別板坯擴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果。這是因為在實驗中的冷板的預設的寬度是大小模具。上的大小始終大于定義的寬度。2050 毫米，寬度是預設的板2081.3 毫米的模具上的寬度。這就使1.56%的差距在擴大。采取這種差

14、異考慮到實驗結果同意好的模擬的情況。5.結論（1）在板坯拓寬中，板坯的寬度和厚度的影響由MSC.Marc商業軟件通過數據模擬進行了研究。（2）模擬結果表明,稍微增加摩擦，板寬也會相應增加,并且板寬的拓寬是顯而易見的。在實踐中，仿真結果與實測數據基本一致。（3）在板的拓展中，板厚度的影響并不明確。6.參考文獻：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,

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