基本介紹
- 中文名：液芯矯直
- 外文名：Liquid core straightening
- 關係：生產效率
帶液芯矯直連鑄機二冷矯直段的設計原理,必要性,內力分布,運動學關係,近似設計方法,應力應變有限元模擬,鑄坯的運動方向,鑄坯截面,改進措施,
帶液芯矯直連鑄機二冷矯直段的設計原理
為了探討帶液芯矯直連鑄機二冷矯直段的設計方法，將高溫鑄坯視為粘彈性物質，綜合考慮二冷區溫度分布、液固兩相性質和固相高溫蠕變性質，並結合應力、應變率和流動性質的分析，得到一套能滿足不同需求、適合不同類別的工程設計方法和相應的數值模擬系統，並給出了一套實用的工程設計方案及實例。
必要性
提高拉坯速度是增加連鑄軋鋼機生產能力的有效途徑，但隨著拉速的提高鑄坯的冶金長度將隨之增長，如此時仍採用一點固相矯直，勢必要使連鑄機的弧形半徑增大。這顯然是不合理的。採用液芯矯直可以解決高拉速下連鑄機圓弧半徑要增大的矛盾。在液芯矯直時，應使坯殼內層表面的延伸率ε被控制在允許的範圍內，即不產生內裂。此時，需對鑄坯採用多點矯直或連續矯直等技術。鑄坯內層表面的延伸率εn(%)與鑄坯中心的曲率半徑Rn、R n-1，D為坯厚；δn為曲率半徑為Rn處的坯殼厚。並由此導出在液芯矯直時，採用多點矯直的連鑄機必須的鑄坯中心線各曲率半徑Rn，[ε]2為鑄坯坯殼內層表面的許用延伸率。根據不同鋼種，通常取值為0.1%～0.2%；最大值小於0.5%。
內力分布
假設： ①液芯鑄坯處於穩定流動狀態時，軸線為平面曲線，曲線的曲率半徑遠大於截面尺寸；②速度分布服從平面截面變形規律；③模型物質視為粘彈性固體，其力學行為服從冪律規則。
運動學關係
按假設②，流動速度只存在沿鑄坯軸向的切向分量，用弧長坐標 s 和軸線的法線坐標 z 描述其分布規律。
近似設計方法
建立二冷矯直段上包括溫度沿程分布、內力分布、變形分布、流動曲線形狀、支承點位置及反力在內的數值模擬系統 ，以完成不同類別、不同需要的工程設計。
忽略物質自重 (令 V= 0) ，使 AB 段在純彎曲狀態下工作 ，以此作為對矯直段設計的基本要求。
應力應變有限元模擬
大圓坯連鑄機在世界範圍內不多，特別是專門為軋制產品提供坯料的連鑄機更少。馬鞍山鋼鐵股份有限公司( 以下簡稱馬鋼) 為生產車輪產品坯料建立了一台大規格圓坯連鑄機。該機以生產車輪鋼、輪箍鋼以及優質碳素鋼等中高碳鋼種為主，生產的鑄坯可用來軋制高速車輪。但該機自投產以來，生產效率( 澆鑄速度) 與鑄坯質量經常發生衝突。例如直徑450 mm 鑄坯的設計澆鑄速度為 0.55 m/ m in， 但當澆鑄速度超過 0.50 m/ min 時， 鑄坯出現中間裂紋，這是產品要求所不允許的。
鑄坯的運動方向
連鑄過程中鑄坯所受等效應力狀態時。橫坐標表示時間步長( 1 個時間步長= 0.2 s) ，它所對應的鑄坯的位置大約是從第 1 對矯直輥開始到過第 3 對矯直輥約 0.2 m 的這段距離，而所出現的3 個峰值就在 3 對矯直輥所處位置附近。因此，模型計算到某一步時，在 3 對矯直輥之間，鑄坯內側表面及中心兩相區所受應力的狀態。
連鑄過程中鑄坯產生的等效塑性應變時。可見，在 3 對矯直輥附近也出現了應變峰值。由以上結果可以總結出以下 5 點： ①在矯直過程中，鑄坯與矯直輥接觸部位所受壓力較大，並逐漸向周圍傳遞。鑄坯受力是由與矯直輥的接觸部分開始向內和向兩側減小；②鑄坯中心處液芯也受到四周坯殼壓力的作用。鑄坯中心兩相區的應變也是逐漸增大的，在 3 對矯直輥處的應變值陡增；③鑄坯在矯直點處所受的等效應力較大，而在矯直點附近區域， 鑄坯所受的等效應力逐漸有所減小。隨著矯直的延續，矯直後鑄坯的變形量幾乎維持在一恆定值，到達下一個矯直點時，又有較大的突變，而且隨著鑄坯的拉動，鑄坯的累計變形量逐漸增大；④鑄坯表面所受應力比鑄坯中心的大，應力變化大致為從外向內呈遞減的趨勢。⑤由計算結果可知，3 對矯直 輥的曲率半徑之差呈遞增趨勢。等效塑性應變在這 3 個矯直點處的突變數也是逐漸增大的。
鑄坯截面
在矯直輥下和拉矯後鑄 的應力麵塑性應力分布時。可以看出，在鑄坯截面應力分布趨勢大致為從外到內逐漸減小，在上下輥位置處，應力比較集中；在兩相區附近，鑄坯所受的應力較大。
在第 2 對矯直輥附近，鑄坯液芯半徑在 100~ 120 mm 範圍內。在前面的假設中，認為它是具有超塑性的超低 強度固體材料。在此區域內如果發生較大的應變， 相當於液芯鋼液在流動，對結果來說也是合理的，因此不分析此區域的應力。
改進措施
根據應力分析提出以下改進措施：①加強冷卻或縮短鑄機保溫段的長度，從而提高應力集中區鑄坯的強度； ②改進鑄坯的矯直結構，使每一矯直點處的變形都減小，即考慮增加矯直點的數目，以改善鑄坯的內部質量。
