D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.032 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 薄板坯连铸液芯铸轧铸坯变形特点 逯洲威 蔡开科 张家泉 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要采用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坯壳变形， 指出液芯铸轧初始阶段坏壳较薄时铸坯纵向伸长可以忽略，但铸轧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下 率的关系. 关键词薄板坯连铸：铸轧：纵向伸长 分类号TG249.71 铸轧过程中铸坯变形对确定铸轧过程中的 Cremer的分析与Eisermann的分析结论不 轧辊转速，保证相邻轧辊转动协调，避免轧辊转 一致，与ISP工艺的铸轧技术也不一致.本文 动不协调而引起铸坯鼓肚或拉长有一定的影 应用有限元软件MARC,采用弹塑性大变形热 响， 力耦合有限元法，模拟碳含量为0.1%的低碳钢 Wunnenberg曾对Eisermann的研究作了介 薄板坯连铸液芯铸轧时的铸坯变形，并分析影 绍：用空芯St37板坯试样模拟铸轧，试样尺寸 响铸坯变形的主要因素， 为30mm×130mm×400mm,壁厚10mm,中空 10mm,表面刻上1cm×1cm格子用来计算轧后 1有限元模型 变形：试样在保护气氛中加热至1100℃后轧制， 图1所示为铸坯的有限元离散网格，轧辊 结果发现轧制变形主要发生在边部，铸坯窄面 简化为刚性体.铸轧时，宽面坯壳的伸长是轧辊 向外鼓肚，铸坯宽面几乎没有伸长， 与铸坯液芯对坯壳的压力和起始于铸坯侧边的 曼内斯曼-德马克(Mannesman--Demag)公司 剪应力共同作用的结果.Wunnenberg指出，在压 的ISP工艺在二冷区扇形段对液芯铸坯铸轧时 下率等于20%时，起始于侧边的剪应力引起的 拉坯速度等于常数，认为液芯铸坯减薄由逆向 宽面伸长只有1%，所以轧辊与铸坯液芯对坯壳 挤出液芯造成，忽略宽面坯壳纵向塑性应变. 的压力是宽面坯壳伸长的主要原因.本文采用 Cremer在双辊轧机上轧制不同壁厚空芯 二维有限元模拟，这种模型简单，机时费用低， 板坯试样来模拟不同坯壳厚度液芯铸坯的铸 而且重点突出铸坯液芯压力对宽面坯壳纵向伸 轧，试样高60mm,宽150mm,壁厚分别为 长的作用 10mm,20mm,25mm,压下率等于15%：当试样 壁厚等于10mm时试样伸长1%，当壁厚等于 20mm时试样伸长2.6%，当壁厚等于25mm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，铸轧过程中宽面坏壳随窄面坯壳而 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.Cremer基于有 限元分析得出与上述实验-一致的结论. 1999-03-07收稿运洲城男，32岁，博士 图1有限元离散网格 *国家自然科学基金课题No,59574015)第 12 卷 第 5 期 1 9 9 9 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r si yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o yg B e ij i n g V 6 1 . 2 1 N 0 . 5 O Ct . 1 9 9 9 薄板 坯 连 铸 液 芯 铸 轧 铸 坯 变形特 点 逮 洲威 蔡开 科 张 家泉 北京科 技大 学冶 金学 院 , 北 京 10 0 08 3 摘 要 采用 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 的坯 壳变 形 , 指 出液 芯铸 轧初 始阶 段坯 壳较 薄 时铸 坯纵 向伸长 可 以忽 略 , 但铸 轧后 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 压下 率 的关 系 . 关 键词 薄 板坯 连铸 : 铸轧 ; 纵 向伸 长 分 类号 T G 2 4 9 . 7 1 铸 轧过程 中铸 坯 变形 对确定铸轧 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 . wu n en be gr 曾对 iE se mr an n 的研 究作 了 介 绍 : ,〕: 用 空 芯 S t 3 7 板坯试样 模拟铸轧 , 试样尺 寸 为 3 0 m m 只 1 3 0 m m x 4 0 0 nmr , 壁 厚 I o m m , 中 空 10 m m , 表 面 刻上 I c m xl c m 格 子 用 来 计 算轧后 变形 ; 试样在保护气氛 中加热 至 1 10 ℃ 后 轧制 , 结 果 发现 轧制变形 主 要 发生 在边 部 , 铸 坯窄面 向外鼓肚 , 铸坯 宽面几乎 没 有伸长 . 曼 内斯曼 一德马 克 (M a n e sm an 一 e m ag ) 公司 的 IS P 工 艺 在 二 冷 区 扇形 段对 液芯 铸坯 铸轧 时 拉 坯 速 度等 于 常数 , 认 为 液芯 铸坯 减 薄由 逆 向 挤 出液芯 造成 , 忽 略 宽面坯 壳纵 向塑 性 应变 {润 . Cr e m 合〔4〕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 m m , 宽 15 0 m m , 壁 厚 分别 为 I Om m , 2 0 m m , 2 5 m m , 压 下 率等 于 15 % ; 当试样 壁 厚 等于 10 m m 时试样伸 长 1 % , 当壁厚 等于 2 0 m m 时试样 伸 长 2 . 6 % , 当壁 厚等于 25 m m 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 . C er m e r 基于 有 限 元分 析得 出 与上 述实验 一 致 的结论 . 19 9 9 一 03 一 0 7 收稿 途洲 威 男 , 3 2 岁 , 博士 * 国 家 自然科 学基金 课题 (N 0 . 5 9 57 4 0 巧 ) C re m er ;[] 的分析 与 iE se rm iarn 的分析结论不 一 致 , 与 ls P 工 艺 的铸轧技术 〔 23] 也不 一 致 . 本文 应 用有 限元 软件 M A R C , 采用 弹塑 性大变 形热 力祸合 有 限元法 , 模拟碳含量 为 0 . 1 % 的低碳钢 薄 板坯连铸 液芯 铸轧 时 的 铸坯 变形 , 并分 析影 响 铸坯变形 的主 要 因 素 . 1 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 . 铸轧时 , 宽面坯壳的伸长 是轧辊 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 . W t l im en b e gr 指出 , 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 , 这 种模型 简 单 , 机 时 费用低 , 而且 重 点突 出铸坯液芯 压 力对 宽面 坯 壳纵 向伸 长 的作用 . 图 1 有 限 元离散 网格 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 05. 032