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

论文摘要

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。

论文目录

• 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