blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-7-548-553blackmet-1945Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSНапряженно-деформированное состояние металла в очаге деформации при получении сортовых заготовок из стали на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Сообщение 1Stress-strain state of metal in deformation zone during production of steel section billets on the unit of combined continuous casting and deformation. Report 1ЛеховО. С.LekhovO. S.

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

620012, Россия, 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.

к.т.н., старший преподаватель кафедры инжиниринга и профессионального обученияв машиностроении и металлургии

620012, Россия, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair of Engineering and Vocational Training in Machinery and Metallurgy

Ekaterinburg

mialex@trubprom.comРоссийский государственный профессионально-педагогический университетРоссияRussian State Vocational Pedagogical UniversityRussian Federation202005102020637548553Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., 20202020Лехов О.С., Михалев А.В.Lekhov O.S., Mikhalev A.V.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/1945

Поставлена и решена объемная задача определения напряженно-деформированного состояния (НДС) металла в очаге деформации при формировании разделяющими выступами калиброванных бойков из сляба трех сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Обоснована целесообразность использования этой установки для продольного разделения непрерывнолитого сляба на ряд сортовых заготовок. Приведена калибровка бойков с разделяющими выступами для получения за один проход трех сортовых заготовок, соединенных перемычками. Показано объемное изображение таких заготовок. Описана технология их получения на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации. Изложена постановка задачи и приведены исходные данные и граничные условия для определения НДС металла в очаге деформации при формировании калиброванными бойками установки трех стальных сортовых заготовок с использованием пакета ANSYS. Приведены зависимости модуля упругости и сопротивления деформации от температуры и степени деформации для стали марки Ст3сп. Описаны использованные при расчете НДС металла в очаге деформации твердотельные конечные элементы и приведены размеры сетки. Результаты расчета НДС металла в очаге деформации при получении из непрерывнолитого сляба трех стальных сортовых заготовок на установке совмещенного процесса получены решением задачи упругопластичности методом конечных элементов в объемной постановке. Результаты расчета перемещений и напряжений в очаге деформации представлены в виде графиков и таблиц по рабочим поверхностям в четырех поперечных сечениях и взяты для характерных точек. Определены величины и закономерности распределения осевых перемещений по ширине и длине очага деформации при внедрении разделяющих буртов бойка в непрерывнолитой сляб при получении трех стальных сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации.

Volumetric problem of determining stress-strain state of metal in deformation zone during forming of three section billets from the slab by separating collars of grooved strikers on the unit of combined continuous casting and deformation was set and solved. The expediency of using such unit was justified for longitudinal division mation are given for St3sp steel. The solid-state finite elements used in calculation of stress-strain state of metal in deformation zone and dimensions of the grid are described. The results of calculation of stress-strain state of metal in deformation zone were obtained by solving the problem of elasticity by the finite element method in volumetric formulation. The results of calculation of displacements and stresses in deformation zone are given in form of graphs and tables by working surfaces in four cross sections and are presented for characteristic points. Values and regularities of distribution of axial displacements in width and length of deformation center were determined during introduction of strikers separating collars into continuously cast slab in production of three section steel billets on the unit of combined continuous casting and deformation.

установка совмещенного процессакристаллизаторслябзаготовкаразделениенапряжениедеформацияконечный элементunit of combined processmoldslabbilletseparationstressstrainfinite elementReferencesМатвеев Б.Н. Новое в производстве балок и сортовых профилей // Сталь. 1996. № 3. С. 35 – 40.Matveev B.N. Novelties in manufacturing the beams and bar shapes. Stal’. 1996, no. 3, pp. 35–40. (In Russ.).Матвеев Б.Н. Проектирование и внедрение агрегатов бесконечного литья-прокатки сортовых профилей // Сталь. 2017. № 10. С. 57 – 60.Matveev B.N. Design and implementation of endless casting and rolling units for high-quality bar. Stal’. 2017, no. 10, pp. 57–60. (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 light section billets. Chernye metally. 1981, no. 10, pp. 18–23. (In Russ.).Поляков Б.Н. Новая технология модернизации заготовочных станов. Многоручьевая прокатка сортовых заготовок из непрерывнолитых слябов // Национальная металлургия. Оборудование. 2006. № 4. С. 66 – 69.Polyakov B.N. New technology for upgrading billet mills. Multistrand rolling of section billets from continuously cast slabs. Natsional’naya metallurgiya. Oborudovanie. 2006, no. 4, pp. 66–69. (In Russ.).Фастыковский А.Р., Федоров А.А. Опыт применения технологии прокатки-разделения в условиях действующего производства // Производство проката. 2016. № 12. С. 3 – 7.Fastykovskii A.R., Fedorov A.A. Experience in application of rolling-separation technology in existing production. Proizvodstvo prokata. 2016, no. 12, pp. 3–7. (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-во УМЦ УПИ, 2017. – 151 с.Lekhov O.S., Mikhalev A.V. Ustanovka sovmeshchennogo protsessa nepreryvnogo lit’ya i deformatsii dlya proizvodstva listov iz stali dlya svarnykh trub. Teoriya i raschet [Unit of combined continuous casting and deformation for production of steel sheets for welded pipes. Theory and design]. Ekaterinburg: Izd-vo UMTs UPI, 2017, 151 p. (In Russ.).Лехов О.С., Билалов Д.Х. Технологические возможности установок совмещенных процессов непрерывного литья и деформации для производства металлопродукции // Производство проката. 2016. № 7. С. 24 – 26.Lekhov O.S., Bilalov D.Kh. Technological capabilities of combined continuous casting and deformation units for production of metal products. Proizvodstvo prokata. 2016, no. 7, pp. 24–26. (In Russ.).Пат. № 2658761 РФ. Способ непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления / О.С. Лехов, И.В. Ухлов, А.В. Михалев. 2018. Бюл. № 18.Lekhov O.S., Ukhlov I.V., Mikhalev A.V. Sposob nepreryvnogo lit’ya zagotovok i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya [Method of continuous casting of billets and device for its implementation]. Patent RF no. 2658761. Byulleten’ izobretenii. 2018, no. 18. (In Russ.).Мазур Д.Д., Хижняк В.Л. Сопротивление деформации низколе- гированных сталей // Сталь. 1991. № 8. С. 41 – 43.Mazur D.D., Khizhnyak V.L. Resistance of low-alloyed steels to deformation. Stal’. 1991, no. 8, pp. 41–43. (In Russ.).Marciniak Z., Duncan J.L., Hu, S.J. Mechanics of Sheet Metal Forming. – Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, Oxford, 2002. – 228 p.Marciniak Z., Duncan J.L., Hu S.J. Mechanics of Sheet Metal Forming. Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, Oxford, 2002, 228 p.Fujii H., Ohashi T, Hiromoto T. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1978. Vol. 18. No. 8. P. 510 – 518Fujii H., Ohashi T, Hiromoto T. On the formation of the internal cracks in continuously cast slabs. Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1978, vol. 18, no. 8, pp. 510–518Sorimachi 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.Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling // Wiley in Steel Research Int. 2011. Vol. 82. P. 1240 – 1247.Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling. Wiley in Steel Research Int. 2011, vol. 82, pp. 1240–1247.Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. – New York: Oxford University Press, 1989. – 377 p.Kobayashi S., Oh S.-I., Altan T. Metal Forming and Finite-Element Method. New York: Oxford University Press, 1989, 377 p.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 Tech. Conf., 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 Tech. Conf., Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982. New York, 1982, pp. 264–270.Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. No. 2. P. 336 – 362.Karrech A., Seibi A. Analytical model of the expansion in of tubes under tension. Journal of Materials Processing Technology. 2010, vol. 210, no. 2, pp. 336–362.Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form // Applied Mathematical Modelling. 2013. Vol. 37. No. 10-13. P. 6918 – 6928.Kazakov A.L., Spevak L.F. Numeral and analytical studies of nonlinear parabolic equation with boundary conditions of a special form. Applied Mathematical Modelling. 2013, vol. 37, no. 10-13, pp. 6918–6928.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication. – In: High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2013. P. 128 – 139.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication. In: High Performance Computing for Computational Science – VECPAR 2012. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013, pp. 128–139.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.).ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.

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