钢管张力减径试验研究及切头尾控制下的有限元模拟

论文摘要

全世界每年钢管制品的消耗量近五千万吨,钢管生产新技术的发展始终是世界钢铁行业所关注的焦点问题之一。钢管张力减径过程是热轧无缝钢管生产中的精轧工序,其中的金属变形非常复杂,金属流动规律难以精确掌握,实际生产中不得不以多次反复试验来决定轧辊孔型及轧制生产工艺流程,从而造成产品成本高,生产周期长,开发新产品困难等问题。在张力减径机投入使用的初期,人们就发现钢管经过张力减径机轧制后,钢管两端的壁厚大于中部,称为管端增厚。这是张力减径的固有特点。而由此产生的管端壁厚若超过了成品的公差范围,就必须予以切除,从而使机组收得率降低,经济效益下降。因此,各钢管生产厂家均对减少管端增厚的措施进行了多方面的研究,并取得一些成果。其中,管端轧制时控制各机架轧辊转速动态变化的方法,在现有的机组上采用较多,称为管端增厚控制(Crop End Control)。本文通过在管材连轧机上进行管材轧制试验,根据试验轧机及管材参数建立有限元仿真模型,对轧制过程进行模拟。模拟结果与实验结果吻合,验证了有限元方法的可靠性。其次,本文通过VB编制了CEC速度制度软件,该软件可以在不同参数输入下,快速计算实施CEC的时间和对应速度,并为使用者提供了多种数据输出方式。最后,采用有限元方法分别对不变速情况和头尾端控制下的张力减径过程进行模拟对比,验证了上述CEC速度制度软件的正确性和实用性。因此,本研究对于制定合理的轧管张力减径工艺具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1 章 绪论
• 1.1 无缝钢管生产概况
• 1.1.1 我国钢铁行业发展概况
• 1.1.2 无缝钢管生产工艺概述
• 1.2 钢管张力减径机生产综述
• 1.2.1 张力减径工艺
• 1.2.2 无张力和微张力减径工艺
• 1.2.3 CEC 技术概述
• 1.3 轧制过程的计算机模拟仿真
• 1.4 课题研究背景及主要研究内容
• 1.4.1 课题研究背景
• 1.4.2 钢管张力减径原理及研究现状
• 1.4.3 钢管张力减径有限元法研究现状
• 1.4.4 管端增厚及CEC 控制研究现状
• 1.4.5 主要研究内容
• 第2 章 张力减径基本理论
• 2.1 张力减径的过程及基本原理
• 2.1.1 减径前的加热及除鳞
• 2.1.2 张力升起机架的减径量
• 2.1.3 成品机架的减径量
• 2.1.4 轧辊理想直径与机架间距的确定
• 2.1.5 张减机进出口速度
• 2.1.6 各机架进出口钢管直径的确定
• 2.1.7 张力分布计算
• 2.1.8 各机架钢管壁厚的确定
• 2.1.9 轧辊转速计算
• 2.1.10 张力升起机架和张力降落机架的轧辊转速修正
• 2.2 刚塑性有限元基本理论
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 刚塑性体塑性力学基本方程和边值条件
• 2.3 DEFORM 简介
• 2.4 本章小结
• 第3 章 五机架轧制试验研究及三维模拟轧制
• 3.1 试样材料及准备
• 3.2 试验设备
• 3.2.1 试验机
• 3.2.2 各辊孔形图
• 3.3 电阻应变式传感器设计与制备
• 3.3.1 轧制力估算
• 3.3.2 测力传感器结构设计
• 3.3.3 应变片的粘贴与测量电路
• 3.4 试验结果及数据处理
• 3.4.1 传感器的标定
• 3.4.2 第一三架实测轧制力曲线
• 3.4.3 各架出口截面形状
• 3.5 二辊轧机的计算机仿真轧制
• 3.5.1 几何实体模型
• 3.5.2 模型工艺参数选取
• 3.6 仿真结果分析
• 3.6.1 各架出口管端几何尺寸分析
• 3.6.2 轧制力分析
• 3.7 本章小结
• 第4 章 管端增厚速度控制软件系统
• 4.1 管端增厚现象及CEC 控制原理
• 4.1.1 管端增厚现象
• 4.1.2 管端增厚的控制原理
• 4.1.3 钢管后端增厚控制原理
• 4.1.4 钢管前端增厚控制原理
• 4.1.5 前端控制调速时刻计算原理
• 4.1.6 后端控制调速时刻计算原理
• 4.2 CEC 速度制度设计软件的总体设计思想
• 4.3 各模块功能的实现
• 4.3.1 原始参数输入
• 4.3.2 速度制度及调速时间结果输出
• 4.4 CEC 速度制度实例计算
• 4.4.1 已知条件设定
• 4.4.2 速度制度制定程序主界面
• 4.4.3 速度制度制定程序参数输入界面
• 4.4.4 速度制度结果输出界面
• 4.5 本章小结
• 第5 章 多机架三维模拟与CEC 控制轧制
• 5.1 14 机架三维模拟轧制
• 5.1.1 轧制模型的建立
• 5.1.2 模拟工艺参数选取
• 5.2 各辊采用单一转速时的模拟
• 5.2.1 不变速条件下轧制后成品管切片图
• 5.2.2 各参数测量示例
• 5.2.3 内多边形程度
• 5.2.4 成品管纵向壁厚分布
• 5.2.5 合格段钢管某单一截面尺寸雷达图
• 5.2.6 稳定轧制状态下各架等效应力分析
• 5.2.7 轧制力结果分析
• 5.3 各辊采用前端控制调速模拟
• 5.3.1 调速控制速降率
• 5.3.2 前端调速速度制度及曲线说明
• 5.3.3 前端调速控制后模拟结果沿轴向切片图
• 5.3.4 调速前后管端增厚段纵向壁厚比较
• 5.3.5 前端调速时刻比较
• 5.4 后端调速制度及曲线说明
• 5.4.1 后端调速制度及曲线说明
• 5.4.2 后端调速控制后模拟结果沿轴向切片图
• 5.4.3 调速前后管尾增厚段纵向壁厚比较
• 5.4.4 后端调速时刻比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介