p031-板坯连铸带液芯压下铸坯变形特点

1、板坯连铸带液芯压下铸坯变形特点崔立新张家泉陈志平北京科技大学冶金学院炼钢所宝钢集团上海梅山有限公司板坯连铸带液芯压下铸坯变形特点Soft-reduction Characteristics of Continuous Cast Slabs with Liquid Core崔立新1 张家泉1陈志平2(1- 北京科技大学冶金学院炼钢所; 2-宝钢集团上海梅山有限公司摘要:采用弹塑性热力耦合有限元法,模拟板坯连铸带液芯轻压下过程中的坯壳变形,指出轻压下初始阶段坯壳较薄时铸坯纵向伸长可以忽略,但轻压下后期坯壳较厚时铸坯纵向伸长不能忽略。分析影响铸坯纵向伸长的主要因素,给出铸坯纵向塑性应变与坯壳厚度和压

2、下率的关系。ABSTRACT:Soft reduction characteristics of continuous cast slabs with liquid core is studied with the aid of elastic-plastic and thermal-mechanical coupled FEM.The studies show that the longitudinal tensile strain of strand can be ignored for thin shell, but it can not be ignored for thick she

3、ll.The effects of shell thickness and related height reduction on the longitudinal tensile strain of strand are analyzed.轻压下过程中铸坯变形对确定轻压下过程中的轧辊转速,保证相邻轧辊转动协调,避免轧辊转动不协调而引起铸坯鼓肚或拉长有一定的影响。本文应用有限元软件MSC.Marc,采用弹塑性热力耦合有限元法,模拟Q235A钢种板坯连铸液芯轻压下时的铸坯变形,并分析影响铸坯变形的主要因素。l有限元模型图1所示为铸坯的有限元离散网格,轧辊简化为刚性体。轻压下时,宽面坯壳的伸长是轧

4、辊与铸坯液芯对坯壳的压力和起始于铸坯侧边的剪应力共同作用的结果。Wunnenberg已研究表明1,在压下率等于20%时,起始于侧边的剪应力引起的宽面伸长只有1%,所以轧辊与铸坯液芯对坯壳的压力是宽面坯壳伸长的主要原因。本文采用二维有限元模拟重点突出铸坯液芯压力对宽而坯壳纵向伸长的作用。 图1 有限元离散网格假定轻压下是在二冷区垂直段由铸坯两侧的轧辊同时对称压下。为了分析不同坯壳厚度对铸坯纵向伸长的影响。冷却条件随着所在二冷区的不同位置的变化而改变,坯壳厚度随着冷却时间变化。则分别对不同坯壳厚度的铸坯进行轻压下,分析坯壳厚度对铸坯纵向伸长的影响。对同一坯壳厚度的铸坯分别用不同的压下率进行轻压下,

5、分析压下率对铸坯纵向伸长的影响。铸坯厚215 mm,由于对称,取铸坯厚度的一半为研究对象,对称面上厚度方向为对称边界条件,没有位移。纵向取0.5米作为模拟计算长度。拉速1.2m/min。材料各向同性,遵守 Von Mises屈服准则。二冷区铸坯沿拉坯方向的运动是主动辊与铸坯的摩擦力及铸坯重力共同作用的结果。文中的模拟忽略摩擦力和重力,而假设未变形区坯壳的速度等于拉坯速度,这样大大简化模型,同时不会对铸坯变形影响太大。为了沿用现有的弹塑性力学有限元法,可以对铸坯液芯作简化或等效处理2。其中一种方法是剔除液芯单元,将其对坯壳的作用转化为相应的分布载荷;另一种方法是计算域包括坯壳与液芯,但为了避免计

6、算域不同状态单元刚度相差悬殊造成计算收敛困难甚至刚度矩阵奇异,对液芯力学特性进行约定,即弹性模量(E取不等于零的一个小量,泊松比(接近0.5;并依据使液态体积模量(E/(1-2与常温体积模量尽量接近的方法,使液态的应力状态保持与静水压相近。本文采用第二种处理方法。下面,以简单线弹性体为例进行说明:,ij ij ij p +='其中,ij ij G 2'=(0T T p V =,1(2+=E G ,21(1(+=E ,21(3=E 。因此,当O.5,E 取小量时,偏应力张量的大小受到约束,从而使'ij ij 与静水压p接近。 2结果与讨论带液芯轻压下时,影响铸坯变形的因素

7、很多,其中压下率和坯壳厚度是两个主要因素。 图1所示是压下率等于18%时铸坯纵向塑性应变与坯壳厚度的关系。从图中可以看出,坯壳较薄时,铸坯纵向塑性应变较小;坯壳较厚时,铸坯纵向塑性应变较大。板坯连铸拉速高,带液芯轻压下时压下速度快,液芯是糊状的两相区,流动性差,目此,带液芯轻压下时不能忽略液芯对坯壳的反作用力。在接近凝固温度时,铸坯塑性很差,不能承受很大的塑性变形,而坯壳厚度增大时,铸坯纵向塑性应变增加,这对铸坯来说是危险的。如果铸坯纵向塑性应变大于临界应变,就会产生裂纹。所以,对带液芯轻压下来讲,对坯壳厚度有一定要求。 图1铸坯纵向塑性应变与坯壳厚度的关系曲线在接近凝固温度时,铸坯塑性很差,

8、不能承受很大的塑性变形。而坯壳厚度增大时,铸坯纵向塑性应变增加,这对铸坯来说是危险的,如果铸坯纵向塑性应变大于临界应变,就会产生裂纹。所以,对轻压下来讲,对坯壳厚度有一定要求。图2所示是坯壳厚度等于25 mm时铸坯纵向塑性应变与压下率的关系。从图中可以看出,纵向塑性应变随压下率的增加而增大,当压下率达到一定值时应变不再增大。 图2铸坯纵向塑性应变与压下车的关系轻压下过程中,厚坯壳液芯铸坯产生的纵向塑性应变不能忽略,除非这种应变受到抑制。液芯铸坯轻压下时,铸坯厚度方向存在很大的温度梯度,这与传统的热轧和冷轧不同。板坯连铸拉速高,轻压下时压下速度快,液芯是糊状的两相区,流动性差,轻压下时不能忽略液芯对坯壳的反作用力。3结论(1板坯连铸液芯轻压下时不能忽略液芯对坯壳的反作用力。(2板坯连铸液芯一对辊轻压下在坯壳较薄时铸坯纵向伸长可以忽略,坯壳较厚时铸坯纵向伸长不能忽略。(3压下率一定时,铸坯纵向伸长随坯壳厚度的增加而增加;坯壳厚度一定时,铸坯纵向伸长随压下率的增加而增加。2003 年 MSC.Software 中国用户论文集 4 参考文献 1. Wunnenberg K，Schwerdtfeger K Principles in Thin Slab CastingIron Steel Maker，1995，22（4）：25。 2. Kelly J E，Michalek