blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-11-12-960-964blackmet-2019Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSРасчет температуры и термоупругих напряжений в бойках с буртами установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформирования при получении стальных сортовых заготовок. Сообщение 1Calculation of temperature and thermoelastic stresses in backups with collars of the unit of combined continuous casting and deformation in steel billets production. 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., управляющий директор

623107, Россия, Свердловская обл., Первоуральск, ул. Сакко и Ванцетти, 28

Cand. Sci. (Eng.), Managing Director

Pervoural’sk

mialex@trubprom.comРоссийский государственный профессионально-педагогический университетРоссияRussian State Professional Pedagogical UniversityRussian FederationОАО «Уральский трубный завод»РоссияJSC “Ural Pipe Plant”Russian Federation2020020120216311-12960964Copyright © Лехов О.С., Михалев А.В., 20212021Лехов 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/2019

Описаны основные нагрузки, действующие на калиброванные бойки установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации при получении сортовых заготовок. Обоснована актуальность определения температурных полей и термоупругих напряжений в калиброванных бойках с буртами при формировании нескольких сортовых заготовок при обжатии сляба и на холостом ходу при охлаждении бойков водой. Приведены прочностные и теплофизические свойства стали, из которой изготовлены бойки. Показана геометрия бойка с буртами для получения трех сортовых заготовок за один проход. Приведены исходные данные для расчета температурного поля бойка с буртами установки совмещенного процесса при получении сортовых заготовок. Представлены температурные граничные условия для расчета температурных полей бойков с буртами. Описаны граничные условия для определения температуры бойка с буртами и приведены значения теплового потока и эффективного коэффициента теплоотдачи. Результаты расчета температурных полей выполнены в четырех сечениях и приведены для характерных линий и точек, расположенных на контактной поверхности бойка с выступами и в приконтактном слое на глубине 5 мм от рабочей поверхности. Приведены размеры сетки конечных элементов, которая использована при расчете температурного поля бойков с буртами. Температурное поле бойков с буртами определено на основе решения уравнения нестационарной теплопроводности с соответствующими начальными и граничными условиями. Представлены величины и закономерности распределения температуры в основаниях и в вершинах среднего и крайнего буртов калиброванного бойка при обжатии сляба и на холостом ходу при получении за один проход трех сортовых заготовок на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации.

The article describes the main loads affecting shaped backups of the unit of combined process of continuous casting and deformation in billets production. Importance of determining the temperature fields and thermoelastic stresses in shaped backups with collars is provided at formation of several billets, at slab compression and at idle during water cooling of backups. The authors describe strength and thermophysical properties of steel from which the backups are made. Geometry of backups with collars used for obtaining billets of three different shapes in one pass is shown. Initial data of the temperature field calculation are given for backups with collars of the combined unit. Temperature boundary conditions are considered for calculation of temperature fields of backups with collars. Boundary conditions determining temperature of such backups are described and values of the heat flow and effective heat transfer coefficient are given. The results of calculation of temperature fields are performed in four sections and are given for typical lines and points located on contact surface of backups with collars and in contact layer at depth of 5 mm from the working surface. The sizes of finite elements grid which is used at calculation of temperature field of backups with collars are provided. Temperature field of backups with collars is determined on the basis of solution of unsteady thermal conductivity equation corresponding initial and boundary conditions. Values and regularities of temperature distribution in bases and in tops of the middle and extreme edges of the shaped backups are presented during slab compression and at idle when obtaining billets of three shapes in one pass at the unit of combined continuous casting and deformation.

установка совмещенного процессакристаллизаторслябсортовая заготовкаразделениетемпературное полеконечный элементunit of combined processcrystallizerslabshaped billetseparationtemperature fieldfinite elementReferencesЛехов 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 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 Calculation]. Ekaterinburg: Izd-vo UMTs UPI, 2017, 151 p. (In Russ.).Лехов О.С., Михалев А.В., Шевелев М.М. Напряжения в системе бойки – полоса при получении листов из стали на установке непрерывного литья и деформации. – Екатеринбург: изд. УМЦ УПИ, 2018. – 125 с.Lekhov O.S., Mikhalev A.V., Shevelev M.M. Napryazheniya v sisteme boiki – polosa pri poluchenii listov iz stali na ustanovke nepreryvnogo lit’ya i deformatsii [Stresses in the Backup – Strip System when Making Steel Sheets at Unit of Continuous Casting and Deformation]. Ekaterinburg: izd. UMTs UPI, 2018, 125 р. (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 units for combined processes of continuous casting and deformation for production of metal products. Proizvodstvo prokata. 2016, no. 7, pp. 24–26. (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. Вып. 100. – М.: изд. МИСиС, 1977. С. 90 – 93.Khloponin V.N., Kosyreva M.V., Kosyak A.S. Influence of cooling system on thermal conditions of roller surface work. In: Trudy MISiS. Vyp. 100 [MISiS proceedings. Issue 100]. Мoscow: izd. MISiS, 1977, pp. 90–93. (In Russ.).Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. – М.: Мир, 1964. – 517 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.).Лехов О.С. Исследование напряженно-деформированного со- стояния системы валки – полоса при прокатке широкополочной балки в клетях универсально-балочного стана. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 12. С. 15 – 19.Lekhov O.S. Study of stress-strain state of rolls-band system at rolling of broad-flanged beam in stands of universal beam mill. Report 2. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, vol. 57, no. 12, pp. 15–19. (In Russ.).Технологические процессы в машиностроении Ч. II. Обработка металлов давлением и сварочное производство / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртладзе, Д.А. Негров. – Омск: изд. 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: Izd-vo 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 rolls at external and internal cooling. In: Nadezhnost’ krupnykh mashin. Sb. nauch. tr. NIItyazhmash [Reliability of Large Machines. Coll. of papers of NIItyazhmash]. Sverdlovsk: izd. NIItyazhmash, 1990, pp. 126–132. (In Russ.).Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа, 1967. – 600 с.Lykov A.V. Teoriya teploprovodnosti [Theory of Heat Conduction]. Мoscow: Vysshaya shkola, 1967, 600 p. (In Russ.).ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.ANSYS. Structural Analysis Guide. Rel. 15.0.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 Technology 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 Technology Conference, Pittsburgh, Pa, 28-31 March 1982. New York, 1982, рр. 264–270.Takashima Y., Yanagimoto I. Finite element analysis of flange spread behavior in H-beam universal rolling // Wiley in Steel Research Int. 2011. Vol. 82. No. 10. 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, no. 10, 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.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 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 // High Performance Computing for Computational Sience – VECPAR 2012. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2013. P. 128 – 139.Jansson N. Optimized sparse matrix assembly in finite element solvers with one-sided communication. High Performance Computing for Computational Sience – VECPAR 2012. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013, pp. 128–139.Park C.Y., Yang D.Y. A study of void crushing in large forgings II. Estimation of bonding efficiency by finite-element analysis // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 157-158. P. 496 – 501.Park C.Y., Yang D.Y. A study of void crushing in large forgings II. Estimation of bonding efficiency by finite-element analysis. Journal of Materials Processing Technology. 2004, vol. 157-158, pp. 496–501.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.Marciniak Z., Duncan J.L., Hu S.J. Mechanics of Sheet Metal Forming. – Oxford: Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, 2002. – 228 р.Marciniak Z., Duncan J.L., Hu S.J. Mechanics of Sheet Metal Forming. Oxford: Butterworth-Heinemann Elsevier Ltd, 2002, 228 р.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 – 518.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, pp. 510–518.

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