blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-6-431-438blackmet-1355Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESНАГРУЖЕННОСТЬ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БОЙКОВ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПОЛОСЫ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЛИСТОВ ИЗ СТАЛИ ДЛЯ СВАРНЫХ ТРУБ. СООБЩЕНИЕ 2LOAD AND STRAIN STATUS OF CCM BACKUPS AND STRIPE DEFORMATION AT PRODUCTION OF STEEL SHEETS FOR WELDED PIPES. REPORT 2ЛеховО. С.LekhovO. S.

д.т.н., профессор кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин. 

620012, Россия, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Cars and Industrial Machines.

 Ekaterinburg.

MXLehov38@yandex.ruМихалевА. В.MikhalevA. V.

 старший преподаватель кафедры металлургии, сварочного  производства и методики профессионального обучения. 

620012, Россия, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Senior Lecturer of the Chair of Metallurgy, Welding Production and Methods of Vocational Training. 

 Ekaterinburg.

ШевелевМ. М.ShevelevM. M.

начальник лаборатории неразрушающего контроля.

620057, Екатеринбург, ул. Таганская, 56.

Head of Nondestructive Testing Laboratory.

 Ekaterinburg.

Российский государственный профессионально-педагогический университет.РоссияRussian State Professional Pedagogical University.Russian FederationЗАО «Центр тепловизионной диагностики» .РоссияJSC “Center of Thermal Imaging Diagnostics”.Russian Federation201827072018616431438Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М., 20182018Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М.Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Shevelev M.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1355

Описаны основные нагрузки, действующие на стенки-бойки сборного кристаллизатора установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листов из стали для сварных труб. Изложена методика определения суммарных напряжений  в стенках-бойках установки от усилий обжатия и температурной нагрузки. Описаны температурные граничные условия для определения  температурных полей в стенках-бойках сборного кристаллизатора установки при получении листов из стали для сварных труб. Приведена  зависимость для определения плотности теплового потока от горячего металла очага деформации, действующего на рабочую поверхность  стенки-бойка при обжатии заготовки. Изложена методика определения значений эффективных коэффициентов теплоотдачи при охлаждении стенок-бойков водой. Описана процедура определения температурных полей и термоупругих напряжений на стенках-бойках установки с использованием пакета ANSYS. Описаны исходные данные для определения температурных полей и термоупругих напряжений в  стенках-бойках сборного кристаллизатора установки. Результаты расчета температурных полей и термоупругих напряжений выполнены в  пяти сечениях стенки-бойка и приведены для характерных линий. Показан характер распределения температуры по толщине стенки-бойка  при охлаждении его водой на холостом ходу и контакте с заготовкой при ее обжатии. Для рассчитанных полей температур определены  осевые и эквивалентные напряжения, возникающие в стенках-бойках без каналов при обжатии заготовки и охлаждении их водой во время холостого хода. Представлены величины и закономерности распределения осевых и эквивалентных напряжений по толщине приконтактного слоя и по высоте и толщине стенок-бойков при обжатии заготовки и на холостом ходу. Приведены величины и закономерности  распределения суммарных осевых напряжений по толщине приконтактного слоя, высоте и толщине стенок-бойков от усилий обжатия и  температурной нагрузки.

The main loads acting on the backup-walls of the assembled  mold of the combined continuous casting and deformation unit in production of steel sheets for welded pipes are described. The technique  for determining the total stresses in backup-walls of the installation of  the compression forces and the temperature load is given. The temperature boundary conditions for determining the temperature fields in  the backup-walls of the assembled mold of the unit for steel sheets for  welded pipes production are depicted. The dependence for determining the heat flux density of the deformation center hot metal influencing working surface of the backup-wall during workpiece drafting is  considered, as well as the technique for determining values   of effective  heat transfer coefficients for backup-walls cooling by water. The procedure for determining temperature fields and thermoelastic stresses  on backup-walls of the installation is described using the ANSYS  package. The article considers the initial data for determining temperature fields and thermoelastic stresses in backup-walls of the assembled  casting mold of the installation. The results of temperature fields and  thermoelastic stresses calculation are achieved in five sections of the  backup-wall and are provided for the typical lines. The nature of temperature distribution along the backup-wall thickness during cooling  by water at idle and at contact with the workpiece during its compression is shown. For the calculated temperature fields, axial and equivalent stresses, that arise in the backup-walls without channels when the  workpiece is drafted and cooled with water at idle, are determined. The  values   and regularities of distribution of axial and equivalent stresses  along the thickness of the contact layer and along the height and thickness of the backup-walls during drafting of the workpiece and at idle  are presented. The values   and regularities of the distribution of total  axial stresses along the thickness of the contact layer, the height and  thickness of the backup-walls from the drafting forces and the temperature load are given.

стенка-боек кристаллизатор установка непрерывное литье деформация температура напряжение обжатие усилие трубаbackup-wall casting mold installation continuous casting deformation temperature stress drafting force pipeReferencesЛехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М. Нагруженность и напряженное состояние бойков установки непрерывного литья и деформации полоса при получении листов из стали для сварных труб. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. № 4. С. 268 – 273.Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Shevelev M.M. Load and strain status  of CCM backups and stripe deformation at production of steel sheets for welded pipes. Report 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, no. 4, pp. 268–273. (In  Russ.).Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа. 1967. – 600 с.Lykov A.V . Teoriya teploprovodnosti [Theory of heat conductivity].  Moscow: Vysshaya shkola, 1967, 600 p. (In Russ.).Кушнер В.С., Верещака А.С., Схиртладзе А.Г., Негров Д.А. Технологические процессы в машиностроении. Ч. II. Обработка металлов давлением и сварочное производство. – Омск: Издво ОмГТУ, 2005. – 200 с.Kushner V.S., Vereshchaka A.S., Skhirtladze A.G., Negrov D.A.  Tekhnologicheskie protsessy v mashinostroenii. Ch. II. Obrabotka metallov davleniem i svarochnoe proizvodstvo [Technological processes in mechanical engineering. Part. II. Metal forming and welding]. Omsk: OmGTU, 2005, 200 p. (In Russ.).Буланов Л.В., Карлинский С.Е., Волегова В.Е. Долговечность роликов МНЛЗ при наружном и внутреннем охлаждении. – В кн.: Надежность крупных машин. Сб. науч. тр. НИИтяжмаш. – Свердловск: изд.НИИтяжмаш, 1990. С. 126 – 132.Bulanov L.V., Karlinskii S.E., Volegova V.E. Durability of CCM  rollers at external and internal cooling. In: Nadezhnost’ krupnykh mashin. Sb. nauch. tr. NIItyazhmash. Sverdlovsk: NIItyazhmash,  1990, pp. 126–132. (In Russ.).Хлопонин В.Н., Косырева М.В., Косяк А.С. Влияние системы охлаждения на тепловые условия работы поверхностного слоя валка. – В кн.: Труды МИСиС. – М.: изд. МИСиС, 1977. № 100. С. 90 – 93.Khloponin V.N., Kosyreva M.V., Kosyak A.S. Effect of the cooling  system on thermal conditions of the roll’s surface layer. In: Trudy MISiS. Moscow: MISiS, 1977, no. 100, pp. 90–93. (In Russ.).Астахов И.Г., Белосевич В.К., Ионов С.М., Лебедев Л.С. Определение коэффициента теплоотдачи прокатных валков при охлаждении водой. – В кн.: Труды МИСиС. – М.: изд. МИСиС, 1977. № 102. С. 4 – 9.Astakhov I.G., Belosevich V.K., Ionov S.M., Lebedev L.S. Determination of the heat transfer coefficient of milling rolls with water  cooling. In: Trudy MISiS. Moscow: MISiS, 1977, no. 102, pp. 4–9.  (In Russ.).Гарбер Э.А., Гончарский А.А., Шаравин М.П., Надутов В.Г. Новый метод расчета конвективного теплообмена валков листовых станов // Производство толстолистовой стали. 1981. № 5. С. 54 – 57.Garber  E.A.,  Goncharskii  A.A.,Sharavin  M.P.,  Nadutov  V.G.   New method for calculating convective heat transfer of rolls of sheet  mills. Proizvodstvo tolstolistovoi stali. 1981, no. 5, pp. 54–57. (In  Russ.).Астахов А.А., Мазур И.П. Разработка модели для исследования теплового состояния рабочих валков станов горячей прокатки // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. № 112. Т. 7. С. 83 – 86.Astakhov A.A., Mazur I.P. Development of a model for studying  the thermal state of working rolls of hot rolling mills. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2011,  no.  112, vol. 7, pp. 83–86. (In Russ.).Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волоснякова, С.А. Вяткин и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.Sorokin V.G., Volosnyakova A.V., Vyatkin S.A. etc. Marochnik stalei i splavov [Grade guide of steels and alloys]. Moscow: Mashinostroenie, 1989, 640 p. (In Russ.).Лехов О.С. Исследование напряженно-деформированного состояния системы валки – полоса при прокатке широкополочной балки в клетях универсально-балочного стана. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 12. С. 15 – 19Lekhov O.S. Study of stress-strain state of the rolls during rolling of  band-beam in the stands of universal beam mill. Report 2. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy.  2014, no. 12, pp. 15–19. (In Russ.).ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0. http.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0. Available at URL:  http//www.cadfern.ru.Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 393 с.Segerlind Larry J. Applied finite element analysis. New York etc.,  1976. (Russ.ed.: Segerlind L. Primenenie metoda konechnykh elementov. Moscow: Mir, 1979, 393 p.).Норри Д., Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. – М.: Мир, 1981. –304 с.Norrie D. H., de Vries G. An introduction to finite element analysis.  Academic Press, New York, 1978. (Russ.ed.: Norrie D., de Vries  G.  Vvedenie v metod konechnykh elementov.  Moscow:  Mir,  1981,  304  p.).Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. – М.: Мир, 1984. – 432 с.Gallagher R.H. Finite Element Analysis: Fundamentals. PrenticeHall, New Jersey, 1975, 420 p. (Russ.ed.: Gallagher R. Metod konechnykh elementov. Osnovy. Moscow: Mir, 1984.).Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. – М.: Мир, 1986. – 318 с.Zienkiewicz O.C., Morgan K. Finite Elements and Approximation.  New York: Wiley, 1983, 328 p. (Russ.ed.: Zienkiewicz O.C., Morgan K. Konechnye elementy i approksimatsiya. Moscow: Mir, 1986,  318 p.).Работнов Ю.И. Механика деформируемого твердого тела. – М.: Наука, 1979. – 744 с.Rabotnov Yu.I. Mekhanika deformiruemogo tverdogo tela [Mechanics of the deformable solid]. Moscow: Nauka, 1979, 744 p. (In  Russ.).Лехов О.С., Комратов Ю.С. Совмещенные процессы непрерывного литья и деформации для производства проката. – Екатеринбург: изд. УГТУ-УПИ, 2009. – 411 с.Lekhov O.S., Komratov Yu.S. Sovmeshchennye protsessy nepreryvnogo lit’ya i deformatsii dlya proizvodstva prokata [Combined  processes of continuous casting and deformation for rolling stock  production]. Ekaterinburg: UGTU-UPI, 2009, 411 p. (In Russ.).Лехов О.С., Турлаев В.В., Лисин И.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Теория и расчет. – Екатеринбург: изд. УРФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2014. – 112 с.Lekhov O.S., Turlaev V.V., Lisin I.V . Ustanovka sovmeshchennogo protsessa nepreryvnogo lit’ya i deformatsii. Teoriya i raschet [Installation of combined process of continuous casting and deformation.  Theory and design]. Ekaterinburg: URFU, 2014, 112 p. (In Russ.).Лехов О.С., Гузанов Б.Н., Лисин И.В., Билалов Д.Х. Исследование совмещенного процесса непрерывной разливки и циклической деформации для получения листов из стали // Сталь. 2016. № 1. С. 59 – 62.Lekhov O.S., Guzanov B.N., Lisin I.V., Bilalov D.Kh. Investigation  of the combined process of continuous casting and cyclic deformation for production of steel sheets. Stal’. 2016, no. 1, pp. 59–62. (In  Russ.).Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. – М.: Мир, 1976. – 349 с.Boley Bruno A., Weiner Jerome H. Theory of Thermal Stresses.  New York: John Wiley & Sons, 1960. (Russ.ed.: Boley B., Weiner J. Teoriya temperaturnykh napryazhenii. Moscow: Mir, 1964,  517  p.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.