D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.04.035 第22卷第4期 北京科技大学学报 Vol.22 No.4 2000年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2000 薄板坯连铸液芯铸轧过程 铸坯的应力应变分析 逯洲威 蔡开科 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要采用三维弹塑性大变形热力耦合有限元法，模拟薄板坯连铸液芯铸轧过程中的铸坯 变形，并研究液芯铸轧时坯壳中应力应变场.分析影响坯壳中应力应变场的主要因素的基础 上，给出压下率和坯壳厚度对应力应变场的影响规律， 关键词薄板坯连铸：铸轧；应力应变场 分类号TG249.7 在博板坯连铸连轧工艺中，从连铸的角度 本文应用有限元软件MSC.MARC,采用三 考虑，希望薄板坯连铸结晶器内腔尽可能地厚 维弹塑性大变形热力耦合有限元法，模拟碳含 一些，这样有利于浸入式水口的插入及提高水 量（质量分数）为0.1%的低碳钢薄板坯连铸液 口的使用寿命，减轻结晶器内钢液流动冲击，促 芯铸轧时的铸坯变形，研究液芯铸轧过程中应 进保护渣液渣层的形成及稳定，降低浇注操作 力应变场.分析影响应力应变场的主要因素，给 的难度等，从而保证连铸机维持较高的作业率， 出压下率和坯壳厚度对应力应变场的影响规 提高薄板坯的质量.从薄板坯热连轧的角度考 律. 虑，则希望从薄板坯连铸机拉出来的铸坯尽可 能地薄，从而可以减小热连轧机组的机架数，以 1有限元模型和计算条件 及生产出薄带卷，节约投资和降低生产成本，扩 薄板坯连铸的宽厚比大，在网格密度一定 大带钢规格.薄板坯连铸带液芯铸轧技术则能 时，如果以整个铸坯为研究对象，那么网格总数 够很好地解决薄板坯连铸与连轧之间厚度匹配 很大，机时费用高，甚至无法计算，本文仅以距 问题.研究铸轧过程中应力应变场及其影响因 铸转坯窄面120m范围以内的铸坯为研究对象， 素对确定铸轧工艺规程，保证生产无缺陷铸坯 这不会影响计算结果的正确性 具有重要意义， 假定铸轧是在二冷区垂直段由铸坯两侧的 Cremer用有限元分析在双辊轧机上轧制 一对轧辊同时对称压下，设铸坯厚60mm,由于 不同壁厚空芯板坯试样来模拟不同坯壳厚度液 对称，取其一半厚度的铸坯为研究对象.采用三 芯铸坯的铸轧，试样高60mm,宽150mm,壁厚 维有限元模拟，这样便于比较宽面坯壳中部和 分别为10,20,25mm,压下率等于15%.当试样 铸坯角部的等效应力和等效塑性应变， 壁厚等于10mm时试样伸长1%：当壁厚等于 为了分析不同坯壳厚度对铸坯的等效应力 20mm时试样伸长2.6%：当壁厚等于25mm时 和等效塑性应变的影响，假定只有铸坯厚度方 试样伸长4%.由此得出结论，坯壳厚度不同， 向的传热而忽略纵向传热，所以在铸轧前铸坯 铸轧时铸坯的变形方式也不同.当铸坯接近完 纵向不同位置坯壳厚度相同，假定冷却条件不 全凝固时，铸轧过程中宽面坯壳随窄面坯壳而 变，而冷却时间变化，坯壳厚度随着变化.分别 伸长.当坯壳较薄时，铸轧过程中窄面坯壳向外 对不同坯壳厚度的铸坯铸轧，分析坯壳厚度对 鼓肚而宽面坯壳几乎没有变形. 铸坯等效应力和等效塑性应变的影响，对同一 2000-01-07收稿递洲威男，33岁，博士 坯壳厚度的铸坯分别用不同的压下率铸轧，分 *国家自然科学基金资助课题No.59574015)第 2 2 卷 第 4 期 2 0 0 0 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt 0 f S c i e n c e a n d eT e h n o l o yg B e ij i n g V匕1 . 2 2 N 0 . 4 A u g . 2 0 0 0 薄板坯连铸液芯铸轧过程 铸坯 的应 力应变分析 逮洲威 蔡开 科 北 京科技大学冶金学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 采 用三 维弹塑 性大变 形热 力祸合有 限元法 , 模 拟薄 板坯连铸 液芯铸 轧过程 中的铸坯 变形 , 并研 究液 芯 铸轧 时坯壳 中应力 应变场 . 分 析影 响坯壳 中应力应 变场 的主 要 因 素 的基础 上 , 给 出压 下率和 坯壳 厚度对应 力应变 场 的影 响规律 . 关键 词 薄板坯 连铸 ; 铸轧 ; 应力应 变场 分类 号 T G 2 4 9 . 7 在薄板坯连 铸连轧 工 艺 中 , 从 连 铸 的角度 考虑 , 希 望 薄板坯 连 铸结 晶器 内腔 尽可 能地 厚 一 些 , 这 样有 利 于 浸 入 式水 口 的插 入 及 提 高水 口 的使用寿 命 , 减轻 结 晶器 内钢 液流 动 冲 击 , 促 进保护渣液渣层 的形 成及 稳定 , 降低浇注 操作 的难 度等 , 从 而 保证连铸机维持较 高的作 业 率 , 提高薄板坯 的质量 『, ’ . 从薄板坯热连轧的角度考 虑 , 则 希望 从 薄板 坯连铸机拉 出来 的铸坯 尽 可 能地薄 , 从而 可 以减 小热 连轧 机组 的机架 数 , 以 及 生 产出 薄带 卷 , 节 约投 资和 降 低 生产 成 本 , 扩 大 带钢 规 格 . 薄 板 坯 连 铸 带 液芯 铸 轧 技 术 则 能 够很好地解 决薄板坯 连铸 与连 轧之 间厚度匹配 问题 . 研 究铸 轧 过 程 中应 力应 变场 及 其 影 响 因 素 对 确 定铸 轧 工 艺 规程 , 保 证 生 产 无 缺 陷铸坯 具 有 重 要 意义 . rC e m er 【21 用 有 限元分 析在双 辊 轧机上 轧制 不 同壁厚空 芯板 坯试样 来模拟 不 同坯壳 厚 度液 芯 铸坯 的 铸轧 , 试样高 60 ~ , 宽 1 50 m m , 壁 厚 分 别 为 10 , 2 0 , 25 r o r n , 压 下 率 等 于 巧 % . 当 试样 壁 厚等于 10 ~ 时试样 伸长 1% ; 当 壁 厚 等于 2 0 r n r n 时 试样伸长 .2 6 % ; 当 壁 厚 等 于 25 r n r n 时 试样 伸 长 4 % . 由此 得 出 结 论 , 坯 壳 厚 度不 同 , 铸轧 时铸坯 的变形 方式也 不 同 . 当 铸坯 接近完 全凝 固 时 , 铸 轧过 程中 宽面 坯 壳随 窄面 坯 壳而 伸长 . 当坯 壳较薄时 , 铸轧过 程 中窄面 坯 壳 向外 鼓肚而 宽面坯 壳几 乎没 有 变形 . 2 0 0 一 01 一 0 7 收 稿 途洲威 男 , 3 岁 , 博士 辛 国家 自然科学基 金资助课 题(N 。 , 5 9 5 7 4 01 5) 本文 应 用 有限 元软件 M S c M A R c , 采用 三 维 弹 塑 性 大 变形 热 力祸 合 有限 元 法 , 模拟 碳含 量 ( 质量分数 ) 为 0 . 1% 的低碳钢 薄板坯 连铸液 芯 铸轧 时 的铸坯变形 , 研究液芯 铸 轧过程 中应 力应变场 . 分析影响应 力应变场的主 要 因素 , 给 出压 下 率和 坯壳 厚 度 对 应 力应变 场 的 影 响 规 律 . 1 有限元模型和计算条件 薄 板坯 连铸的 宽厚 比大 , 在 网 格密 度一 定 时 , 如 果 以整 个铸坯为研究对 象 , 那 么 网格总 数 很大 , 机 时 费用 高 , 甚至 无 法 计 算 . 本文 仅 以距 铸坯窄 面 12 0 ~ 范 围以 内的铸坯 为研 究对 象 , 这 不 会影 响计 算结果 的正 确性 『3, . 假 定 铸轧是在二 冷区 垂 直段 由铸 坯两 侧 的 一 对 轧辊 同时 对称 压 下 , 设 铸坯 厚 60 r n l ll , 由于 对 称 , 取其一 半厚度 的铸坯 为研究对 象 . 采用 三 维有 限元模拟 , 这样便于 比较宽面 坯 壳 中部 和 铸坯 角 部 的 等效 应 力和 等效 塑性 应 变 . 为了分析不 同坯壳厚度对 铸坯的 等效应 力 和 等效 塑 性应变 的 影 响 , 假 定 只 有 铸坯厚 度方 向的传 热 而 忽 略 纵 向传 热 , 所 以在铸轧 前铸坯 纵 向不 同位置 坯 壳厚度相 同 . 假定 冷却 条件不 变 , 而 冷却 时 间 变化 , 坯 壳厚 度随 着变化 . 分 别 对不 同 坯壳厚度的铸坯铸 轧 , 分析坯 壳厚度对 铸 坯 等效 应 力和 等 效塑性 应 变 的 影 响 . 对 同一 坯 壳厚度的铸坯 分别用不 同 的压 下率铸轧 , 分 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 04. 035