中厚板轧制变形过程的温度场数值模拟

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1、中厚板轧制变形过程的温度场数值模拟／贵永亮等·１３９·中厚板轧制变形过程的温度场数值模拟贵永亮１，秦晓岭１，２，宋春燕１，张伟３（１河北联合大学冶金与能源学院，唐山０６３０００；２河北钢铁集团唐钢中厚板有限公司，唐山０６３６１０；３河北联合大学现代技术教育中心，唐山０６３０００）摘要温度是中厚板轧制生产过程中一项重要的工艺参数。通过分析轧件轧制过程的传热关系，对中厚板的轧制过程进行了一定的简化，采用有限元软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ对轧制过程的温度场进行了数值模拟，模拟结果与实际相符，为生产轧制过程和工艺参数优化提供了重要的参考依据。关键词有限元温度场轧制模拟中

2、图分类号：ＴＧ３３５．５文献标识码：ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄｉｎＰｌａｔｅＲｏｌｌｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ１，ＱＩＮＸｉａｏｌｉｎｇ１，２，ＳＯＮＧＣｈｕｎｙａｎ１，ＺＨＡＮＧＷｅｉ３ＧＵＩＹｏｎｇｌｉａｎｇ（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３０００；２ＴａｎｇｓｈａｎＰｌａｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆＨｅｂｅｉＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏｍｐａｎｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３６１０；３ＭｏｄｅｒｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ

3、ＥｄｕｃａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３０００）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｌａｔｅｒｏｌｌｉｎｇ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｂｙａｎａｌｙｓｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｅｄｐｉｅｃｅｉｎｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｐｌａｔｅｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａ－ｔｕｒｅｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｔｅｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｓｉ

4、ｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈａｃｔｕａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｒｏｌｌｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ随着金融危机对钢铁行业的冲击，钢铁厂之间的竞争日解问题。利用有限元法分析温度场

5、的步骤为：（１）几何模型趋激烈。为了优化轧制工艺参数，降低生产成本，各企业越的确定；（２）求解域离散化；（３）单元分析；（４）总体分析；（５）来越重视对轧制过程中轧件温度场的变化规律的研究。由求解有限元系统方程组［１］。于中厚板轧制工艺较为复杂，现场实际轧制实验的风险高、２有限元计算模型成本高，因此，风险小、成本低、能全面揭示轧制过程特性的数值模拟技术研究具有非常重要的现实意义。目前，唐钢中２．１轧制前及轧制过程工艺参数厚板主要依靠小规模的工业性试验方法来优化工艺和开发坯料材质为普通碳素结构钢ＳＳ４００－Ｂ，尺寸为２２０ｍｍ×新产品，干扰了正常的生产节奏，消耗了大

6、量的实验材料和２０００ｍｍ×３３００ｍｍ（厚×宽×长），坯料经过加热炉加热被资金，延长了新产品的开发周期，不利于企业提高自身的竞送出后，要经过加热炉除鳞机１６．５ＭＰａ除鳞水的喷射，通过争力。本课题组利用有限元软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ对轧制除鳞机后坯料的温度为１０４０℃；轧机工作辊直径为９９０ｍｍ，过程中不易进行实验研究的课题进行深入探讨。轧辊的温度为５５℃，密度为７８３０ｋｇ／ｍ３，导热系数为３０Ｗ／（ｍ·Ｋ），比热容为６０３Ｊ／（ｋｇ·Ｋ），周围介质温度为３０℃，１有限元方法在温度场分析中的应用原理与开轧温度为１０２０℃，轧辊咬钢速度为恒定值１．３ｍ／ｓ

7、，前２步骤道次为横轧，轧制过程中工艺要求１、３及１１道次除鳞，轧件有限元法求解温度场问题就是把求解域离散化，分割为要经过１２个道次的可逆式轧制过程。表１为轧制各道次的有限个多边形多面体单元，在这些单元上选择某些节点，以主要参数。节点温度作为基本未知量，建立单元温度插值函数。以单元２．２几何模型的建立的节点温度表示单元内任意点处的温度，这样整个求解域就以实际轧制参数建立模型，考虑到轧辊系和坯料的对称可由有限个离散单元来代替，在整个区域上连续的温度函数性，为节省计算时间，取坯料厚度方向的１／２建立几何模也将由有限个单元的温度插值函数代替，从而把在整个区域型［２］，在轧

8、件的宽向和