厚板横切机组辊式冷矫直机测试分析与矫直过程模拟研究

摘要

板材矫直是板材精整过程中的重要工序。工业生产用材，包括板材、卷材和带材，在板型控制、卷材和带材矫直中都要用到矫直技术。矫直机既可以在热连轧企业内布置，也可以根据用户需要布置在直接出成品的零部件制造工段内。热轧高强度钢种生产因广泛使用控扎控冷(TMCP)工艺，给精整矫直带来了极大的挑战。矫直技术是一项亦旧亦新的技术。板材矫直主要是利用了金属材料的弹塑性变形的特性，因此不管其各处的原始曲率如何不一样，在较大的弯曲之后，几乎可以得到各处均一的曲率，从而达到平直的效果。由于矫直过程的复杂性，无法对矫直过程进行简单而又准确的力学描述。在生产中，由于应力产生的不确定性，释放后会产生翘曲等缺陷，这主要来自前道工序的热应力和轧制应力。通过优化工艺参数，在一定程度内可以改善应力的分布。由于过程的复杂性，在品种强度提高后，也经常出现辊面损伤、支承辊轴承损坏等问题，这些问题都迫切需要解决。本论文针对宝钢分公司热轧厚板横切线9辊辊式矫直机，利用工程测试结合理论分析的方法分析了矫直工艺参数与板材规格、材质的关系，得出了矫直不同规格板材时，各力能参数的变化规律。论文中利用矫直过程中力能参数的变化的结果，结合有限元分析工具，对现有设备生产的极限规格下矫直设备的几种失效模式进行了分析、评价，提出了改进的方法和措施，并对设备生产更高钢级的品种规格进行了预测分析。测试分析和设备评价模型的双重验证，提高了能力预测的可靠性。实际的生产能力拓展，验证了这一结论。在工程的推广应用上，本论文提出了模型化的评价方法。用约束优化的概念，构建了一个初步的矫直机评估参量模型，矫直机能力曲线是矫直参量模型的一种图形化的边界条件表达形式。该工程方法和模型的具体应用之一，是可直接用于矫直机的选型分析；应用之二，是对矫直机辊系关键部件-支承辊轴承的寿命评价上。对于一般的工程问题，其结果相对于理论计算，有更高的精确性和现实指导意义。为了更精确地分析矫直过程，本论文还建立了矫直过程的模型框架。通过几种不同建立模型方法的比较，为后续的深入研究奠定了基础。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 轧钢技术进步与产品发展背景介绍

1.1.2 矫直工序的设置及其意义

1.2 中厚板辊式冷矫直装备技术国内外技术进展

1.2.1. 国外矫直机的装备技术及研究现状

1.2.2. 国内矫直机的装备技术现状

1.3 国内外冷矫直过程技术研究状况

1.3.1 矫直基本理论研究

1.3.2 矫直机的应用技术研究

1.4 宝钢的热轧板冷矫直机技术研究历史与现状

1.4.1 宝钢热轧板冷矫直技术研究的第一阶段

1.4.2 宝钢热轧板冷矫直技术研究的第二阶段

1.5 矫直过程模拟与数值分析的最新进展

1.5.1 矫直过程模拟技术

1.5.2 矫直力能参数的精确测量与分析

1.6 本文的研究目的和研究内容

1.7 本章小结

第二章 精整生产工艺及板材矫直技术简介

2.1 高强度钢产品及热轧工艺路线

2.1.1 高强度钢的界定与主要品种与产品

2.1.2 热轧高强度钢的产品生产现状与工艺路线

2.2 高强度板的精整工艺及前后工序关系探讨

2.2.1 TMCP 工艺与高强度钢生产

2.2.2 高强度板生产流程中存在的问题分析

2.3 精整工艺及矫直技术

2.3.1 厚板横切线生产工艺流程

2.3.2 传统精整工艺

2.3.3 精整新工艺原理及控制策略

2.3.4 精整改进新工艺

2.4 本章小结

第三章 辊式矫直机力能参数测试方案

3.1 试验设计和试验方案选择

3.1.1 机组原设计状况

3.1.2 设备能力评价的技术路线

3.1.3 厚板线矫直机简介

3.2 矫直机力能参数测试内容

3.2.1 测试对象和主要内容

3.2.2 测试设备精度标定

3.2.3 测试后完成的评估过程

3.2.4 计算分析要求

3.3.测试方案

3.3.1 关键测点与测试方法

3.3.2 其它测点与测试方法

3.3.3 测试系统组成方案

3.3.4 测试仪器配置

3.4 测试准备和测试过程

3.4.1 实验室准备工作

3.4.2 现场准备工作

3.4.3 矫直力传感器试制与试测

3.4.4 测试过程

3.4.5 测试工况

3.4.6 分析内容

3.5 本章小结

第四章 精矫机测试结果及矫直机能力经典理论计算分析

4.1 测试结果和数据分析

4.1.1 测试结果概况

4.1.2 典型工况下的精矫机测试图谱及分析

4.1.3 典型工况下的精矫机测试数据

4.2 精矫机能力经典理论方法计算分析

4.2.1 理论计算方法

4.2.2 精矫机力能参数计算

4.2.3 计算结果汇总

4.3 矫直力能参数测试结果和计算对比分析

4.4 本章小结

第五章 有限元法对矫直过程数值模拟

5.1 Marc 软件的功能简介

5.1.1 MSC.Marc/MENTAT 模块

5.1.2 MSC.Marc 模块

5.1.3 MSC.Marc/Link

5.1.4 MSC.Marc/Link-S

5.1.5 MSC.Marc/Link-SG

5.2 弹塑性有限元法的基本理论

5.2.1 弹塑性力学的基本理论[50]

5.2.2 弹塑性有限变形的有限元描述[ 52-55]

5.3 精矫机牌坊有限元模拟计算

5.3.1 精矫机牌坊有限元建模

5.3.2 有限元网格划分和边界条件设定

5.3.3 精矫机牌坊有限元计算结果分析

5.4 精矫机辊系有限元模拟计算

5.4.1 有限元三维实体建模

5.4.2 有限元网格划分和边界条件设定

5.4.3 辊系应力场计算结果

5.4.4 辊系变形计算结

5.4.5 精矫机辊系有限元模拟结果分析

5.5 本章小结

第六章 辊式矫直机评价模式探讨与应用

6.1 基于修正系数的矫直机支承辊轴承的寿命评价方法

6.1.1 SKF 公司和国内的轴承评价寿命评价法

6.1.2 基于修正系数的矫直机支承辊轴承的寿命评价技术路线

6.1.3 基于修正系数的矫直机支承辊轴承的寿命评价应用案例

6.2 基于工程测试结合模型化的评价方法

6.2.1 精矫机能力综合分析

6.2.2 矫直机能力的模型化评价方法

6.3 本章小结

第七章 矫直机参数模型及过程模型架构探讨

7.1 矫直机过程参数模型及应用

7.1.1 板材辊式矫直机过程参数模型建构

7.1.2 矫直机参数模型与矫直机能力曲线

7.1.3 应用矫直机能力曲线评价矫直机和进行设备选型

7.2 矫直过程模型的建立架构探讨

7.3 本章小结

第八章 结论和展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表或录用的论文