热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真

D0L:10.13374.issn1001-053x.2013.11.015 第35卷第11期 北京科技大学学报 Vol.35 No.11 2013年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.2013 热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真 王晓晨)，何峰1)，杨荃)凶，王海玉)，王晓东2)，李华2)，董立杰) 1)北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心，北京100083 2)首钢技术研究院，北京100043 3)河北首钢迁安钢铁有限责任公司，迁安064404 ☒通信作者，E-mail:yangquant@nercar.ustb.cdu.cn 摘要某些现场热连轧生产线定宽压力机出口普遍存在板坯侧弯现象.采用有限元软件LS-DYNA建立了定宽压力机 板坯定宽的有限元模型，对不同板坯中心线偏移量和锤头非对称倾斜角度下的板坯侧弯情况进行分析.造成减宽过程侧 弯的原因是板坯中心线偏移，并给出其定量影响的关系式。 关键词热轧：定宽压力机：板坯：侧弯：有限元法 分类号TG333.7+1 Finite element study on the formation regularity of slab cambering at a slab sizing press of hot rolling WANG Xiao-chen),HE Feng),YANG Quan),WANG Hai-yul),WANG Xiao-dong?),LI Hua2), DONG Li-jie) 1)National Engineering Research Center of Flat Rolling Equipment,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083, China 2)Research Institute of Technology,Shougang Group,Beijing 100043,China 3)Qian'an Iron and Steel Co.Ltd.,Shougang Group,Qian'an 064404,China Corresponding author,E-mail:yangquan@nercar.ustb.edu.cn ABSTRACT The purpose of this article is how to eliminate slab cambering at a slab sizing press in the hot rolling steel production line in some Chinese steel plants.A finite element model of slab sizing pressing was established with the finite element software LS-DYNA.Slab cambering was analyzed at different slab center-line offsets and asymmetrical hammerhead inclination angles.It is found that slab center-line offset is the main influence factor of slab cambering during slab sizing pressing,and then a quantitative expression of influence was gained. KEY WORDS hot rolling:slab sizing press;slabs;cambering;finite element method 随着连铸与轧制技术的发展，连铸与热轧工序 情况，从而得到了定宽压力机的侧弯形成规律，为 之间通过定宽压力机来实现宽度连接-).在国内 生产现场采取针对性工艺措施来抑制侧弯产生提供 一些热连轧生产线，连铸坯经定宽压力机减宽后出 理论参考 现较严重的侧弯.为了对定宽压力机侧弯的形成机 1动态有限元模型的建立 理进行分析，本文采用大型有限元软件LS-DYNA, 建立了板坯定宽的有限元模型，针对定宽过程的不 1.1模型建立及网格划分 对称影响因素进行分析，系统研究了不同的中心线 从定宽压力机的工作特性可知，板坯定宽模型 偏移量和锤头偏移角度等不对称因素下的板坯侧弯 具有对称特性，但由于本次模拟需要考虑传动侧与 收稿日期：2013-04-12

第 35 卷 第 11 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 11 2013 年 11 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov. 2013 热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真 王晓晨1)，何 峰1)，杨 荃1) ，王海玉1)，王晓东2)，李 华2)，董立杰3) 1) 北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心，北京 100083 2) 首钢技术研究院, 北京 100043 3) 河北首钢迁安钢铁有限责任公司，迁安 064404 通信作者，E-mail: yangquan@nercar.ustb.edu.cn 摘 要 某些现场热连轧生产线定宽压力机出口普遍存在板坯侧弯现象. 采用有限元软件 LS-DYNA 建立了定宽压力机 板坯定宽的有限元模型，对不同板坯中心线偏移量和锤头非对称倾斜角度下的板坯侧弯情况进行分析. 造成减宽过程侧 弯的原因是板坯中心线偏移，并给出其定量影响的关系式. 关键词 热轧；定宽压力机；板坯；侧弯；有限元法 分类号 TG333.7+1 Finite element study on the formation regularity of slab cambering at a slab sizing press of hot rolling WANG Xiao-chen1), HE Feng1), YANG Quan1) , WANG Hai-yu1), WANG Xiao-dong2), LI Hua2) , DONG Li-jie3) 1) National Engineering Research Center of Flat Rolling Equipment, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Research Institute of Technology, Shougang Group, Beijing 100043, China 3) Qian’an Iron and Steel Co. Ltd., Shougang Group, Qian’an 064404, China Corresponding author, E-mail: yangquan@nercar.ustb.edu.cn ABSTRACT The purpose of this article is how to eliminate slab cambering at a slab sizing press in the hot rolling steel production line in some Chinese steel plants. A finite element model of slab sizing pressing was established with the finite element software LS-DYNA. Slab cambering was analyzed at different slab center-line offsets and asymmetrical hammerhead inclination angles. It is found that slab center-line offset is the main influence factor of slab cambering during slab sizing pressing, and then a quantitative expression of influence was gained. KEY WORDS hot rolling; slab sizing press; slabs; cambering; finite element method 随着连铸与轧制技术的发展，连铸与热轧工序 之间通过定宽压力机来实现宽度连接 [1−5] . 在国内 一些热连轧生产线，连铸坯经定宽压力机减宽后出 现较严重的侧弯. 为了对定宽压力机侧弯的形成机 理进行分析，本文采用大型有限元软件 LS-DYNA， 建立了板坯定宽的有限元模型，针对定宽过程的不 对称影响因素进行分析，系统研究了不同的中心线 偏移量和锤头偏移角度等不对称因素下的板坯侧弯 情况，从而得到了定宽压力机的侧弯形成规律，为 生产现场采取针对性工艺措施来抑制侧弯产生提供 理论参考. 1 动态有限元模型的建立 1.1 模型建立及网格划分 从定宽压力机的工作特性可知，板坯定宽模型 具有对称特性，但由于本次模拟需要考虑传动侧与 收稿日期：2013-04-12 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.11.015

·1522 北京科技大学学报 第35卷 操作侧的非对称，因此取上下对称建立1/2模型， 为Q235,有限元模型及材料所需参数[6-10如表1 如图1所示. 所示. 定宽压力机 Fringe Levels 1.2板坯和锤头运动 Time =0 0.000e+00 Contours of Effective Stress (v-m) 0.000e+00 在定宽过程中，板坯为“停一走一停”的步进 min =0,at elem#1 0.000e+00 max =0,at elem#1 式过程.以图1的坐标系为标准，板坯以一定的初 0.000e+00 人口导辊 出口导辊 0.000e+00 速度沿Z轴负方向（板坯行进方向）运动到锤头前， 0.000e+00 停止运动：随后，锤头沿X方向（板坯宽度方向） 0.000e+00 0.000e+00 向板坯运动进行定宽，定宽到所需位置后，锤头沿 0.000e+00 反方向移动到本次定宽前的位置而停止：然后，板 0.000e+00 坏 入口夹送辊 侧压模块 0.000e+00 坯沿Z轴负方向运动400mm后又停止运动，锤 出口夹送辊 头再次进行定宽.不断重复上述过程即可实现板坯 全长的定宽.可将上述一次定宽过程分解为四个步 图1动态有限元模型 骤：锤头压下一锤头升起一板坯前进一锤头压 Fig.1 Dynamic finite element model 下 侧压模块、夹送辊和导辊在定宽过程中变形极 1.3边界条件的确定 小，可假定没有变形，因此在有限元分析中被视为 整个模型中，需对刚体限制自由度.夹送辊和 刚体.板坯模型采用三维八节点六面体单元，长度 导辊只能有沿自身轴转动的自由度，而不能有平动 方向被均分为200份，高度方向被均分为10份，宽 的自由度：锤头只能有X方向的平动自由度，不能 度方向分为60份（中部单元的宽度为边部单元宽 有转动自由度：由图1可知Y方向（板坯厚度方向） 度的5倍)，划分后网格总数为120000个.板坯材质 对称面处位移边界条件为1y=0. 表1有限元模型及材料参数 Table 1 Parameters of the finite element model and materials 板坯尺寸 杨氏模量/GPa1050℃时屈1050℃时切 1050℃1050℃时板坯与 长度/mm 宽度/mm厚度/mm 20℃1050℃服应力/MPa 线模量/MPa时泊松比 模块动摩擦因数 5000 1400/1600 230 210 115 115 100 0.3 0.3 2 有限元结果分析 减宽后的板坯主要出现跑偏，即出口板坯中心线与 为分析定宽压力机侧弯产生机理，本文针对锤 原来的前进方向呈一定角度：虽然也出现一定的侧 头非对称倾角与板坯中心线偏移两种可能的影响因 弯，但与跑偏相比并不明显.因此，定宽机锤头非 素进行分析 对称倾斜不是引起侧弯的主要因素，而是会引起板 2.1锤头非对称倾角对侧弯的影响 坯跑偏，且板坯的跑偏量随着锤头倾角的增大而增 锤头非对称倾角对侧弯影响分析是指当定宽 大 机一侧的锤头安装出现一定倾角时，板坯横断面改 传动侧 1701 操作侧 160 变及侧弯产生情况.定义锤头逆时针倾斜为正，反 150 ■偏1° 之为负. 140 ·偏3° 当板坯宽度为1600mm、减宽量为200mm时， 130 ·偏5 如果操作侧锤头有倾角，随着锤头倾角的变化，板 。120 x偏-1° 坯横断面的变化不大，如图2所示.由此说明当定 110- ·对称 T100+ 宽机锤头有非对称倾角时，并不会对板坯的横断面 0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8 形状产生影响. 板坯宽度坐标/m 当板坯通过出口夹送辊之后，板坯在不同的锤 图2不同锤头倾斜角度下的出口板坯横断面形状 头倾斜角度情况下的中心线形状如图3所示.由图 Fig.2 Cross section of slabs at different hammerhead incli- 中可以看出：当操作侧锤头倾斜一定角度时，经过 nation angles

· 1522 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 操作侧的非对称，因此取上下对称建立 1/2 模型， 如图 1 所示. 图 1 动态有限元模型 Fig.1 Dynamic finite element model 侧压模块、夹送辊和导辊在定宽过程中变形极 小，可假定没有变形，因此在有限元分析中被视为 刚体. 板坯模型采用三维八节点六面体单元，长度 方向被均分为 200 份，高度方向被均分为 10 份，宽 度方向分为 60 份 (中部单元的宽度为边部单元宽 度的 5 倍)，划分后网格总数为 120000 个. 板坯材质 为 Q235，有限元模型及材料所需参数 [6−10] 如表 1 所示. 1.2 板坯和锤头运动 在定宽过程中，板坯为 “停 — 走 — 停” 的步进 式过程. 以图 1 的坐标系为标准，板坯以一定的初 速度沿 Z 轴负方向 (板坯行进方向) 运动到锤头前， 停止运动；随后，锤头沿 X 方向 (板坯宽度方向) 向板坯运动进行定宽，定宽到所需位置后，锤头沿 反方向移动到本次定宽前的位置而停止；然后，板 坯沿 Z 轴负方向运动 400 mm 后又停止运动，锤 头再次进行定宽. 不断重复上述过程即可实现板坯 全长的定宽. 可将上述一次定宽过程分解为四个步 骤：锤头压下 — 锤头升起 — 板坯前进 — 锤头压 下. 1.3 边界条件的确定 整个模型中，需对刚体限制自由度. 夹送辊和 导辊只能有沿自身轴转动的自由度，而不能有平动 的自由度；锤头只能有 X 方向的平动自由度，不能 有转动自由度；由图 1 可知 Y 方向 (板坯厚度方向) 对称面处位移边界条件为 u1Y =0. 表 1 有限元模型及材料参数 Table 1 Parameters of the finite element model and materials 板坯尺寸 杨氏模量/GPa 1050 ℃时屈 1050 ℃时切 1050 ℃ 1050 ℃时板坯与 长度/mm 宽度/mm 厚度/mm 20 ℃ 1050 ℃ 服应力/MPa 线模量/MPa 时泊松比 模块动摩擦因数 5000 1400/1600 230 210 115 115 100 0.3 0.3 2 有限元结果分析 为分析定宽压力机侧弯产生机理，本文针对锤 头非对称倾角与板坯中心线偏移两种可能的影响因 素进行分析. 2.1 锤头非对称倾角对侧弯的影响 锤头非对称倾角对侧弯影响分析是指当定宽 机一侧的锤头安装出现一定倾角时，板坯横断面改 变及侧弯产生情况. 定义锤头逆时针倾斜为正，反 之为负. 当板坯宽度为 1600 mm、减宽量为 200 mm 时， 如果操作侧锤头有倾角，随着锤头倾角的变化，板 坯横断面的变化不大，如图 2 所示. 由此说明当定 宽机锤头有非对称倾角时，并不会对板坯的横断面 形状产生影响. 当板坯通过出口夹送辊之后，板坯在不同的锤 头倾斜角度情况下的中心线形状如图 3 所示. 由图 中可以看出：当操作侧锤头倾斜一定角度时，经过 减宽后的板坯主要出现跑偏，即出口板坯中心线与 原来的前进方向呈一定角度；虽然也出现一定的侧 弯，但与跑偏相比并不明显. 因此，定宽机锤头非 对称倾斜不是引起侧弯的主要因素，而是会引起板 坯跑偏，且板坯的跑偏量随着锤头倾角的增大而增 大. 图 2 不同锤头倾斜角度下的出口板坯横断面形状 Fig.2 Cross section of slabs at different hammerhead incli￾nation angles

第11期 王晓晨等：热轧定宽压力机板还侧弯形成规律有限元仿真 1523· 41 操作侧 61 操作侧 3 m 2 板坏红进方向 1 0 0 -1 -2 0 2 -2 4 3 板坯行进方向 -4 -6 5 传动侧 8 传动侧 板坯纵向坐标/m 板坯纵向坐标/m (a) (b) 201操作侧 301 操作侧 15 10 板坯行进方向 m 20 10 板坯行进方向 5 0 -5 2 -10 -10 20 -15 -20 -30 -25 传动侧 40传动侧 板坯纵向坐标/m 板坯纵向坐标/m (c) (d) 图3不同锤头倾斜角度下的出口板坯中心线形状.(a)-1°：(b)1°：(c)3:(d)5 Fig.3 Central lines of slabs at different hammerhead inclination angles:(a)-l°：(b)1°：(c)3°：(d)5° 2.2板坯中心线偏移对侧弯的影响 为不同的板坯中心线偏移量情况下板坯横断面尺寸 板坯中心线偏移对侧弯影响分析是指当板坯 分布，其中图5(a)为板坯未经过出口夹送辊时，图 中心线与定宽机中心线出现一定偏移时，板坯横断 5(b)为板坯经过出口夹送辊后.由图5可知：当板 面改变及侧弯产生情况.定义以板坯中心线向操作 坯中心线向某一侧偏移而板坯还未经过出口夹送辊 侧偏移为正，向传动侧偏移为负 时，则板坯横断面狗骨形状在这一侧较高，而在另 当板坯中心线偏移时，沿板坯长度方向会出现 一侧较低，且这一趋势随着中心线偏移量的增大而 弯曲.以板坯中心线向操作侧偏移50mm为例，图 增大：而当板坯经过出口夹送辊后，板坯两侧的厚 4为从板坯头部在入口夹送辊前到板坯尾部完全通 度趋于相等. 过出口夹送辊的整个过程.图4()为板坯进入入口 当板坯通过出口夹送辊之后，不同偏移量情况 夹送辊前：图4(b)为锤头第一步定宽，可以看出由 下板坯中心线形状如图6所示，其中X轴正方 于板坯中心线向操作侧偏移，因此操作侧锤头先与 向为板坯运动方向.由图6可知，当来料板坯中心 板坯接触，且第一步操作侧的减宽量大；图4（©）为 线向操作侧偏移时，经过减宽后的板坯向传动侧弯 第一步定宽完成后，板坯整体被锤斜，可从图中板 曲，而且随着偏移量的增大，板坯弯曲的程度也增 坯与入口夹送辊的夹角看出；图4(d)为定宽中段， 大.而经过出口夹送辊后的板坯横断面两侧不存在 板坯进入出口夹送辊前，可以看出板坯是斜着在进 楔形，这与轧制过程中形成的侧弯与楔形的对应关 行定宽：图4(e)和()为板坯定宽完成以及板坯完 系不同.在后续的粗轧工序中，如果想要消除板坯 全走出出口夹送辊后，可以看出板坯整体有向传动 在减宽时形成的侧弯，很容易导致板坯出现新的楔 侧弯曲的趋势.上述模拟规律符合现场的板坯弯曲 形.因此，板坯在定宽压力机处形成的侧弯，难以 情况. 通过后续的轧制工序来消除，只能从定宽压力机自 当板坯中心线偏移时，未经过出口夹送辊的减 身着手，提高定宽机的对中精度 宽后板坯横断面形状会出现明显的楔形，而经过出 再结合现场定宽压力机出口板坯弯曲的实际 口夹送辊后的减宽后板坯两侧厚度趋于相等。图5 情况如图7所示.由图可知现场定宽压力机出口

第 11 期 王晓晨等：热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真 1523 ·· 图 3 不同锤头倾斜角度下的出口板坯中心线形状. (a) –1◦；(b) 1◦；(c) 3◦；(d) 5◦ Fig.3 Central lines of slabs at different hammerhead inclination angles: (a) –1◦；(b) 1◦；(c) 3◦；(d) 5◦ 2.2 板坯中心线偏移对侧弯的影响 板坯中心线偏移对侧弯影响分析是指当板坯 中心线与定宽机中心线出现一定偏移时，板坯横断 面改变及侧弯产生情况. 定义以板坯中心线向操作 侧偏移为正，向传动侧偏移为负. 当板坯中心线偏移时，沿板坯长度方向会出现 弯曲. 以板坯中心线向操作侧偏移 50 mm 为例，图 4 为从板坯头部在入口夹送辊前到板坯尾部完全通 过出口夹送辊的整个过程. 图 4(a) 为板坯进入入口 夹送辊前；图 4(b) 为锤头第一步定宽，可以看出由 于板坯中心线向操作侧偏移，因此操作侧锤头先与 板坯接触，且第一步操作侧的减宽量大；图 4(c) 为 第一步定宽完成后，板坯整体被锤斜，可从图中板 坯与入口夹送辊的夹角看出；图 4(d) 为定宽中段， 板坯进入出口夹送辊前，可以看出板坯是斜着在进 行定宽；图 4(e) 和 (f) 为板坯定宽完成以及板坯完 全走出出口夹送辊后，可以看出板坯整体有向传动 侧弯曲的趋势. 上述模拟规律符合现场的板坯弯曲 情况. 当板坯中心线偏移时，未经过出口夹送辊的减 宽后板坯横断面形状会出现明显的楔形，而经过出 口夹送辊后的减宽后板坯两侧厚度趋于相等. 图 5 为不同的板坯中心线偏移量情况下板坯横断面尺寸 分布，其中图 5(a) 为板坯未经过出口夹送辊时，图 5(b) 为板坯经过出口夹送辊后. 由图 5 可知：当板 坯中心线向某一侧偏移而板坯还未经过出口夹送辊 时，则板坯横断面狗骨形状在这一侧较高，而在另 一侧较低，且这一趋势随着中心线偏移量的增大而 增大；而当板坯经过出口夹送辊后，板坯两侧的厚 度趋于相等. 当板坯通过出口夹送辊之后，不同偏移量情况 下板坯中心线形状如图 6 所示，其中 X 轴正方 向为板坯运动方向. 由图 6 可知，当来料板坯中心 线向操作侧偏移时，经过减宽后的板坯向传动侧弯 曲，而且随着偏移量的增大，板坯弯曲的程度也增 大. 而经过出口夹送辊后的板坯横断面两侧不存在 楔形，这与轧制过程中形成的侧弯与楔形的对应关 系不同. 在后续的粗轧工序中，如果想要消除板坯 在减宽时形成的侧弯，很容易导致板坯出现新的楔 形. 因此，板坯在定宽压力机处形成的侧弯，难以 通过后续的轧制工序来消除，只能从定宽压力机自 身着手，提高定宽机的对中精度. 再结合现场定宽压力机出口板坯弯曲的实际 情况如图 7 所示. 由图可知现场定宽压力机出口

.1524 北京科技大学学报 第35卷 定宽压力机 Mises等效应力/Pa 定宽压力机 Mises等效应力/Pa Time =0 0.000e+00 Time=0.24792 2.060e+08 Contours of Effective Stress (v-m) 0.000e+00 Contours of Effective Stress (v-m) 1.854e+08 min =0,at elem#1 0.000e+00 min =0.at elem#1 1.648e+08 max 0,at elem#1 0.000e+00 max=2.06042e+08,at elem#122206 1.442e+08 0.000e+00 1.236e+08 0.000e+00 1.030e+08 0.000e+00 8.242e+7 0.000e+00 9e口/ 6.181e+07 0.000e+00 4.121e+07 0.000e+00 2.060e+07 0.000e+00 0.000e+00 (a) (b) 定宽压力机 Mises等效应力/Pa 定宽压力机 Mises等效应力/Pa Time=0.30989 1.702e+08 Time=0.9297 2.415e+08 Contours of Effective Stress (v-m) 1.532e+08 Contours of Effective Stress (v-m) 2.174e+08■ min =0,at elem#1 1.362e+08 min 0,at elem#1 1.932e+08 max=1.70205e+08,at elem#5071 1.191e+08 max=2.415e+08,at elem#122850 1,691e+08 1.021e+08 1.449e+08 8.510e+07 1.208e+08 5.808e07 9.660e+07 .106e+07 7.245e+07 3404eL07 4.830e+07 1.702e-+07 2.415e+07 0.000e+00 0.000e+00 袋 (c) (d) 定宽压力机 ises等效应力/Pa 定宽压力机 Mises等效应力/Pa Time=2.1073 3.017e+08 Time=2.9131 2.720e+08 Contours of Effective Stress (v-m) 2.716e+08 Contours of Effective Stress (v-m) 2.448e+08■ min =0,at elem#1 2.414e+08 min =0,at elem#1 2.176e+08 max=3.01725e+08,at elem#119479 2.112e+08 max=2.71978e+08,at elem#1196321.904e+08 1.810e+08 1.632e+08 1.509e+08 1.360e+08 1.207e+08 1088e+08 9.052e+07 8.159e+07 6.034e+07 5.440e+07 3.017c+07 2.720e+07 0.000e+00 0.000e+00 (e) (0 图4板坯定宽全过程.(a)进入入口夹送辊前；(b)第一步定宽；(c)第一步定宽后；(@)进入出口夹送辊前；(e)定宽完成；()完全 走出出口夹送辊 Fig.4 Whole process of width reduction:(a)at the front of pinch roll entrance;(b)the first step of width reduction;(c)after the first step of width reduction;(d)at the front of pinch roll exit;(e)after width reduction;(f)complete walk-out of pinch roll exit 传动侧 190 操作侧 传动侧 124 操作侧 180 122 170 ,偏-100mm 120 160 ·偏25mm ,偏-100mm 118 150 偏50mm ·偏25mm 140- 116 偏75mm .偏50mm 30 114 偏100mm 偏75mm 120 110 ·对称 ,偏100mm ·对称 100 108 0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8 0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6 0.8 板坯宽度坐标/m 板坯宽度坐标/m (a) (b) 图5不同中心线偏移量的板坯横断面形状.(a)板坯未经过出口夹送辊；(b)板坯经过出口夹送辊后 Fig.5 Different center-line offsets corresponding to the cross sections of slabs:(a)before slabs going through the pinch roll exit; (b)after slabs going through the pinch roll exit

· 1524 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图 4 板坯定宽全过程. (a) 进入入口夹送辊前; (b) 第一步定宽; (c) 第一步定宽后; (d) 进入出口夹送辊前; (e) 定宽完成; (f) 完全 走出出口夹送辊 Fig.4 Whole process of width reduction: (a) at the front of pinch roll entrance; (b) the first step of width reduction; (c) after the first step of width reduction; (d) at the front of pinch roll exit; (e) after width reduction; (f) complete walk-out of pinch roll exit 图 5 不同中心线偏移量的板坯横断面形状. (a) 板坯未经过出口夹送辊; (b) 板坯经过出口夹送辊后 Fig.5 Different center-line offsets corresponding to the cross sections of slabs: (a) before slabs going through the pinch roll exit; (b) after slabs going through the pinch roll exit

第11期 王晓晨等：热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真 ·1525· 方1操作侧 10 1操作侧 4 3 5 板坯行进方向 2 板坯行进方向 1 0 0 -2 -3 -10 -4 -5 传动侧 -15J 传动侧 板坯纵向坐标/m 板坯纵向坐标/m (a) (b) 151操作侧 15 操作侧 10 5 5 板坯行进方向 0 0 -5 -10 -5 -15 板坯行进方向 -10 -20 -25 -15 传动侧 -30了传动侧 板坯纵向坐标/m 板坯纵向坐标/m (e) (d) 图6不同中心线偏移量下的出口板坯中心线形状.(a)中心线偏移25mm;(b)中心线偏移50mm;(c)中心线偏移75mm:(d) 中心线偏移100mm Fig.6 Central lines of slabs at different center-line offsets:(a)25 mm center-line offsets;(b)50 mm center-line offsets;(c)75 mm center-line offsets;(d)100 mm center-line offsets 式中，C代表板坯弯曲的程度，hmax为板坯中心线 偏移量拟合曲线的最高点纵坐标，h1和h2分别为 拟合曲线的两个最低点纵坐标（也即板坯头尾的中 心偏移量).将以上四种工况按照上式进行计算，可 以得出板坯弯曲程度与板坯中心线偏移量的近似线 性关系如图8所示 141 0 8 图7现场定宽压力机出口板坯弯曲情况 Fig.7 Slab cambering at a slab sizing press on site 0 0 406080100120 中心偏移量/mm 板坯出现向一侧的弯曲，这与图6中用有限元模拟 的来料板坯中心线偏移情况下定宽压力机出口板坯 图8板坯弯曲程度与中心偏移量关系 的弯曲情况相符，证明了中心线偏移是引起现场定 Fig.8 Relationship between slab cambering and center-line offset 宽压力机出口板坯侧弯的主要原因. 根据图6中不同偏移量情况下的板坯中心线拟 合曲线，本文规定一种对于板坯弯曲程度的评判准 3结论 则： (1)当定宽机锤头存在非对称倾角时，板坯定 Chmax -h hmax-h2 (1) 2 2 宽后主要出现跑偏，而弯曲不明显，因此锤头非对

第 11 期 王晓晨等：热轧定宽压力机板坯侧弯形成规律有限元仿真 1525 ·· 图 6 不同中心线偏移量下的出口板坯中心线形状. (a) 中心线偏移 25 mm; (b) 中心线偏移 50 mm; (c) 中心线偏移 75 mm; (d) 中心线偏移 100 mm Fig.6 Central lines of slabs at different center-line offsets: (a) 25 mm center-line offsets; (b) 50 mm center-line offsets; (c) 75 mm center-line offsets; (d) 100 mm center-line offsets 图 7 现场定宽压力机出口板坯弯曲情况 Fig.7 Slab cambering at a slab sizing press on site 板坯出现向一侧的弯曲，这与图 6 中用有限元模拟 的来料板坯中心线偏移情况下定宽压力机出口板坯 的弯曲情况相符，证明了中心线偏移是引起现场定 宽压力机出口板坯侧弯的主要原因. 根据图 6 中不同偏移量情况下的板坯中心线拟 合曲线，本文规定一种对于板坯弯曲程度的评判准 则： C= hmax − h1 2 + hmax − h2 2 . (1) 式中，C 代表板坯弯曲的程度，hmax 为板坯中心线 偏移量拟合曲线的最高点纵坐标，h1 和 h2 分别为 拟合曲线的两个最低点纵坐标 (也即板坯头尾的中 心偏移量). 将以上四种工况按照上式进行计算，可 以得出板坯弯曲程度与板坯中心线偏移量的近似线 性关系如图 8 所示. 图 8 板坯弯曲程度与中心偏移量关系 Fig.8 Relationship between slab cambering and center-line offset 3 结论 (1) 当定宽机锤头存在非对称倾角时，板坯定 宽后主要出现跑偏，而弯曲不明显，因此锤头非对

.1526 北京科技大学学报 第35卷 称倾角不是引起侧弯的主要因素 (李晓娜.SSP定宽机轧制过程的有限元分析.一重技术， (2)当来料板坯中心线偏移时，板坯定宽后会 2011(5):65) 出现明显的弯曲，本文拟合出板坯定宽后的弯曲程 [6 Yang G H,Cao J G,Zhang J,et al.Numerical simulation 度与来料板坯中心线偏移量的线性关系.定宽压力 with finite element method in rolling process of sizing- 机的板坯侧弯形成机理与轧制过程的板坯侧弯形成 press.Metall Equip,2010(6):6 机理不同，难以通过后续的轧制工序来消除定宽机 (杨光辉，曹建因，张杰，等.SP调宽压力机轧制过程有限 元数值模拟.治金设备，2010(6)：6) 形成的侧弯. [7]Ning Y,Zhou C,Cao Y,et al.Research on the shape of the slab after sizing press.J Plast Eng,2009,16(2):96 参考文献 (宁字，周成，曹燕，等.SP大侧压变形后板坯形状的研究 塑性工程学报，2009,16(2)：96) [1]Mougenez D,Codur Y,Roux G,et al.Development of [8]Sun Y Z,Ning Y,Cao Y,et al.Measure asymmetry de- sizing press at Sollac Fos.Ironmaking Steelmaking,1999, formation conditions during sizing press and research its 26(1):27 influence on the shape of the slab.J Plast Eng,2009, [2 Ko D C,Lee S H,Kim D H,et al.Design of sizing press 16(5):70 anvil for decrease of defect in hot strip.J Mater Process (孙业中，宁字，曹燕，等.SP侧压过程中不对称变形条件 Technol,2007,187/188:738 的测量及对板形的影响.塑性工程学报，2009,16(5)：70) [3]Yeh YL,Chen M F,Aoh J N.The finite element analysis 9 Song T.Study on Sizing Press Energetic Ana- of the slab sizing press with consideration of camber effects lyze and Structure Optimization Design Dissertation]. in hot strip mill /AISTech-Iron and Steel Technology Chongqing:Chongqing University,2008 Conference Proceedings.St.Louis,2009:61 (宋韬.定宽压力机力能参数分析及机构优化设计研究[学 [4]Forouzan M R,Salehi I,Adibi-sedeh A H.A comparative 位论文].重庆：重庆大学，2008) study of slab deformation under heavy width reduction [10]Feng X Z,Liu C.Yu L H,et al.Finite element analysis of by sizing press and vertical rolling using FE analysis.J draught pressure during sizing press.Steel Rolling,2005, Mater Process Technol 2009,209(2):728 22(3):28 5]Li X N.Finite element analysis on rolling process of SSP (冯宪章，刘才，于丽虹，等.定宽机定宽过程轧制力有限元 slab sizing presses.CFHI Technol,2011(5):65 分析.轧钢，2005,22(3)：28)

· 1526 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 称倾角不是引起侧弯的主要因素. (2) 当来料板坯中心线偏移时，板坯定宽后会 出现明显的弯曲，本文拟合出板坯定宽后的弯曲程 度与来料板坯中心线偏移量的线性关系. 定宽压力 机的板坯侧弯形成机理与轧制过程的板坯侧弯形成 机理不同，难以通过后续的轧制工序来消除定宽机 形成的侧弯. 参 考 文 献 [1] Mougenez D, Codur Y, Roux G, et al. Development of sizing press at Sollac Fos. Ironmaking Steelmaking, 1999, 26(1): 27 [2] Ko D C, Lee S H, Kim D H, et al. Design of sizing press anvil for decrease of defect in hot strip. J Mater Process Technol, 2007, 187/188: 738 [3] Yeh Y L, Chen M F, Aoh J N. The finite element analysis of the slab sizing press with consideration of camber effects in hot strip mill // AISTech - Iron and Steel Technology Conference Proceedings. St. Louis, 2009: 61 [4] Forouzan M R, Salehi I, Adibi-sedeh A H. A comparative study of slab deformation under heavy width reduction by sizing press and vertical rolling using FE analysis. J Mater Process Technol, 2009, 209(2): 728 [5] Li X N. Finite element analysis on rolling process of SSP slab sizing presses. CFHI Technol, 2011(5): 65 (李晓娜. SSP 定宽机轧制过程的有限元分析. 一重技术, 2011(5): 65) [6] Yang G H, Cao J G, Zhang J, et al. Numerical simulation with finite element method in rolling process of sizing￾press. Metall Equip, 2010(6): 6 (杨光辉, 曹建国, 张杰, 等. SP 调宽压力机轧制过程有限 元数值模拟. 冶金设备, 2010(6): 6) [7] Ning Y, Zhou C, Cao Y, et al. Research on the shape of the slab after sizing press. J Plast Eng, 2009, 16(2): 96 (宁宇, 周成, 曹燕, 等. SP 大侧压变形后板坯形状的研究. 塑性工程学报, 2009, 16(2): 96) [8] Sun Y Z, Ning Y, Cao Y, et al. Measure asymmetry de￾formation conditions during sizing press and research its influence on the shape of the slab. J Plast Eng, 2009, 16(5): 70 (孙业中, 宁宇, 曹燕, 等. SP 侧压过程中不对称变形条件 的测量及对板形的影响. 塑性工程学报, 2009, 16(5): 70) [9] Song T. Study on Sizing Press Energetic Ana￾lyze and Structure Optimization Design [Dissertation]. Chongqing: Chongqing University, 2008 (宋韬. 定宽压力机力能参数分析及机构优化设计研究 [学 位论文]. 重庆：重庆大学，2008) [10] Feng X Z, Liu C, Yu L H, et al. Finite element analysis of draught pressure during sizing press. Steel Rolling, 2005, 22(3): 28 (冯宪章, 刘才, 于丽虹, 等. 定宽机定宽过程轧制力有限元 分析. 轧钢, 2005, 22(3): 28)