伤流液王烈;王峰;贾宇;程金保
【摘 要】采用DEFORM有限元分析手段,建立无孔型轧制全连轧仿真模型,通过设置合理的边界条件,模拟轧制过程,并结合样板厂生产实际数据对轧件各道次尺寸进行分析比对,求证了曲线拟合宽展公式的合理性,并通过对轧制力、温度等的分析得出无孔型轧制过程的变化规律.通过在样板厂B生产实践中的应用,验证了无孔型轧制数值模拟仿真技术的先进性. 【期刊名称】《云南冶金》
【年(卷),期】2019(048)002
【总页数】6页(P51-56)
【关键词】无孔型轧制;数值模拟;宽展
【作 者】王烈;王峰;贾宇;程金保
【作者单位】北京首钢国际工程技术有限公司,北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心,北京100043;北京首钢国际工程技术有限公司,北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心,北京100043;北京首钢国际工程技术有限公司,北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心,北京100043;首钢贵阳特殊钢有限责任公司,贵州 贵阳 550000
【正文语种】中 文
【中图分类】TG335.1
无孔型轧制（grooveless rolling） 是一种新型轧制技术，可以优化棒材和线材生产[1]。轧件在平辊间进行轧制，没有轧槽侧壁夹持而产生变形，故自由宽展的宽度就是轧件宽度。通过改变辊缝高度，可以调整轧件横截面尺寸，此种轧制适应性非常强。在生产简单断面棒材和线材（如方钢、圆钢、钢筋等） 时，无孔轧制技术应用于粗轧道次、中轧道次和预精轧道次，用平辊代替有孔型轧辊开坯和延伸，从而优化了棒线材连轧机生产工艺。 轧辊不开槽，充分利用轧辊辊身和硬度层，故使轧辊耐磨性相对好且磨损小，一般情况下，可使轧辊使用寿命延长2～4 倍；轧辊的共用度高；车削简单且量小可以节省大量的车
削时间，与开槽式轧辊相比，加工成本降低；无需调整轴向，作业率得到提高[2]。综上所述，无孔轧制技术具有效率高、能耗低的优点。但导卫的设计及控制精度对轧制的影响较大，需要满足更高的要求，强调前后导卫尽可能接近轧辊或使用和轧机辊缝值一致的贯通板连接成整体，以防止轧件出现窜移、脱方或扭转的现象[3]。
目前，无孔轧制技术在主要用在生产简单断面的小型钢。其主要钢种材料有：低碳钢，中碳钢和低合金钢 [4]。生产的产品多为热轧钢筋、方钢、扁钢和圆钢等。
1967 年，瑞典AB Process-Metallurgz of Vaxceras Sweden 公司采用无孔轧制方法，以125kg 铜棒为原料轧制Φ6.35mm 铜线，这次轧制过程是世界上最早的无孔型轧制 [2][5]；继瑞典之后，70 年代中期，澳大利亚M.I.M.公司开发并应用了“RER”轧制方法，这种方法是连轧无孔轧制技术，并得到广泛认可[6]；1981 年，美国摩根公司开发了用于高速线材轧机的粗轧4 机架紧凑式平辊轧机 [7]；同年，日本川崎（株） 水岛制铁所也进行了无孔型轧制试验，该实验主要在钢坯轧机上进行；1990 年，前苏联马格尼托哥尔斯克钢铁公司和矿冶学院进行了工业性无孔型轧制试验，试验设备是Φ300mm 棋盘式粗轧机[8]。
在中国，无孔轧制技术的发展已有30 多年的历史。1983 年首钢（北京石景山） 在粗轧2
机架上进行轧制试验，其目的为扩大钢坯断面[9]；20 世纪90 年代后期，东北大学在实验室中进行一系列无孔轧制试验[3][10]；1989 年，唐钢高线厂成功试车了美国Boozpollo 公司设计的无孔轧制紧凑式粗轧机 [3][11]；1998 年9 月，马钢棒材厂引进意大利POMILI 公司棒材连轧生产线，该粗轧机组是6 架轧机平-立交替布置，其中前4 架轧机为无孔型轧制 [12]；2000 年，新疆八一钢铁集团公司开发了全连续无孔型轧制棒材技术，其目的为优化生产流程，提高产品的市场竞争力[13]。
生发梳
1 数值模拟方法
1.1 无孔型轧制压下规程设计原则
无孔压下规程设计原则主要包括四个方面：
1） 咬入条件、最大允许轧制压力、主电机功率等基本条件，在压下规程设计中必须得到满足；
2） 使用选定的宽展公式计算道次宽展量，编制压下规程，计算轧件尺寸；
3） 为了防止脱方，轧件入口断面的宽高比应在B/H＞0.6～0.7 之间，断面越小，轧件脱方可能性越大，故此时B/H 值应取较大值；
4） 多道次反复无孔型轧制时，为防止轧件断面产生折叠现象，应在恰当道次增加压下量，采用充分宽展来形成充满的圆弧。
1.2 无孔型轧制宽展计算
轧件宽展的影响因素互相影响和制约并且较多，为了设计最优的轧制压下规程，对宽展进行准确的计算是必须的。使用现有的如采利柯夫公式、埃克伦德公式等，计算宽展量与实际宽展量相差较大，故轧件宽展不能根据现有宽展公式进行计算 [14，16，17]；张卫刚和白光润先生用变分的方法推导了无孔型轧制的宽展公式，该公式表达复杂，具有局限性不利于推广[15]。
综合分析国内外无孔型轧制的研究成果，Z.Wusatowski 宽展模型可以被充分利用，针对轧制过程的特点设定适当条件，采用有限元模拟的方式采集数据，对公式系数进行修正和优化，提高准确性和实用性。
1.3 模拟条件设定
1.3.1 Z.Wusatowski 宽展模型
本文是在Z.Wusoatwski 宽展模型的基础上，进行模拟试验，然后对试验数据进行曲线拟合，并得出合适的宽展公式。Z.Wusatowski 宽展模型表达式为:
式中β——相对宽展系数。各参数确定如下:
式中w——相对宽展指数；
δ——轧件断面形状系数；
εd——辊径系数；
H0、H1——轧件轧前、轧后平均高度；
B0、B1——轧件轧前、轧后宽度；无菌检测系统
D——轧辊工作直径；
1.3.2 材料设置
在DEFORM-3D 软件中把轧辊设置为刚体，其主要是因为我生产中轧辊材料大多为冷硬球墨铸铁，并忽略其在轧制过程中的弹性变形。为了简化模拟和计算，把导卫板也设为刚体，其主要是因为它在轧制过程中对轧件咬入时起导向和出口时防止轧件向上或向下弯曲的作用，多为耐磨材料，并不考虑它与轧件之间的相互作用。原材料选取AISI-1016（DEFORM 材料库），热轧螺纹钢筋HRB400 与其相似，轧件与轧辊的换热系数为12kW/（m2·℃），轧件与周围空气的换热系数为0.2kW/（m2·℃）。真空度传感器
1.3.3 网格划分网格划分质量在求解效率和精度的好坏中起到重要作用，通常单位体积内网格数越多，求解越精确，但耗时长，求解效率低，因此，必须综合考虑，合理划分网格。局部细化方法应用于轧件进行网格划分，同时对轧件4 个不同地方进行细化。以动态连续轧制过程为模拟过程，主要参数如下：节点数为15648，单元数为68285，单元类型为四面体，表面多边体数为15508。同时，轧辊转动中心可以通过DEFORM-3D 软件自动获得而无需手动输入，在选择旋转轴线时只需根据右手定则判断好每个道次轧辊的转向即可。npc好感度查询器
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1.3.4 物体间关系定义
在无孔型轧制过程中，为了使轧件正常咬入不出现打滑现象，必须保证适当的摩擦力，因此模拟能否顺利进行与摩擦系数的选择有直接关系。为了强化轧制过程，增大摩擦系数值，有刻痕轧辊摩擦系数为0.45～0.62，型钢轧制过程摩擦系数为0.36～0.47，故模拟试验设置的摩擦系数为0.5。
1.3.5 模拟参数的提取
根据A 钢厂的实际生产数据和经验数据，将150mm×150mm 的钢坯作为模拟试验坯料，轧机选用Φ500mm 轧机，开轧温度1050℃，钢种为低合金钢。预设参数见表1。
表1 模拟轧制参数表Tab. 1 The parameter list of simulated rolling道次 辊径/mm 辊缝/mm 轧辊转速/（r/min）1 500 112 0.25 2 500 118 0.31 3 500 78 0.41 4 500 95 0.54
在DEFORM-3D 软件中生成的有限元模型如图1 所示。
图1 有限元模拟模型Fig. 1 The simulation of finite element modelling
对模拟后的轧件，分别在每道次后选取轧件的前、中、后三个横截面，如图2 所示，每个横截面的示意图如图3 所示。
不考虑辊跳等因素，设定辊缝值为轧件高度h；然后根据截面面积计算出每个截面的平均宽，取平均值作为该道次轧后的平均宽b。轧件尺寸数据见表2。
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