blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-4-270-275blackmet-1638Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В БОЙКАХ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЛИСТОВ ИЗ СТАЛИ ДЛЯ СВАРНЫХ ТРУБSTRESSES IN ANVILS OF VARIOUS CONSTRUCTION OF CONTINUOUS CASTING AND DEFORMATION PLANT AT PRODUCTION OF SHEETS FROM STEEL FOR WELDED PIPESЛеховО. С.LekhovO. S.

д.т.н., профессор кафедры инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии

620012,  Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Engineering and Vocational Training in Machinery and Metallurgy

Ekaterinburg

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

старший преподаватель кафедры металлургии, сварочного производства и методики профессионального обучения

620012,  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 университетРоссияRussian State Professional Pedagogical UniversityRussian FederationЗАО «Центр тепловизионной диагностики»РоссияJSC «Center of Thermal Imaging Diagnostics»Russian Federation201919062019624270275Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М., 20192019Лехов 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/1638

Проведена сравнительная оценка напряженного состояния бойков с каналами и без них установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листов из стали для сварных труб. Изложены условия эксплуатации и нагруженность бойков установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении листов из стали для сварных труб. Дано конструктивное исполнение бойка с каналами для охлаждения водой и характер его нагружения. С использованием алгоритма решения задач теории упругости методом конечных элементов определены закономерности распределения осевых напряжений в бойках от усилия обжатия сляба. Проведена оценка влияния каналов для охлаждения бойков водой на величину и характер распределения в них напряжений от усилия обжатия сляба. Приведены результаты расчета температурных полей, осевых и эквивалентных термоупругих напряжений в бойках с каналами при получении листов из стали для сварных труб на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Кроме того, определены закономерности распределения суммарных напряжений в бойках с каналами. Для оценки влияния конструкции бойков на их напряженное состояние определены закономерности распределения термоупругих и суммарных напряжений в бойках без каналов. Приведен график зависимости термоупругих напряжений в бойке от температуры его контактной поверхности при получении листов из стали для сварных труб на установке. Даны рекомендации для выбора материала бойков. Изложены достоинства и недостатки бойков с каналами установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Представлены параметры опытной установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для получения стальных полос. Приведены результаты экспериментального исследования параметров совмещенного процесса на опытной установке непрерывного литья и деформации ОАО «Уральский трубный завод».

A comparative assessment of strenuous state of the anvils with and without channels has been carried out for the installation of combined continuous casting and deformation process in the production of steel sheets for welded pipes. The conditions of operation and loading of the anvils of combined continuous casting and deformation process are described. The design of anvil with channels for water cooling and the nature of its loading are given. Using the algorithm for solving problems in the elasticity theory by finite element method, the laws governing the distribution of axial stresses in anvils from the slab reduction force are determined. Effect of the channels for anvils cooling with water on the magnitude and nature of stresses distribution in them from the stress of the slab reduction was estimated. The calculation results of temperature fields and axial and equivalent thermoelastic stresses in anvils with channels are presented for the production process of steel sheets for welded pipes in a combined continuous casting and deformation unit. The article considers regularities of total stresses distribution in anvils with channels. To assess the effect of anvils structure on their stress state, regularities of distribution of thermoelastic and total stresses in strands without channels have been determined. The graph of dependence of thermoelastic stresses in the anvil on temperature of its contact surface is given. Recommendations for choosing the material of the fighters are given. The advantages and disadvantages of the anvils with channels for the unit for combined continuous casting and deformation are described. The parameters of such a pilot installation are presented. The authors also describe the results of an experimental study of the parameters of a combined process at the manufacture installation for continuous casting and deformation of JSC Ural Pipe Plant.

установкабойкисовмещенный процесснепрерывное литьедеформациянапряжениеусилие обжатиятемператураплотность теплового потокаметод конечных элементовinstallationanvilscombined processcontinuous castingdeformationstresscompression forcetemperatureheat flux densityfinite element methodReferencesЛехов 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.).Вюнненберг К. Производство непрерывнолитых заготовок, отвечающих высшим требованиям качества. – В кн.: Труды шестого Международного конгресса железа и стали. Т. 3. – М.: Машиностроение, 1990. С. 364 – 376.Vyunnenberg K. Production of continuously cast billets meeting the highest quality requirements. In: Trudy shestogo mezhdunarodnogo kongressa zheleza i stali. T. 3 [Proceedings of the Sixth Int. Congress of Iron and Steel. Vol. 3]. Moscow: Mashinostroenie, 1990, pp. 364–376. (In Russ.).Кох Г., Копп Р. Прогресс в области деформаций с большими обжатиями // Черные металлы. 1979. № 21. С. 3 – 11.Kokh G., Kopp R. Progress in the feld of deformations under large compression. Chernye metally. 1979, no. 21, pp. 3–11. (In Russ.).Ямада К., Ватанабе Т., Абе К., Функда Т. Непрерывная разливка заготовок малого сечения // Черные металлы. 1981. № 10. С. 18 – 23.Yamada K., Vatanabe T., Abe K., Funkda T. Continuous casting of small section billets. Chernye metally. 1981, no. 10, pp. 18–23. (In Russ.).Эренберг Х.-Ю. Литье и обжатие с разливки тонких слябов на заводе фирмы «Маннесман ререн-верке АГ». – В кн.: Металлургическое производство и технология металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1990. С. 46 – 56.Erenberg Kh.-Yu. Casting and compression from the casting of thin slabs at the factory of “Mannesman Rhenen-Verke AG” Company. In: Metallurgicheskoe proizvodstvo i tekhnologiya metallurgicheskikh protsessov [Metallurgical production and technology of metallurgical processes]. Moscow: Metallurgiya, 1990, pp. 46–56. (In Russ.).Sorimachi K., Emi T. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs // Tetsu to Hagane. 1977. Vol. 63. No. 8. P. 1297 – 1304.Sorimachi K., Emi T. Elastoplastic stress analysis of bulging as a major cause of internal cracks in continuously cast slabs. Tetsu to Hagane. 1977, vol. 63, no. 8, pp. 1297–1304.Печке Ю., Ноймнетц Д. Способы непрерывного литья, совмещенного с прокаткой // Черные металлы. 1981. № 22. С. 9 – 13.Pechke Yu., Noimnetts D. Methods of continuous casting combined with rolling. Chernye metally. 1981, no. 22, pp. 9–13. (In Russ.).Fujii H., Ohashi T, Hiromoto T. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs // Transact. Iron and Steel Inst. Japan. 1978. Vol. 18. No. 8. P. 510 – 518.Fujii H., Ohashi T, Hiromoto T. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs. Transact. Iron and Steel Inst. Japan. 1978, vol. 18, no. 8, pp. 510–518.Matsumia Т., Nakamura Y. Mathematical model of slab bulging during continuous casting. – In: Applied Mathematical, and Physical Models in Iron and Steel Industry Proceedings of the 3rd Process Technological. Conference, Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982. – New York, 1982. P. 264 – 270.Matsumia Т., Nakamura Y. Mathematical model of slab bulging during continuous casting. In: Applied Mathematical and Physical Models in Iron and Steel Industry Proceedings of the 3rd Process Technological. Conference, Pittsburgh, Pa, 28­31 March 1982. New York, 1982, pp. 264–270.Эфрон Л.И. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. – М.: Металлургиздат, 2012. – 696 с.Efron L.I. Metallovedenie v “bol’shoi” metallurgii. Trubnye stali [Metal science in iron and steel making. Pipe steel]. Moscow: Metal lurgizdat, 2012, 696 p. (In Russ.).Лехов О.С., Михалев А.В. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства листов из стали для сварных труб. Теория и расчет. – Екатеринбург: изд. УМЦ УПИ, 2017. – 151 с.Lekhov O.S., Mikhalev A.V. Ustanovka sovmeshchennogo protsessa nepreryvnogo litia i deformatsii dlya proizvodstva listov iz stali dlya svarnykh trub. Teoriya i raschet [Installation of combined continuous casting and deformation process for production of steel sheets for welded pipes. Theory and calculation]. Ekaterinburg: izd. UMTs UPI, 2017, 151 p. (In Russ.).Лехов О.С. Исследование напряженно-деформированного состояния системы валки – полоса при прокатке широкополочной балки в клетях универсально-балочного стана. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 10. С. 37 – 41.Lekhov O.S. Study of stress-strain state of the rolls during rolling of band-beam in the stands of universal beam mill. Report 1. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, no. 10, pp. 37–41. (In Russ.).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.). (In Russ.).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). (In Russ.).ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 12.0. http//www.cadfern.ru.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 12.0. Available at URL: http//www.cadfern.ru.Норри Д., Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. – М.: Мир, 1981. – 304 с.Norrie D.H., de Vries G. An introduction to fnite element analysis. New York: Academic Press, 1978. (Russ.ed.: Norrie D., de Vries G. Vvedenie v metod konechnykh elementov. Moscow: Mir, 1981, 304 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.).Мазур В.Л., Хижняк Д.Д. Сопротивление деформации низколегированных сталей // Сталь. 1991. № 8. С. 41 – 43.Mazur D.D., Khizhnyak V.L. Low-alloyed steels resistance to deformation. Stal’. 1991, no. 8, pp. 41–43. (In Russ.).Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справочник. – М.: Металлургия, 1982. – 360 с.Hensel Arno, Spittel Thilo. Kraft­ und Arbeitsbedarf bildsamer Formgebungsverfahren. Leirzig, Verlag, 1978. (Russ.ed.: Hensel A., Spittel T. Raschet energosilovykh parametrov v protsessakh obrabotki metallov davleniem: Sprav. Moscow: Metallurgiya, 1982, 360 p.).Лехов О.С., Михалев А.В., Билалов Д.Х., Шевелев М.М. Напряженное состояние бойков установки непрерывного литья и деформации при получении листов из стали для сварных труб. – В кн.: Материалы ХI Международного конгресса прокатчиков. – Магнитогорск: изд. МГТУ, 2017. С. 95 – 100.Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Bilalov D.H., Shevelev M.M. Stress state of the anvils of a continuous casting and deformation unit for production of steel sheets for welded pipes. In: Materialy XI Mezhdunarodnogo Kongressa Prokatchikov [Materials of the 11th Int. Congress of Rollers]. Magnitogorsk: izd. MGTU, 2017, pp. 95–100. In Russ.).

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