РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВАЛКОВОЙ РАЗЛИВКИ-ПРОКАТКИ
Кравченко Е.А. Подобный С.О. (ОМТ-11м)* Донецкий национальный технический университет
Валковая разливка-прокатка является одной из наиболее перспективных и энергосберегающих технологий производства тонких полос. Получение тонкого и особо тонкого плоского проката заключается в формировании полосы
непосредственно из жидкого металла путём кристаллизации и деформации его |
|
|||||||||||
между двумя вращающимися валками. Поэтому наиболее привлекательным |
|
|
||||||||||
является |
вопрос |
изучения |
гидродинамики |
струи |
расплава |
с |
ц |
|||||
гарантированного получения профиля полосы (особенно боковой кромки). |
|
|
|
|||||||||
Для |
математического моделирования |
процессов |
валковой |
разливки- |
|
|||||||
прокатки был выбран универсальный пакет прикладных программ ANSYS Int., |
|
|
||||||||||
который используется для решения задач, связанных со многими разделами |
|
|||||||||||
науки |
и |
техники, такими, как |
|
электротехника, электромагнетизм, |
|
|
||||||
гидродинамика, газовая динамика и т. д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Создание |
математической |
|
модели |
для |
исследования |
процесс |
||||||
перемешивания металлического расплава и затвердевания полосы при валковой |
|
|
||||||||||
разливке-прокатке |
|
осуществлялось |
|
в |
средеANSYS |
CFX, обладающей |
|
|
||||
следующими возможностями: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
–моделирование невязких, ламинарных и турбулентных потоков; |
|
|
|
|||||||||
–моделирование |
теплопереноса, |
включая |
различные |
виды конвекции, |
|
|||||||
сопряженный теплообмен и излучение и т. д. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В основе разработанной математической модели |
лежит |
решение |
с |
|||||||||
помощью метода конечных элементов основного уравнения нестационарной |
|
|||||||||||
теплопроводности и уравнений Навье–Стокса, включающие: |
|
|
|
|
||||||||
–уравнение неразрывности (закон сохранения массы);
–уравнение импульса (закон сохранения импульса);
–уравнение энергии (закон сохранения энергии).
Решение поставленных задач гидродинамики и затвердевания было |
|
|||||
реализовано в трехмерной интерпретации, со следующими допущениями: валки |
|
|||||
недеформируемые, течение расплава турбулентное, на контакте между валком и |
|
|||||
металлом выполняется условие постоянного прилипания. |
|
|
||||
В качестве разливаемого металла был выбран свинец. Граничные условия: |
|
|||||
теплопроводность – 23,2 Вт/(м·К), удельная теплоемкость разливаемого металла |
|
|||||
– 138,84 Дж/(кг·К), плотность |
разливаемого |
металла– |
10641 кг/м3. |
|
||
Технологические |
характеристики |
взяты |
максимально |
приближенными |
к |
|
возможностям лабораторной установки: внешний диаметр валка – 76 мм, длина |
|
|||||
зоны кристаллизации-деформации – |
40 мм, |
толщина полосы – 3,25 мм, |
|
|||
* Руководитель – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ОМД Смирнов Е.Н.
63
начальная температура жидкого металла– 327°С, температура разливаемого металла постоянна.
На первом этапе моделирования, решалась задача способа подачи расплава в кристаллизатор. Проведенные исследования показали значительное влияние распределения потоков расплава в кристаллизаторе(рисунок) на процессы затвердевания.
Рисунок – Результирующая скорость движения расплава(векторная картина) в продольной плоскости двухвалкового кристаллизатора
Параллельно с созданием математической модели была разработана
физическая |
модель |
процесса. При |
проектировании |
экспериментальной |
|
|||
установки использовали вертикальную схему ведения процесса, когда жидкий |
|
|||||||
металл подаётся от печи к разливочной , ваннепосле в межвалковое |
|
|||||||
пространство в |
зону |
кристаллизации |
металла под действием сил тяжести. |
|
||||
Валки-кристаллизаторы состоят из водоохлаждаемой медной гильзы и двух |
|
|||||||
осевых |
вставок, |
обеспечивающих |
требуемые |
характер |
теплоотбора |
с |
||
внутренней |
поверхности бандажей. Каждый валок имеет индивидуальный |
|
||||||
привод постоянного тока, который обеспечивает реализацию высоких крутящих |
|
|||||||
моментов и возможность ведения процесса с требуемыми пластическими
деформациями. Кроме |
того, предусмотрена |
возможность |
регулирования |
|
|
расстояния между валками, что позволяет расширить диапазон исследуемых |
|
||||
толщин |
конечной полосы: максимально до 4,0 мм. Данные, |
полученные в |
|
||
условиях малой лабораторной установки, могут служить |
критерием |
и |
|||
источником натурных исследований. |
|
|
|
||
В |
дальнейшем |
планируется |
выполнение |
следующих |
этапо |
моделирования и проведение исследований по модернизации погружного стакана.
64
АНАЛИЗ РЕЖИМА ОБЖАТИЯ ЗАГОТОВКИ В КОЛЕСОПРОКАТНОМ СТАНЕ
Крючков П.Г. (ОМТ-11м)* Донецкий национальный технический университет
Данная статья относиться к обработке металлов давления, |
именно к |
|
|||||||||
области деформации заготовок колес и предназначена для использования при |
|
||||||||||
производстве железнодорожных колес. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Широко |
испольуемым |
является |
способ |
|
прокатки |
заг |
|||||
железнодорожных колес, включающий осадку обода по ширине, раскатку обода |
|
||||||||||
по диаметру с выкаткой гребня, поверхности катания |
и диска, |
также |
|
||||||||
полировку обода. Такой способ в настоящее время используется при прокатке |
|
||||||||||
заготовок |
колес |
на |
|
прессопрокатных |
линиях «ВыксунскийОАО |
|
|||||
металлургический завод» и ОАО «Интерпайп–НТЗ». |
|
|
|
|
|
|
|||||
Сущность способа |
|
заключается |
в , томчто |
в |
нем |
предусмотрена |
|
||||
значительная |
величина |
|
суммарного |
осевого |
обжатия |
|
(28обода-30мм) |
|
|||
наклонными валками, которое реализуется за первые 2 – 3 оборота заготовки в течение технологической стадии «осадка обода по ширине».
Недостаток данного способа состоит в том, что на стадии осадки обода наклонными валками реализацию вышеуказанного большого осевого обжатия выполняют при нарастающей силе прокатки, и, следовательно, изменяющейся величине обжатия в течение одного оборота заготовки.
Целью является выполнить анализ влияния режима обжатий заготовки в
колесопрокатном |
стане |
на |
стабильность |
размеров |
обода |
по пириметр |
||||
заготовки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для изучения и математического моделирования процессов деормации |
||||||||||
железнодорожных колес по существующей технологии на ОАО«Выксунский |
||||||||||
металлургический |
завод» |
и |
|
ОАО «Интерпайп–НТЗ», |
был |
использован |
||||
универсальный пакет прикладных программ «DEFORM». |
|
|
|
|||||||
С |
помощью |
|
данной |
программы |
были: |
|
прокаткаизучены |
|||
железнодорожных |
колес, |
а |
так |
же |
обжатие |
заготовки в |
колесопрокатном |
|||
стане(рисунок 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так |
же был изучен |
самый |
продолжительный |
–этапэтап |
прокатки |
|||||
колесной заготовки. Данный этап начинается при t≥4,167 с. Он связан с ростом давления нажимных валков на прокатываемое колесо(увеличение радиальных обжатий обода). На этом этапе(4,167с≤t≤11,6с) скорость роста внутреннего диаметра колеса увеличивается и в среднем составляетV»15,6 мм/с, величина раскатки колеса по внутреннему диаметру равна~116 мм. При этом сила, развиваемая гидроцилиндром прямого хода салазок, увеличивается с 560 кН до 1140 кН с последующим постепенным снижением ~до936 кН, а силы,
* Руководители – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ОМД Смирнов Е.Н., к.т.н., доцент кафедры ОМД Снитко С.А.
65
развиваемые гидроцилиндрами рабочего хода верхнего наклонного валка и прямого хода каретки, поддерживаются постоянными на уровне~2073 кН и ~ 275 кН соответственно (рисунок 2).
2 |
1 |
5 |
4
3
Рисунок 1 – начальный момент осадки обода по ширине наклонными валками: 1
– заготовка колеса перед прокаткой, 2 – верхний наклонный валок, 3 – нижний наклонный валок, 4 – нажимной валок, 5 – коренной валок.
Рисунок 2 – Начальный и конечный моменты стадии обода по ширине.
На рассматриваемом этапе прокатки колесную заготовку интенсивно раскатывают по диаметру, выполняя при этом обжатия обода по ширине и внутренней поверхности и выкатку диска наклонными валками, также формирование гребня и поверхности катания колеса нажимными валками. В процессе радиальной деформации металла обода также участвуют и коренные валки, которые не только поддерживают заготовку во время ее вращения, но и формируют поверхность катания колеса. При росте диаметра прокатываемого колеса, согласно технологии, каретка коренных валков перемещается назад.
В дальнейшем планируется разработка нового способа обжатия колесной заготовки в колесопрокатном стане, обеспечивающего равномерность уширения обода на этапе его осадки наклонными валками.
66