[发明专利]高碳当量厚度小于30mm钢板的火焰预热切割方法

说明书

技术领域

本发明属于钢板切割加工技术领域，特别是提供了一种高碳当量厚度小于30mm钢板的火焰预热切割方法，适用于高碳当量(>0.60％)、厚度小于30mm钢板的火焰预热切割。

背景技术

钢铁企业在生产模具钢、耐磨钢、锯片用钢等产品的过程中，由于这些钢的碳含量和碳当量高、裂纹敏感性高，在火焰切割钢板的过程中经常会出现裂纹，钢板厚度和硬度越大，出现切割裂纹的几率也就越大，在北方冬季表现尤为明显，这严重影响了其加工性能和成材率。

预防钢板切割裂纹最有效的方法，就是在切割前进行预热。其预热温度的高低主要取决于钢板质量等级和板厚，一般为100～150℃。传统的预热方法可采用电子加热垫和加热炉加热等。但这些方法的缺点不是效率低、效果差，就是成本太高。避免切割裂纹的另一种方法就是降低切割速度，但使用低速切割方法防止切割裂纹，其可靠性不如预热，而且合适的速度并不容易掌握。同时还将大大降低生成率，因此并未得到广泛应用。而将钢板进行局部预热，并同时采用合适切割速度以达到加热温度和切割速度的最佳匹配，是冶金工作者需要亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种高碳当量厚度小于30mm钢板的火焰预热切割方法，解决了高碳当量(>0.60％)钢板(板厚<30mm)火切割裂纹问题。在同一轨道上布置两台切割小车分别进行预热和切割，第一台小车负责火焰预热，第二台小车负责切割，两台小车的间距和切割速率由有限元计算确定。

本发明的技术解决方案：

对于碳当量大于0.60％，30mm以下规格的钢板，采用在同一个横向轨道上布置两台便携式数控火焰切割小车，先进行预热后进行火焰切割。两台小车之间的距离、小车行进速度(切割速度)利用有限元法计算得出。

两台小车被安放在同一横向轨道上，间隔一定距离，行进速度相同。第一台小车负责对钢板预热。第二台小车负责切割，按照要求尺寸在预热范围内进行切割。两台小车在轨道上间距控制在300-1000mm，预热温度和切割速度根据有限元计算结果确定。

有限元法预测预热温度和切割速度的步骤如下：

(1)根据钢板的实际规格尺寸建立数学模型；

数学模型的具体内容为：利用有限元软件ANSYS，根据钢板实际规格尺寸和对火焰切割小车进行简化后的几何结构进行建模；简化后的模型只包括钢板和火焰：其中钢板固定，火焰可移动，移动速度与小车行进速度相同。

(2)将数学模型用有限元法进行离散化，得到有限元模型；对有限元模型施加火焰温度、钢板初始温度等初始条件；根据钢板与外界的辐射散热和自然对流换热情况，对有限元模型施加边界条件；

边界条件的具体内容为：将辐射换热与自然对流换热等效为综合换热系数，依据公式hr=σϵ(Ts+T∞)(Ts2+T∞2)]]>得到。

式中：T_s为钢板表面温度，T_∞为外界环境介质温度。h_r为热辐射的等效对流换热系数(W/m²·℃)，σ为Stefan-Boltzmann常数(W/m²·K⁴)，ε为表面辐射率。

钢板与火焰之间为接触传热，其热流强度依据q_R＝h_R(T_S-T_R)公式确定；

式中：h_R为钢板与火焰之间的接触换热系数(W/m²·℃)；T_R为火焰温度(℃)。