[发明专利]一种连铸机弯曲段和矫直段辊列设计方法

说明书

技术领域  本发明属金属连续铸造领域。

背景技术  连铸机辊列是金属连续铸造设备的重要组成部分。直弧型连铸机的弯曲段、矫直段及弧型连铸机矫直段的辊列设计是这两类连铸机辊列设计的核心。铸坯在弯曲段和矫直段的变形是辊列中的辊子对其施加作用力的结果。铸坯变形过程中应变速率过大会引起铸坯内裂，影响铸坯质量。

目前连铸机弯曲段和矫直段辊列设计有两种方法。一种基于受恒弯矩作用的铸坯可以实现等应变速率变化的规律。以康卡斯特连续矫直法和奥钢联渐进弯曲矫直法为代表。另一种辊列设计单纯从解析几何角度出发，没有相应的力学模型。以多点矫直法为代表。多点矫直法是用若干条曲率不同的圆弧连接的曲线作为铸机矫直段的辊列布置曲线。也有用若干基圆半径不同的渐开线连接而成的曲线作为铸机弯曲段和矫直段的辊列布置曲线的设计方案。例如，中国专利(91104965)公开了一种由不同半径的基圆展开的渐开线段光滑连接布置连铸机连续弯曲段辊列。这种设计方法没有考虑受力，是上面提到的第二种辊列设计方法。中国专利(ZL94223060.4)公开了一种超低头连铸机矫直辊列布置形状，第一连续矫直区为一段渐开线，第二连续矫直区为改进的康卡斯特曲线。这种设计方法同样没有相应的力学模型，也属于上述的第二种辊列设计方法。它的不足之处：(1)康卡斯特连续矫直法的辊列布置忽略了线性弯矩段铸坯的变形。奥钢联渐进弯曲矫直法的辊列在线性弯矩段内的布置也不能完全适应铸坯变形。康卡斯特连续矫直法和奥钢联渐进弯曲矫直法的辊列布置虽然基于恒弯矩假设，但辊列布置曲线与铸坯外弧轮廓线不能很好的吻合，使得弯曲段和矫直段的铸坯不符合恒弯矩受力，铸坯坯壳没有真正实现等应变速率变化。(2)对铸机辊列设计没有考虑铸坯受力后的变形，因此铸坯在弯曲段和矫直段运行时不可能被完全限定在这种辊列构成的通道内，这将使得铸坯的应变速率发生波动，相应产生的应变速率峰值不利于防止铸坯内裂。

发明内容  本发明的目的是提供一种适应铸坯变形,辊列布置曲线与铸坯外弧轮廓线很好的吻合，使得弯曲段和矫直段的铸坯符合恒弯矩受力，铸坯坯壳真正实现等应变速率变化,有利于防止铸坯内裂的连铸机弯曲段和矫直段辊列设计方法。

本发明弯曲段和矫直段辊列设计方法：在对铸坯变形深入研究的基础上，确立了合理的受力模型，得到铸坯在弯曲段和矫直段的外弧轮廓线，辊列依据变形铸坯的外弧轮廓线布置，针对直弧型连铸机的弯曲段和矫直段以及弧型连铸机的矫直段给出了辊列的设计方法。

本发明技术方案的步骤为：

(1)辊列按变形铸坯的外弧轮廓线布置，铸坯在弯曲区和矫直区的外弧轮廓线是一条曲率从0逐渐增大到1/R的一条曲线，辊子与铸坯外弧轮廓线相切。铸坯外弧轮廓线方程在直角坐标系xOy中为分三段的形式。坐标原点为曲率零点，x轴与铸坯外弧轮廓线相切，曲率沿x轴正方向逐渐变大。y指向铸坯内弧侧。外弧轮廓方程参数包括分段弧长、基圆半径、材料敏感系数，确定相应的系数后，外弧轮廓方程唯一确定。铸坯外弧轮廓线方程第一段为

y=J(11+n)(12+n)(13+n)x3+ns1n,(0≤x≤s1)]]>

式中J表示：曲线曲率变化率的最大值

n表示：材料应变速率敏感系数