РАЗРАБОТКА МАЛОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВАЛКОВОЙ РАЗЛИВКИ-ПРОКАТКИ

Подобный С.О., Кравченко Е.А. (ОМД 11м)* Донецкий национальный технический университет

В условиях мирового возрастания цен на энергоносители, приоритетным
направлением	развития	металлургии	становится	всемирное		внедрени
инновационных	энергосберегающих		технологий, которые		позволяют
минимизировать	долю энергозатрат в себестоимости проката			и	повысить, тем

самым, его конкурентоспособность. В полной мере указанному направлению соответствует процесс валковой разливки-прокатки, идея которого была предложена Генри Бессемером в 1856 году.

Основываясь анализе конструктивных особенностей существующих экспериментальных машин валковой разливки-прокатки можно сделать вывод о

целесообразности изучения процесса на малых лабораторных установках.
При	проектировании	экспериментальной	установки	использовали

вертикальную схему ведения процесса, когда жидкий металл подаётся от печи к разливочной ванне, а после в межвалковое пространство под действием сил тяжести. Валки-кристаллизаторы состоят из водоохлаждаемой медной гильзы и двух осевых вставок, обеспечивающих требуемые характер теплоотбора с внутренней поверхности бандажей (рис.1).

1 – водоохлаждаемая гильза, 2 – опороа-подвод, 3 – внутренняя вставка, 4 – ведущая шестерня, 5 – ведомая шестерня;

Рисунок 1 - Схема узла валков-кристаллизаторов (3D модель)

Каждый валок имеет индивидуальный привод постоянного тока, который обеспечивает реализацию высоких крутящих моментов и требуем пластические деформации.

* Руководитель – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ОМД Смирнов Е.Н.

67

Результаты выполненного проектирования в виде3D модели и фотографии разливного блока приведены на рис.2.

а – объёмная модель лабораторной установки процесса валковой разливки-прокатки, где 1 – двигатели привода, 2 – шпиндели, 3 – валки, 4 – ведущая шестерня, 5 – ведомая шестерня, 6 – ковш разливочного материала;

б - фотография лабораторной натурной установки

Рис. 2 Модель проектируемой лабораторной установки процесса валковой разливки-прокатки

Параллельно с созданием физической модели, с помощью программного
комплекса	ANSYS,		была	разработана	математическая			модель		процесса,
позволяющая		исследовать		процесс	разливки	различных			материалов		н
вышеописанной установке. Создание математической модели для исследования
процессов	перемешивания			металлического	расплава	и	затвердевания			полосы
при валковой		разливке 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.
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.
На	первом		этапе	моделирования, решалась		задача		способа		подачи

расплава в кристаллизатор. Проведенные исследования показали значительное влияние распределения потоков расплава в кристаллизаторе на процессы затвердевания и необходимость разработки погружного стакана.

68

РАЗРАБОТКА НОВОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛИТКОВ В ЖИДКО-ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ НА ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ

Косилов О.В. (ОМД-11м), Митьев А.П., Мазур И.П., Черкашина Т.И.* Донецкий национальный технический университет

Известные методы анализа процесса деформирования металла на стадии

неполной

кристаллизации,

основанные

на

результатах

математического

моделирования методом конечных элементов, в большинстве случаев требуют

проверки

полученных

результатов

в

условиях

реального

физическог

эксперимента.

Целью данного исследования является разработка

нового

способа

физического моделирования для исследования особенностей формирования

напряженно-деформированного

состояния

в

закристаллизовавшей

составляющей

непрерывнолитого

слитка(сляба

или

блюма) при

деформировании на стадии неполной кристаллизации.

Выдвинута

гипотеза

о

возможности

оценки

-

напр

деформированого состояния по изменению конфигурации сферических зерен.

Особенность метода заключается в том, что переход исходной сферической

формы в деформированную эллипсоидную происходит

по

направлениям

главных деформаций. В этом случае диаметр сферы, в силу равенства объемов

зерна до и после деформирования, определяется путем непосредственного

измерения главных диагоналей эллипсоида через уравнение:

d = 3

l1 l2l3

,

где d – диаметр сферы; l1 , l 2 , l3 – главные диагонали эллипсоида.

В этом случае деформации рассчитываются по следующим формулам:

– главные

относительные

деформации

материала

в

окрестностях

эллипсоида

- d

- d

l1

l2

l

- d

e1 =

, e2 =

, e3

=

3

,

d

d

d

где: l1, l2, l3 – длины осей эллипсоида; d – диаметр сферы;

– главные логарифмические деформации в окрестностях эллипсоида

æ l

ö

æ l 2

ö

æ l3 ö

e = lnç

1

÷, e2 = lnç

÷, e3

= lnç

÷,

1

è

d ø

è d ø

è d ø

Исследования нового способа проводятсясовместно с магистрами и

аспирантами

кафедры

обработки

металлов

давлением

Липе

* Руководитель – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ОМД Смирнов Е.Н.

69

государственного		технического	университета. Для		исследования		были
изготовлены	образцы, внешний		вид	которых	представлен	на	рисунке

1.Модельные образцы выполнили в виде замкнутой твердотельной оболочки прямоугольной формы двух видов: модель сляба и модель блюма.

Рисунок 1 – Модельные образцы с жидкой сердцевиной
Оболочка, имитирующая	закристаллизовавшуюся	часть	, слитка
представляет собой композит из	сферической дроби(свинец)	и металла

наполнителя (сплав Вуда). Для имитации наличия жидкого металла внутрь оболочки первого образца закачали парафин, во второй - желатин.

Характеристика физическмх моделей приведена в таблице. Таблица – Характеристика образцов

Образец	Блюм	Сляб
Размеры, мм	36х34х150	16х72х135
Толщина стенки, мм	11 и 17	4
Сердцевина	Парафин	Желатин
AF=F0/Fоб	0,5	0,55

Прокатку модельных образцов осуществили на кафедре ОМД Донецкого национального технического университета на лабораторном стане100 и 340. Обжатие составило 2мм. После получения недоката делались темплеты, которые в дальнейшем протравливались. Внешний вид темплета после прокатки показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структура прокатанного образца Первичные исследования показали, что при изготовлении блюмовых

физических моделей наблюдаются большие проблемы с равномерностью расположения шаров. В то же время в обоих случаях наблюдается их четкая деформация.

70

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ МЕДИ М3 В СУБМИКРОКРИСТАЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ПОЛУЧЕНОМ МЕТОДОМ ВИНТОВОЙ ЭКСТРУЗИИ

Зинкевич П.И.(ОМД 11м)* Донецкий национальный технический университет

Исследования последних 20 лет показали, что металлические материалы с субмикрокристаллической (СМК) структурой, сформированной методами интенсивной пластической деформации(ИПД), существенно отличаются по своим свойствам от крупнокристаллических аналогов. По сути, можно говорить о появлении новых материалов, с которыми связывают большие надежды в

плане практического применения.

Оценка свойств СМК металлов важна, потому что операции ИПД, как

правило,

сочетаются

с

формообразующими

операциями

ОМД

термообработкой. Поэтому для проектирования всей технологической цепочки

обработки давлением таких материалов, необходимо иметь представление об их

свойствах в разных напряженно-деформированных состояниях (НДС).

В качестве материала для исследований была выбрана медь следующего

химического состава (табл.).

Таблица - Химический состав меди в %

Mg

Al

P

S

Mn

Fe

Ni

Cu

Zn

Sn

Sb

Pb

Bi

0,04

0,11

0,03

0,02

0,03

0,01

0,06

99,5

0,02

0,04

0,08

0,03

0,03

Из каждого образца, подвергнутого ВЭ, получались два образца для испытаний: один на кручение и один на растяжение.

а	б
Рисунок 1 —Эскизы образцов для испытания кручением(а) и растяжение
(б).
Испытания на кручение и разрыв, проводились	согласно ГОСТ 3565-80
«Металлы. Метод испытания на кручение»	ГОСТ 1497-84 «Методы
испытаний на растяжение».

* Руководитель – д.т.н., профессор кафедры ОМД Бейгельзимер Я.Е.

71

Рисунок 2 Общий вид стенда для испытаний На рис. 3 приведено сопоставление результатов испытаний на разрыв и на

кручение	в	истинных		координатах. Хорошо	видно,	что	для
крупнокристаллической			меди, до	деформации	порядка1, зависимости

напряжение-деформация при растяжении и кручении довольно близки, что соответствует гипотезе «единой кривой течения». Для меди обработанной винтовой экструзией ход указанных кривых отличается кардинально, что свидетельствует о чувствительности материала к виду нагружения.

Рисунок 3 – Сопоставление результатов испытаний на разрыв и кручение в истинных координатах.

Анализ результатов, говорит о том,что параметры НДС необходимо учитывать при характеристике механических свойств СМК материалов и отображать это на материаловедческих картах. В дальнейшем планируются испытания на осадку, для получения полной диаграммы НДС меди3 вМ субмикрокрис-талическом состоянии.

72