一種輕壓下拉矯機壓力下力及水冷輥子計算與分析

李海鋒，吳豪明

（河南濟源鋼鐵（集團）有限公司，河南 濟源 459000）

隨著國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的逐漸發(fā)展，規(guī)模與實力逐漸增強，對鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量及種類的要求逐漸增多。輕壓下技術(shù)的出現(xiàn)，極大提升了連鑄坯的芯部質(zhì)量，防止鑄坯產(chǎn)生多種缺陷，并且使得拉坯速度提高，以滿足鋼鐵企業(yè)對產(chǎn)能和效率的提升。

設(shè)計制造高水平的連鑄設(shè)備，首要的問題就是理論參數(shù)的計算與確定，并且應(yīng)用現(xiàn)代的仿真手段來輔助設(shè)計計算，進一步提高設(shè)備的可靠性。輕壓下拉矯機是大方坯連鑄機的重要設(shè)備，其各種參數(shù)的確定將對連鑄機的結(jié)構(gòu)和能力產(chǎn)生較大的影響。本文以某鋼廠大方坯連鑄機輕壓下拉矯機為例，詳細介紹了壓下力的計算，并對水冷輥受力變形進行仿真分析。

1 輕壓下拉矯機壓下力計算

當(dāng)熱坯經(jīng)過拉矯機進行壓下過程中，坯子承受了壓力而發(fā)生塑性變形，不同的鋼種及拉速對應(yīng)不同的壓下力。在煉鋼車間中，壓下力的計算有許多的公式，如采利珂夫公式、愛克隆德公式、西姆斯公式等。經(jīng)過多種計算分析及實際工程的應(yīng)用，西姆斯公式為煉鋼車間計算熱坯需要的壓下力中最為接近實際需要的計算公式。

由于影響單位壓力的大小及分布的主要因素，是變形區(qū)長度（即接觸弧水平投影的長度）l與軋件厚度h的比值（將l/h稱作變形區(qū)形狀系數(shù)），其大小反映了接觸面（如摩擦力）對軋件變形區(qū)的影響情況。在計算壓下時，選用l/h≤ 0.118。

（1）作用在輥身上的平均單位壓力為

式中，σ為變形阻力，在確定此數(shù)值時，必須考慮熱變形溫度、變形程度和變形速度的影響。計算時，可以近似地采用經(jīng)驗公式

平均變形速度

在計算平均單位壓力時，一般不考慮輥子的彈性壓扁，其變形區(qū)長度為

式中，R為輥子半徑225mm；Δh=10mm；h0為進拉矯機前鑄坯的厚度，此計算中定為330mm。

在拉矯機中，此處計算時，將鑄坯溫度估計為t=820℃。

在進行鑄坯拉矯壓下時，變形程度沿變形區(qū)是變化的，一般取平均值來計算平均變形程度：

綜上式，可計算得到輥子的平均單位壓力為P=16.09919875。

（2）在壓下鑄坯時，軋件與輥子接觸弧上單位壓力的總和即為總壓力

式中，p為軋件與輥子接觸弧上的平均單位壓力；F鑄坯與輥子間的接觸面積在總壓力垂直平面上的投影（簡稱為接觸面積）。

此鋼廠為輥徑相同的情況即可用公式

因此，輕壓下拉矯機總壓力：

2 水冷輥仿真分析

經(jīng)過對拉矯機壓下力的計算，可得到一個結(jié)果。應(yīng)用現(xiàn)代化的仿真方法，對拉矯機水冷輥進行分析，作用力施加在有水冷孔的位置，作用力的長度根據(jù)公式（4）計算。施加力以后得到如圖1為輥子的位移變形，可以看出，輥子最大變形量為0.17mm，在允許的范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

圖1 位移變形

在對輕壓下拉矯機的壓下力進行計算，且對輥子進行設(shè)計時，可根據(jù)本論文中的計算方法，再根據(jù)壓下力對輥子強度進行分析，來輔助設(shè)計。具體生產(chǎn)不同鋼種，不同鑄坯形狀時，可相應(yīng)地查閱相關(guān)資料進行設(shè)計。本文對輕壓下拉矯機的選型設(shè)計提供了比較詳細的數(shù)據(jù)參考和計算，可以作為工程技術(shù)人員輕壓下拉矯機的一個參考。