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基于ANSYS的连续退火炉内带钢张应力横向分布研究

作　者: 李会免
导　师: 刘建雄；李俊洪
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 带钢连续退火板形缺陷导向辊有限元法
分类号: TG156.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

板带材由于其外形具有可剪裁、拼合、弯曲、冲压成形及较大覆盖包容能力的特点,在国民经济各部门中被广泛使用,而板形是衡量板带产品质量的重要指标。在现代冷轧宽带钢连续退火生产线上,张力不仅需要控制在适当的范围并足够稳定,而且应尽量保持其横向分布均匀。然而,由于在实际生产过程中受冷轧原料板形缺陷、炉内温度分布状况、工艺张力等因素的影响,带钢宽度方向应力的不均匀分布容易造成带钢跑偏和热瓢曲,不仅影响带钢在连续退火炉内的通板稳定性,而且影响产品质量,这已成为严重困扰生产、亟待解决的技术难题。连续退火炉是连续退火／热镀锌机组的核心部分,也是影响机组稳定运行的关键部位。在连续退火炉内预热、加热、保温和冷却等过程中,受热应力及工作张力的影响,带钢张应力横向分布不均。为了保证带钢在连续退火炉内稳定运行和产品板形质量,设计合理的导向辊辊形曲线极为重要,已成为行业领域研究的热点和难点,因此本文的研究具有重要的理论价值和现实意义。本文在文献资料调研和现场调查研究基础上,针对国内某冷轧厂1#热镀锌/连续退火机组带钢退火后存在严重边浪的问题,采用有限元数值模拟技术建立了带钢在退火炉内运行过程中受力分析模型,定量研究了带钢横向温度不均、来料板形缺陷、退火炉内热张辊交叉角等因素对带钢张应力横向分布的影响程度及规律。在此基础上设计了热镀锌／连续退火机组热张辊辊形曲线,以达到均匀带钢张应力、提高带钢板形质量的目的。本文取得了以下研究成果：1.建立了连续退火炉内带钢和导向辊的有限元模型,研究了带钢不同板形在不同横向温度分布条件下的张应力横向分布规律,为导向辊辊形曲线的设计奠定了理论基础;2.首次研究了连续退火机组热张辊交叉角对带钢张应力横向分布规律的影响及程度,并设计合理的热张辊辊形曲线,在不影响热张辊纠偏效果条件下,达到减小带钢张应力差,避免较大单边浪板形缺陷的目的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 冷轧带钢的应用及发展趋势  9-11
    1.1.1 冷轧带钢的特点及应用  9
    1.1.2 冷轧带钢的技术要求  9-10
    1.1.3 冷轧带钢生产的发展概况  10-11
  1.2 国内外退火技术概述  11-12
  1.3 带钢退火过程的高速稳定通板技术  12-15
    1.3.1 带钢跑偏和热瓢曲的国内外研究现状  12-14
    1.3.2 带钢高速通板技术  14-15
  1.4 本课题研究的目的、意义及主要内容  15-19
    1.4.1 论文研究的目的和意义  15-16
    1.4.2 论文研究的主要内容  16-19
第二章非线性接触有限元理论及仿真结构模型的建立  19-27
  2.1 接触问题有限元求解方法及算法流程  19-24
    2.1.1 接触问题的有限元法原理  19-20
    2.1.2 接触约束算法  20-21
    2.1.3 接触刚度的确定  21-22
    2.1.4 收敛准则  22
    2.1.5 接触问题的算法流程  22-24
    2.1.6 热力耦合分析方法  24
  2.2 导向辊结构模型  24-25
  2.3 仿真模型的边界约束  25-26
    2.3.1 导向辊的边界约束  25
    2.3.2 带钢的边界约束  25-26
  2.4 材料模型  26
  2.5 本章小结  26-27
第三章连续退火炉内带钢张应力横向分布研究  27-53
  3.1 冷轧带钢板形的概念  27-29
    3.1.1 板形的定义  27
    3.1.2 板形缺陷产生的原因  27-28
    3.1.3 板形表示方法  28-29
  3.2 翘曲带钢模型的简化处理  29-31
    3.2.1 热应变  30
    3.2.2 翘曲带钢的简化处理  30-31
  3.3 来料板形对带钢横向应力分布的影响  31-34
    3.3.1 板形对带钢通板稳定性的影响  31-32
    3.3.2 不同板形带钢的横向应力分布  32-34
  3.4 板温对带钢张应力横向分布的影响  34-40
    3.4.1 带钢横向温度分布  34-35
    3.4.2 良好板形的横向张力分析  35-37
    3.4.3 翘曲带钢横向张力分析  37-40
  3.5 导向辊辊形曲线对带钢横向应力分布的影响  40-47
    3.5.1 导向辊的纠偏原理  41-43
    3.5.2 退火炉内导向辊辊形制度  43
    3.5.3 导向辊凸度对带钢横向应力分布的影响  43-45
    3.5.4 导向辊平直段长度对带钢横向张力分布的影响  45-47
  3.6 张力制度对带钢横向张力分布的影响  47-51
    3.6.1 炉内张力辊的工作原理  47-48
    3.6.2 退火炉内张力制度  48-50
    3.6.3 不同张力下带钢的横向应力分布  50-51
  3.7 本章小结  51-53
第四章双边浪形带钢辊形曲线的设计  53-59
  4.1 导向辊平直段长度的选择  54-56
    4.1.1 计算工况  54
    4.1.2 带钢横向张力分布  54-56
  4.2 导向辊凸度的选择  56-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章热张辊交叉角对带钢张应力横向分布的影响研究  59-69
  5.1 辊面上带钢的跑偏现象  59-61
    5.1.1 由板形原因引起的跑偏  59
    5.1.2 两转向辊轴线不平行引起的跑偏  59-60
    5.1.3 由辊面形状引起的跑偏  60-61
    5.1.4 其他原因引起带钢的跑偏  61
  5.2 带钢在辊面上的螺旋偏移现象  61-62
  5.3 带钢在辊面上的回跑现象  62-64
  5.4 计算工况  64-65
  5.5 纠偏辊为平辊时的应力分布  65-66
  5.6 纠偏辊为锥度辊时的应力分布  66-68
  5.7 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 展望  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-77
附录A 攻读硕士学位期间发表论文  77-79
附录B 板形温度和张力载荷命令流  79-82

基于ANSYS的连续退火炉内带钢张应力横向分布研究

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