薄板坯連鑄中連續(xù)矯直技術(shù)的應(yīng)用及計(jì)算

于燕

摘 要：在我國的薄板坯連鑄的過程中，連續(xù)矯直技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在薄板坯連鑄中取得了非常好的應(yīng)用效果。本文主要針對連續(xù)矯直技術(shù)的基本算法進(jìn)行闡述，通過闡述對矯直力進(jìn)行判斷和分析。在計(jì)算的過程中對比幾種算法的區(qū)別。通過本文的介紹能夠在薄板坯連鑄過程中提供更加細(xì)化的計(jì)算數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：薄板坯連鑄；連續(xù)矯直技術(shù)；應(yīng)用計(jì)算；矯直力

中圖分類號：TF77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在我國的薄板坯連鑄的過程中，為了有效的降低矯直后鑄坯的裂紋系數(shù)，同時(shí)提升鑄坯的生產(chǎn)內(nèi)部質(zhì)量。因此在薄板坯連鑄的時(shí)候，很多的板坯連鑄設(shè)備都對連續(xù)矯直技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。通過應(yīng)用效果來進(jìn)行分析，很多連鑄機(jī)在應(yīng)用這一技術(shù)上都取得了非常好的實(shí)際效果。要想在薄板坯連鑄的過程中更好的對薄板坯連鑄機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，我們就要從連續(xù)矯直的相關(guān)技術(shù)以及理論上進(jìn)行分析和深化，這樣才能夠很好的領(lǐng)悟到連續(xù)矯直技術(shù)的根本問題，才能夠有效地處理在這一過程中矯直力對于生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)的干擾。

1 在連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用過程中連續(xù)矯直相關(guān)理論的具體分析

根據(jù)連續(xù)矯直技術(shù)的相關(guān)原理，我們可以得出，連續(xù)矯直技術(shù)的主要特點(diǎn)在于矯直區(qū)域可以沿著給定的一條連續(xù)矯直曲線進(jìn)行輥?zhàn)臃较虻牟贾茫@樣能夠讓上輥和下輥之間的縫隙存在壓力。在位置傳感裝置的有效作用下，能夠在一定范圍內(nèi)保持常量不變，這就是我們想要的連續(xù)矯直較為理想的通道。鑄坯能夠通過相應(yīng)的曲線連續(xù)并且均勻的進(jìn)行轉(zhuǎn)變，直到變成0為止。通常情況下，矯直點(diǎn)有4個(gè)點(diǎn)位的支撐，這樣就能夠有效的保障在中間兩個(gè)點(diǎn)位之間承受的外力為一個(gè)恒定的數(shù)值，我們稱之為恒定矯直力矩。同時(shí)在連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用的過程中，相應(yīng)的變化量也是在一個(gè)較為均勻的內(nèi)進(jìn)行變化，我們可以認(rèn)為變化量為一個(gè)常數(shù)，這樣就會得出矯直區(qū)域內(nèi)的矯直力產(chǎn)生的相應(yīng)剪力忽略不計(jì)。我們在進(jìn)行連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用計(jì)算的過程中需要進(jìn)行兩個(gè)假設(shè)，首先是要假設(shè)，矯直的溫度是鑄坯部件需要的理想塑性溫度，其次是我們要保障每一個(gè)部件橫斷面上的纖維長度不受外界影響。

1.1 連續(xù)矯直技術(shù)中應(yīng)變以及應(yīng)變速率的具體分析

我們從圖1所示的位置可以看出，在B點(diǎn)的位置為矯直的起點(diǎn)，C點(diǎn)的位置為矯直的終點(diǎn)。我們可以將BC兩點(diǎn)之間的弧段長度設(shè)為a，在這一弧段長度的范圍內(nèi)，鑄坯應(yīng)力的固定變化我們指的是在整體鑄坯范圍內(nèi)的變化。

ε=ε（h ×a） （1）

上述公式中的ε指的是鑄坯部件的 應(yīng)變力；h指的是鑄坯部件內(nèi)部 任何一點(diǎn)的橫向距離同中心軸之間的距離；a為BC兩點(diǎn)之間的弧長。我們根據(jù)這一公式能夠得出矯直需要時(shí)間t同BC兩點(diǎn)弧長a之間的關(guān)系公式：

a=L 0 -Vt （2）

上式中的L0為任意一點(diǎn)的弧長，可以看做是BC兩點(diǎn)之間的弧長，V為鑄坯過程中的拉坯速率。根據(jù)上面的公式我們可以看出在V拉坯速率保持一定的基礎(chǔ)上，弧長a的導(dǎo)數(shù)是一個(gè)定值，我們可以當(dāng)做一個(gè)常數(shù)來進(jìn)行計(jì)算應(yīng)用。

（3）

對弧長a進(jìn)行積分計(jì)算可以得出：

ε=C·a +f （h） （4）

上式中的f（h）是一個(gè)h數(shù)值任意計(jì)算函數(shù)，常數(shù)C和f （h）之間的計(jì)算數(shù)值是由連續(xù)矯直應(yīng)用過程中邊界數(shù)值條件進(jìn)行確定的。

根據(jù)圖1中B的位置來進(jìn)行分析計(jì)算，B點(diǎn)的矯直應(yīng)力變率發(fā)生變化的臨界條件為：

a =L 0 ； ε=ε0（h） （5）

將公式（2） 帶入公式（5） 中，我們可以得出：

（6）

根據(jù)是上述的6個(gè)公式我們可以得出，在沒有假設(shè)的前提下，6個(gè)計(jì)算公式都不能夠有效成立。因此在微觀學(xué)的角度來分析，BC兩點(diǎn)之間的矯直力應(yīng)變是一個(gè)存在微小變化的數(shù)值，并不是一個(gè)常量，但是我們在計(jì)算的過程中要按照常量來進(jìn)行假設(shè)計(jì)算，通過計(jì)算的數(shù)值來進(jìn)行反推，指導(dǎo)找到我們認(rèn)為合適并且合理的矯直應(yīng)變力以及矯直應(yīng)變量為止。

通過上述的計(jì)算公式我們可以得出，連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用計(jì)算的過程中，矯直應(yīng)變的速率同矯直拉坯的速度存在正比的關(guān)系。我們可以認(rèn)為在 拉坯速度保持不變的情況下，鑄坯件中的任何一點(diǎn)的應(yīng)力變率都是一個(gè)不變的常數(shù)。

1.2 連續(xù)矯直技術(shù)中矯直曲線的具體分析

為了計(jì)算得出矯直曲線的相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形，我們可以按照鑄坯的變形集合參數(shù)進(jìn)行微分方程式的計(jì)算。為了計(jì)算簡便，我們采用的方法為小撓度的等截面計(jì)算方法，可以認(rèn)為連續(xù)矯直的直線段相對于其曲率半徑較小，可以忽略不計(jì)。假設(shè) y′=tg α=0 ?？梢园凑展剑?/p>

來進(jìn)行假設(shè)計(jì)算。

當(dāng)x等于零的情況下，可以認(rèn)為是在一個(gè)常量的狀態(tài)下，這樣就會得出y''=0。

1.3 連續(xù)矯直技術(shù)中矯直區(qū)域的曲率具體分析

在連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用計(jì)算的過程中，我們可以應(yīng)用公式：

來進(jìn)行計(jì)算分析。

當(dāng)上式中的x=a0的時(shí)候，R0也趨近于0，這樣就可以得出連續(xù)矯直技術(shù)的曲率計(jì)算公式為：

當(dāng)x的數(shù)值為0的時(shí)候，T為0；當(dāng)x和L0的數(shù)值相等的時(shí)候

這樣就表明，連續(xù)矯直技術(shù)中的矯直區(qū)域矯直曲率是均勻變化的，直到變?yōu)?。也可以說BC在矯直應(yīng)用的過程中兩個(gè)端點(diǎn)不會出現(xiàn)曲率的突變。

2 連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用過程中矯直力的具體計(jì)算

根據(jù)上文公式的闡述，我們在進(jìn)行連續(xù)矯直計(jì)算的過程中，矯直力的計(jì)算方法主要有5種方法，第1種是變形阻力矯直力計(jì)算法，第2種是蠕變矯直力計(jì)算法，第3種是穩(wěn)定狀態(tài)下 的矯直力塑性計(jì)算法；第4種是非穩(wěn)定狀態(tài)下的矯直力塑性計(jì)算法，第5種是有限元矯直力計(jì)算法。

考慮到薄板坯鑄坯在矯直區(qū)內(nèi)部已全部凝固， 無液芯存在。所以本文將鑄坯按半塑性狀態(tài)來處理。以下計(jì)算在鑄坯厚度H =50 mm ；寬度 B = 1600mm ；拉坯速度 v =7m/ min 條件下進(jìn)行的。半塑性矯直時(shí)， 鑄坯矯直力矩 Mn 為：

我們可以根據(jù)是上式進(jìn)行連續(xù)矯直應(yīng)用的矯直力計(jì)算。

結(jié)語

通過上文的簡單闡述，我們可以得出在進(jìn)行連續(xù)矯直技術(shù)應(yīng)用的過程中，我們要在前期進(jìn)行相應(yīng)的假設(shè)，通過假設(shè)給定的前提來進(jìn)行有效的推力和驗(yàn)證計(jì)算。這一過程對于我國的薄板坯連鑄過程中的連續(xù)矯直技術(shù)的有效應(yīng)用有非常大的幫助 ，對于日后的設(shè)計(jì)工作有非常大的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張志勤，高真鳳，何立波.ESP無頭連鑄連軋帶鋼工藝的創(chuàng)新與展望[J].煉鋼，2010（6）：78-79.

[2]毛新平，高吉祥，柴毅忠.中國薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展[J].鋼鐵，2014（7）：27-28.