ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

КИСЕЛЬОВ ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ

УДК 621.77.001.5: 621.771.06-114.083.133 (043)

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ЛОКАЛЬНОЇ ДЕФОРМАЦІЇ безперервновилитої ЗАГОТОВКИ І РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСНОВ ЙОГО РЕАЛІЗАЦІЇ

Спеціальність 05.03.05

Процеси і машини обробки тиском

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ

2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім. З.І. Некрасова

Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Жучков Сергій Михайлович,

Інститут чорної металургії ім.З.І.Некрасова НАН України,

заступник директора

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Ноговіцин Олексій Володимирович,

Державний комітет промислової політики України,

начальник управління

канд.техн.наук

Єршов Сергій Володимирович,

Дніпродзержинський державний технічний університет,

доцент

Провідна установа:

Національна металургійна академія України,

кафедра обробки металів тиском,

Міністерство освіти і науки України,

(м. Дніпропетровськ)

Захист відбудеться " 08 " __червня____2001 р. о _14 _годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.231.01 Інституту чорної металургії  ім. З.І.Некрасова НАН України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту чорної металургії ім. З.І. Некрасова

НАН України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, пл. Академіка Стародубова, 1.

Автореферат розісланий "04" травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради К 08.231.01 _________________ Г.В.Левченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Металургія - одна з базових галузей промисловості України. Її розвиток спрямований на зниження собівартості і підвищення якості прокатної продукції. Один зі шляхів підвищення ефективності виробництва прокату - переведення підприємств чорної металургії з традиційної технології через одержання зливка при розливанні сталі у виливницю, на процес одержання сортових заготовок шляхом безперервного розливання сталі на машинах безперервного лиття заготовок (МБВЗ). Цей процес забезпечує економію металу, зниження енерговитрат при переробці заготовок з одного нагрівання, скорочення виробничого циклу в проміжку ”рідка сталь - готовий прокат”, зниження собівартості, стабілізацію механічних властивостей і якості кінцевої продукції.

Безперервне розливання, особливо сортових заготовок, є енергоємним і високо витратним процесом. При одержанні безперервновилитих заготовок не зовсім використовується тепло сталі, що кристалізується. Крім того, при різанні безперервновилитих заготовок на мірні довжини, розкриваються центральні шари заготовки, що мають підвищену осьову пористість, у результаті чого відбувається окислювання центральної зони заготовок (осьової пористості) на значну довжину. При наступній прокатці такі дефекти не заліковуються і являються джерелом підвищеної кінцевої обрізі.

У зв'язку з цим розробка і дослідження ресурсо- та енергозберігаючого технологічного процесу, який забезпечує зниження кінцевої обрізі при прокатці безперервновилитих заготовок, ущільненню центральних шарів у місці різання на мірні довжини, а також дозволяє одержувати заготовки з підвищеною теплоємністю при здійсненні процесу на стадії часткової кристалізації заготовки, чому і присвячена ця робота - є актуальною задачею і представляє науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами планами, темами ІЧМ. Дисертаційна робота виконана в Інституті чорної металургії ім.З.І.Некрасова Національної академії наук України. Здобувач брав участь у виконанні науково - дослідницьких робіт: ”Дослідження границь області існування і ефективності технології, формування кінців суміжних заготовок (блюмів) на безперервновилитій штабі з цілком чи частково закристалізованою зоною,” №. державної реєстрації UА01014139Р, і ”Дослідження та розробка основ технології підготовки кінцевих ділянок безперервновилитих заготовок, що забезпечує збільшення виходу придатного при їхньому розливанні на МбвЗ і наступній прокатці”, № державної реєстрації 01900020905; ”Розробка і дослідження технології локальної деформації безперервновилитої заготовки” №  державної реєстрації 0194U022406.

Мета і задачі дослідження. Розробка науково обґрунтованих технологічних основ процесу локальної деформації безперервновилитих сортових заготовок в потоці МБВЗ.

Для досягнення поставленої мети в роботі зроблене наступне:

- виконано аналіз проблем виробництва і переробки безперервновилитих сортових заготовок;

- досліджена локальна деформація безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ до її поділу на мірні довжини на стадії повної і часткової кристалізації;

- на основі методу кінцевих елементів розроблена математична модель процесу локальної деформації безперервновилитих сортових заготовок у потоці МБВЗ, що дозволяє досліджувати формозміну металу в процесі деформування;

- досліджена формозміна при локальній деформації заготовки;

- проведена дослідно-промислова апробація процесу локальної деформації сортових безперервновилитих заготовок, визначені енергосилові параметри процесу;

- розроблені варіанти реалізації технологічного процесу локальної деформації безперервновилитих сортових заготовок у потоці МБВЗ;

- оцінена економічна ефективність використання процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок;

- намічені перспективні напрямки реалізації процесу виробництва безперервновилитих сортових заготовок.

Об'єкт дослідження - процес виробництва сортової безперервновилитої заготовки на МБВЗ.

Предмет дослідження - параметри процесу локальної деформації безперервновилитої заготовки.

Методи дослідження. Використано метод кінцевих елементів для аналітичних досліджень процесу формозміни при локальній деформації, метод фізичного моделювання застосовано для уточнення результатів математичного моделювання. Метод фізичного моделювання використаний також для визначення енергосилових параметрів процесу локальної деформації.

Наукова новизна одержаних результатів:

- теоретичні й експериментальні дослідження формозміни безперервновилитої сортової заготовки при локальній деформації по двох взаємно перпендикулярних напрямках, що розташовані в одній площині, а також розподіл деформацій, у результаті чого вперше стало можливим визначення оптимального інтервалу деформування заготовки;

- виконані експериментальні дослідження, що виявили невідомі раніше особливості розподілу деформацій по шарах заготовки в процесі локальної формозміни;

- розроблена нова математична модель процесу локальної деформації сортової безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ:

- визначені межі виконання нового процесу локальної деформації, що дозволило вибрати раціональне місце в потоці сортової МБВЗ;

- визначені енергосилові параметри процесу локальної деформації безперервновилитих сортових заготовок, необхідних для проектування промислового устаткування;

- результати виконаного комплексу досліджень дозволили розробити технологічні схеми реалізації нового процесу в умовах діючих МБВЗ, а також при проектуванні нових.

Практична цінність. Результати теоретичних і експериментальних досліджень, одержані при виконанні дисертаційної роботи, використані при розробці промислового технологічного устаткування. Розроблено технічний проект і технологічне завдання для Орсько-Халіловського металургійного комбінату (ОХМК) і Тульського металургійного заводу.

Розроблено комплекс створених з використанням методу кінцевих елементів програмних продуктів для розрахунку на ПЕОМ параметрів процесу локальної деформації сортових заготовок. Ці розробки можуть бути використані при створенні нових технологічних процесів і засобів їхньої реалізації, як для існуючих, так і для знову створюваних МБВЗ.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні й експериментальні дослідження, викладені в дисертаційній роботі і публікаціях, виконані автором самостійно під керівництвом наукового керівника і при консультативній допомозі співавторів опублікованих робіт. Особистий внесок автора - проведення досліджень, одержання та узагальнення результатів аналітичних і експериментальних досліджень, що відбуваються при локальній деформації безперервновилитої заготовки. Основні ідеї роботи і методики проведення теоретичних і експериментальних досліджень належать авторові.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи повідомлені й обговорені на об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском НМетАУ та прокатних відділів Інституту чорної металургії ім. З.І.Некрасова (ІЧМ) НАН України (1998); на наукових семінарах прокатних відділів ІЧМ і НметАУ (1989 - 2001р.), на V Міжнародній науково-технічній конференції "Теоретичні проблеми прокатного виробництва" (Дніпропетровськ, 2000 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції. ”Теорія та практика виробництва прокату” (Ліпецьк, 2001 р.).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено у 8 наукових працях: 7 наукових статтях, 6 з яких опубліковано у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК для публікації результатів дисертаційних робіт. Отримано патент на спосіб підготовки кінцевих ділянок зливка.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел (містить 109 найменувань) та 5 додатків. Матеріали роботи викладені на 147 сторінках друкованого тексту, у тому числі 114 сторінок основного, містить 32 рисунків і 5 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відбиті загальна характеристика і спрямованість роботи, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показані наукова цінність і практична новизна розроблювального процесу. Визначено підхід і методи досягнення поставленої мети.

У першому розділі зроблено огляд проблем виробництва і переробки сортових безперервновилитих заготовок. Розкрито перспективи використання безперервновилитого металу у виробництві сортової сталі. Виконано аналіз різних напрямків і способів зниження кінцевої обрізі, зроблені висновки по розділу. Виконано аналіз тенденцій розвитку методів збільшення виходу придатного при використанні безперервновилитих заготовок, проаналізовані їхні достоїнства і недоліки. Узагальнено особливості технологічних схем процесів обробки тиском безперервновилитих заготовок у потоці МБВЗ. На основі результатів аналізу технічної літератури і патентної документації сформульовані мета і задачі, обґрунтований й вибраний напрямок досліджень.

У другому розділі розкриті сутність і особливості процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок в потоці МБВЗ. Сформульовано основні вимоги, які пред'являються до процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок у потоці МБВЗ. Встановлено, що для успішної розробки і реалізації процесу необхідно виконати комплекс досліджень по вивченню формозміни заготовки при локальній деформації її бойками складної геометричної форми, визначити область впровадження процесу, встановити його енергосилові параметри.

Розкрито особливості взаємодії безперервновилитої заготовки і деформуючого інструменту при реалізації процесу локальної деформації. Узагальнено якісні характеристики безперервновилитих заготовок при реалізації процесу локальної деформації.

У третьому розділі виконано аналіз методів математичного моделювання процесів обробки тиском. Обґрунтовано вибір кінцево-елементного методу аналітичного дослідження параметрів процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок. З використанням методу кінцевих елементів розроблені математична модель і програми розрахунку на ПЕОМ параметрів процесу локальної деформації сортових безперервновилитих заготовок. Отримано рівняння граничного вузла ? для визначення приросту його зсуву в дотичному до інструменту напрямку.

Значення й у будь-якій точці усередині цього елемента визначали з вузлових значень цих величин, провівши лінійну інтерполяцію.

Для плоского деформованого стану металу інтенсивність прирощення зсувних деформацій запишеться у вигляді

.

Приведено особливості розробленої математичної моделі, зроблена її характеристика.

Четвертий розділ присвячений аналітичним дослідженням параметрів формозміни в процесі локальної деформації сортових безперервновилитих заготовок. З використанням розробленої математичної моделі, вивчена формозміна металу в процесі локальної деформації сортової безперервновилитої заготовки. Характер розподілу деформацій по перерізу заготовки вивчали при різних ступенях деформації м. Перевірку й уточнення результатів математичного моделювання процесу локальної деформації сортової безперервновилитої заготовки виконували на фізичній моделі з використанням свинцевих зразків, з маркою свинцю С1.

За результатами обробки даних математичного моделювання отримані залежності, що характеризують розподіли інтенсивності зсувних деформацій у поверхневому (рис.1,а), проміжному (рис.1,б) і центральному шарах зразка (рис.1,в). Залежності інтенсивності зсувних деформацій побудовані для різних ступенів деформації м = 5 70 %.

У поверхневому шарі рис.1,а, в інтервалі деформацій м=570 % спостерігається зона утрудненої деформації в центрі зони деформації (номер елемента 1-2). Поблизу границь зони деформації (номер елемента 4-5) виділяється ділянка підвищеної деформованості. За границями зони деформації (номер елемента 5-8) - у зоні "жорстких кінців" деформація швидко загасає.

У проміжному шарі (рис.1,б) максимальна інтенсивність зсувних деформацій збігається з віссю симетрії зони деформації (номер елемента 1) і різко знижується поблизу зони "жорстких кінців". Такий характер розподілу інтенсивності зсувних деформацій у проміжному шарі зберігається на всьому інтервалі деформацій м=570 %.

а

б

в

Рис.1. Розподіл інтенсивності зсувних деформацій у шарах зразка

при різних м:

а - поверхневий, б - проміжний, в - центральний шар.

Формозміна центрального шару заготовки, рис.1в, відбувається інакше. В інтервалі деформацій м=530 % центральний шар проробляється рівномірно по всій довжині зони деформації. При подальшому збільшенні м30% відбувається виникнення ділянки з підвищеною деформованістю в центрі зони деформації (номер елемента 1-2), максимальна деформація зміщується до зони мінімального перерізу (номер елемента 1).

З викладеного зрозуміло, що високі ступені деформації можуть привести до високої деформованості центральної області заготовки, що буде сприяти проробленню центральних шарів заготовки. Разом з тим варто враховувати можливість порушення суцільності металу поверхневих шарів заготовки на границях зони деформації.

Для перевірки адекватності математичної моделі виконали комплекс робіт з фізичного моделювання процесу пережимання безперервновилитої заготовки. Як матеріал досліджень використовувалися свинцеві зразки.

На дві взаємно перпендикулярні поверхні зразка в зоні наступної деформації наносилася координатна сітка. Деформацію здійснювали двома етапами.

На першому етапі локально деформували зразок по одній стороні. Зразок виймали з інструмента, робили обмірювання координатної сітки. На другому етапі зразок деформували по іншій стороні. На першому і другому етапах формозміни площина мінімального перерізу (максимального обтиснення) залишалася постійною.

Інструментом служив комплект бойків, що мають форму напівциліндрів. За результатами обмірювання координатних сіток розрахували подовжню деформацію всіх шарів зразка, як на першому, так і другому етапах деформування. На рис.2 а,б,в відображений розподіл подовжніх деформацій у найбільш характерних шарах зразка - поверхневий, проміжний і центральний.

Аналіз результатів досліджень показав, що при м25 розподіл подовжніх деформацій по висоті зразка у всіх шарах практично рівномірний.

У поверхневому шарі - рис.2а присутня зона утрудненої деформації. У проміжному і центральному шарах зразка - рис.2 б, в максимальна подовжня деформація починає локалізуватися в осьовій зоні. Пластична деформація незначно поширюється за межі геометричної зони деформації і швидко згасає в ”жорстких кінцях”.

У центральному шарі вже при м=30 % максимальна подовжня деформація сконцентрована в осьовій зоні зразка і відбувається її рівномірний ріст зі збільшенням ступеня висотної деформації.

При м35 % у проміжному шарі відбувається різке зростання величини подовжньої деформації з локалізацією в осьовій зоні. За межами зони деформації спостерігається зона стискання, тобто локальне збільшення довжини елементів координатної сітки в осьовій зоні приводить до стискування її периферійних осередків.

а

б

в

Рис.2. Розподіл подовжніх деформацій по шарах зразка при різних м на першому етапі деформації:

а - поверхневий, б - проміжний, в - центральний шар

а

б

в

Рис.3. Розподіл подовжніх деформацій по шарах зразка при різних м на другому етапі деформації:

а - поверхневий, б - проміжний, в - центральний шар

При м40 % виявлене зниження стискаючих деформацій у зоні жорстких кінців. Зменшується розмір зони утрудненої деформації, подовжня деформація поверхневих шарів стає більш інтенсивною, при незначному її а зростанні в центральних шарах, що приводить до зниження стримуючих зусиль між поверхневими і центральними шарами. Подальше нарощування ступеня деформації приводить до небезпечної локалізації подовжніх деформацій у зоні мінімального перерізу зразка.

На другому етапі пережимання (рис.3) вже при м30 % відбувається локалізація подовжньої деформації в зоні контакту інструмента і штаби.

Однією з основних вимог, які пред'являються до процесу, є неприпустиме порушення суцільності металу у результаті локальної формозміни, як на поверхні, так і усередині заготовки. Встановлено, що локалізація подовжніх деформацій на обмеженій ділянці зони деформації сприяє виникненню розривів (тріщин) у мінімальному перетині заготовки, а саме такі умови складаються при 45 %. Тому локальну деформацію заготовки необхідно здійснювати до = 40 %.

У п'ятому розділі експериментально досліджений процес локальної деформації в дослідно-промислових умовах. Дослідно-промислову перевірку результатів аналітичного і фізичного моделювання виконували на сталевих зразках, деформуючи їх у спеціально створеній установці (рис.4).

Рис. 4. Схема дослідно-промислової установки для локальної деформації:

1- пневмогідравлічні мультиплікатори, 2- деформатор,

3- силові трубопроводи, 4- пневмосистема.

Експериментально визначений характер і величини зусиль у силових гілках установки для локальної деформації. Визначені питомі тиски на першому і другому етапах деформування заготовки.

У результаті виконаних досліджень встановлено, що на першому етапі формозміни питомі тиски протягом усього процесу пережимання залишаються практично на одному рівні, у той час, як на другому етапі деформування вони зменшуються в міру збільшення ступеня деформації.

Середній рівень питомих тисків на другому етапі процесу локальної деформації в 2-5 разів вищий, ніж на першому.

Це пов'язано з тим, що на першому етапі деформування температура заготовки значно вища і в центральній зоні заготовки була присутня рідка сталь. На другому етапі процесу локальної деформації температура деформованого металу в зоні пережимання 9500С, що значно нижче ніж на першому. Додатково встановлено, що на збільшення тиску на другому етапі впливає тертя між першою парою бойків і другою.

Сталь зі вмістом вуглецю 0,33 % і температурою розливання 1560-15700С кристалізується в кокілі з внутрішніми розмірами перерізу 100х100 мм за час 200…210 с від кінця розливання.

Дослідження макроструктури заготовок, підданих локальному обтисненню на стадії часткової кристалізації, показало, що в зоні деформації при ступені деформації 30...40 % відсутні і поверхневі і внутрішні тріщини.

Підтверджено, що в центрі локально продеформованої заготовки відсутні усадочні пори. Заварювання їх відбувається вже при ступені деформації 30%. Пористість не утвориться навіть у тому випадку, коли фронти кристалізації в процесі обтиснення не стикаються. Рідкий прошарок, що залишається, швидко кристалізується, виключаючи утворення в зоні обтиснення вторинної осьової пористості.

Поверхневі тріщини утворяться, якщо до моменту обтиснення товщина цілком затверділого шару менше 10-15 мм. Внутрішні тріщини більш чітко виражені в сталі з кількістю вуглецю понад 0,55%.

Внутрішні тріщини, які утворяться в заготовках з кількістю вуглецю менше 0,4 %, за характером розташування і довжини не являються бракувальною ознакою для рядової продукції.

Шостий розділ присвячений розробці технологічних основ реалізації процесу локальної деформації. На підставі виконаного комплексу досліджень сформульовані технологічні основи розроблюваного процесу локальної деформації сортових безперервновилитих заготовок у потоці МБВЗ.

Запропоновані й обґрунтовані різні технологічні схеми реалізації процесу локальної деформації в умовах діючих МБВЗ.

Розроблено пропозиції по конструктивному виконанню пристроїв локальної деформації для використання в потоці МБВЗ, як діючих, так і тих, що вперше проектуються.

Сьомий розділ присвячений визначенню ефективності використання процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок у потоці МБВЗ. На прикладі найбільш сучасного металургійного виробництва, яке має у своєму складі МБВЗ і одержує методом безперервного розливання сортову заготовку різних перетинів, укрупнено розрахована економічна ефективність застосування процесу локальної деформації.

Розрахунок зроблений для умов здійснення процесу при виробництві двох типорозмірів безперервновилитих заготовок - 300х400 мм і 125х125 мм. В табл.1 приведені результати розрахунків ефективності застосування процесу локальної деформації.

Таблиця 1

Ефективність застосування процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок

Розмір заготовки,

мм | Витрати корисного тепла,

кДж/кг | Обрізь, кг

факт | розрахунок | зниження,

% | факт | розрахунок | зниження,

%

300х400 | 435 | 117 | 73 | 111 | 28 | 75

125х125 | 10 | 0 | 100

Рис. 5. Схема реалізації процесу локальної деформації на МБВЗ:

1- проміжний ківш, 2- кристалізатор, 3- зона вторинного охолодження,

4- тягально-правильний пристрій, 5- ділянка локального деформування,

6- ділянка різання на мірні довжини.

В розділі розроблені і сформульовані перспективні напрямки розвитку досліджень процесу локальної деформації безперервновилитих заготовок у потоці МБВЗ. Розкрито переваги від реалізації процесу локальної деформації на заготовках великого перерізу. Сформульовані напрямки і задачі, які потребують додаткового вивчення при реалізації процесу на заготовках великого перерізу. Показано, що для розвитку цього напрямку доцільно додаткове більш глибоке вивчення деформованості сталей різного марочного складу.

ВИСНОВКИ

1. На підставі аналітичного огляду встановлено, що для поліпшення техніко-економічних показників процесу безперервного розливання сталі на МБВЗ перспективним є напрямок, який передбачає введення в процес безперервного розливання сталі різних прийомів обробки металів тиском. Обґрунтовано актуальність розроблюваного процесу.

2. З використанням методу кінцевих елементів розроблена математична модель нового процесу формозміни при локальній деформації сортової заготовки інструментом складної форми. Використовуючи розроблену математичну модель, виконані аналітичні дослідження формозміни в процесі локальної деформації.

Встановлено, що в поверхневому шарі, при ступені деформації м = 2570 %, утвориться зона утрудненої деформації. У проміжному шарі максимальна інтенсивність зсувних деформацій збігається з віссю симетрії зони деформації, і різко знижується поблизу зони ”жорстких кінців”. Центральний шар заготовки в інтервалі ступеня деформації м=530 % проробляється рівномірно по усій довжині зони деформації. Збільшення ступеня деформації м 30% приводить до виникнення ділянки зі зниженою деформованістю в центрі зони деформації, максимальна деформація зміщається до зони ”жорстких кінців”, де швидко згасає.

3. Фізичне моделювання, виконане на свинцевій моделі, дозволило уточнити результати аналітичних досліджень. Визначено, що етапи здійснення локальної деформації характеризуються наступними параметрами.

Перший етап здійснення локальної деформації.

При ступені деформації 25 % розподіл подовжніх деформацій по висоті зразка має відносно рівномірний характер.

Деформації зі ступенем 35 % супроводжуються зростанням величини подовжньої деформації в проміжному шарі, з локалізацією її в осьовій зоні. За межами геометричної зони деформації спостерігається зона стискання.

Ступінь деформації 40 % приводить до зниження стискаючих деформацій у зоні ”жорстких кінців”. Це викликає зменшення довжини зони утрудненої деформації, подовжня деформація поверхневих шарів стає більш інтенсивною, при незначному її зростанні в центральних шарах.

Зі збільшенням ступеня деформації 45 % відбувається локалізація подовжніх деформацій у зоні осі симетрії зони деформації, що є небезпечною ознакою, з погляду можливості порушення суцільності металу.

Другий етап локальної деформації (після кантування зразка).

Уже при 35 % відбувається локалізація подовжньої деформації в зоні контакту інструмента і штаби.

Ступінь деформації > 35 % характеризується локалізацією деформації в середній по висоті частині штаби. Локалізація подовжньої деформації на обмеженій ділянці штаби може являтися причиною вичерпання ресурсу пластичності, а, отже, не виключає ймовірності руйнування.

При > 55 % відбувається утворення зони стискаючих деформацій у жорстких кінцях.

Ґрунтуючись на вищевикладеному, зроблено висновок, що при локальній деформації безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ перевага надається здійснюванню процесу деформування з максимальним ступенем = 30-40 %.

4. При дослідно-промисловій реалізації процесу деформуванню піддавали сталеві зразки на стадії часткової і повної кристалізації. Дослідження макроструктури дослідних заготовок, підданих локальному обтисненню на стадії часткової кристалізації, зі ступенем деформації в інтервалі =30-40 % забезпечує відсутність поверхневих і внутрішніх тріщин. При цьому в осьовій зоні заготовки відсутні усадочні пори. Заварювання пористості відбувається при ступені деформації 30 %. Встановлено, що локальне обтиснення запобігає утворенню осьової пористості і в тому випадку, коли в процесі деформування фронти кристалізації не зімкнулися - рідкий прошарок, що залишився, швидко кристалізується. Поверхневі тріщини утворяться, якщо до моменту обтиснення товщина цілком затверділого шару менша 10-15 мм. Експериментально визначено характер і величини зусиль у силових гілках установки в процесі локальної деформації. Розраховано питомі тиски на першому і другому етапах деформування. Встановлено, що на першому етапі деформування питомі тиски залишаються практично на одному рівні (в інтервалі деформацій =30-40 %), а на другому етапі вони закономірно зменшуються по мірі збільшення обтиснення. Середній рівень питомих тисків на другому етапі деформування в 2-5 разів вище, ніж на першому. Отримані результати використані при розробці і проектуванні промислового устаткування для локальної деформації безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ.

5. Результати виконаних досліджень, дозволили розробити перспективні технологічні схеми реалізації процесу в умовах діючих МБВЗ. Сформульовано технологічні основи розроблюваного процесу. Розроблено технологічну схему реалізації процесу. Дано рекомендації до конструктивного виконання установок локальної деформації безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ.

6. На прикладі сучасного металургійного виробництва приведений розрахунок ефективності використання процесу локальної деформації в потоці МБВЗ. Показано, що використання процесу локальної деформації сортових безперервновилитих заготовок дозволить заощаджувати енергоносії, що витрачаються на нагрівання заготовок перед прокаткою в 3,7 рази. Локальна деформація безперервновилитої заготовки забезпечить зменшення кінцевої обрізі при прокатці сортових заготовок на 11 кг/т.

При переробці безперервновилитих заготовок великого перерізу величину кінцевої обрізі можна знизити в три рази, одержувати заготовки з підвищеною тепломісткістю, що дає можливість заощаджувати енергоносії при виробництві прокату.

Основні результати дисертації викладені в наступних роботах:

1. Киселев А.П. Основные направления развития способов снижения обрези при переработке непрерывнолитых заготовок //Металлургическая и горнорудная промышленность. -1998.-№ 4.- С. 31-33.

2. Киселев А.П., Лохматов А.П., Жучков С.М. Исследование качества непрерывнолитой заготовки в месте ее локальной деформации. //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999.-№ 5.- С. 50-54.

3. Полещук В.М., Лохматов А.П., Киселев А.П. Распределение деформаций при пережиме сортовой заготовки цилиндрическими бойками. // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов ИЧМ. Выпуск 3.- К.: Наукова думка, 1999. - С. 222- 227.

4. Жучков С.М., Киселев А.П. Локальная обработка давлением непрерывнолитых заготовок в потоке МНЛЗ. // Металлургическая и горнорудная промышленность. Труды V Международной научно-технической конференции, 2000. - № 8-9. - С.267-269.

5. Разность диагоналей непрерывнолитых заготовок квадратного и прямоугольного сечения, как средство диагностики их макроструктуры. /Жучков С.М., Лохматов А.П., Кулаков Л.В., Киселев А.П.. //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 3 - С.34-37.

6. Киселев А.П., Жучков С.М. Исследование энергосиловых параметров процесса локальной деформации сортовых непрерывнолитых заготовок в потоке МНЛЗ. //Производство проката. - 2001. - №1.

7. Киселев А.П., Жучков С.М. Повышение эффективности производства и переработки непрерывнолитых сортовых заготовок//Сборник трудов Междунар. научно-технической конф. ”Теория и практика производства проката” Липецк: Липецкий государственный технический университет, - 2001. -С. 471-476.

8. Пат. 2071845 RU, МКИ 6 В 21 В 1/ 02.Титановый слиток: /Марков А.Н., (UA), Левин И.В.(RU), Альтман П.С.(RU), Бычков А.П.(RU), Кавтаев Е.Е.(RU), Шибанов А.С.(RU), Коробщиков В.Г.(RU), Душин В.С.(RU), Кремнев В.Л.(RU), Крешенинин А.И.(RU), Киселев А.П. (UA), Камкина Л.Н.(RU)./ Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение - № ; Заявл. 31.03.1993; Зарегистр. 20.01.1997.-5 с.

АНОТАЦія

КИСЕЛЬОВ А.П. Дослідження процесу локальної деформації безперервновилитої заготовки і розробка технологічних основ його реалізації. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - ”Процеси та машини обробки тиском”, - Інститут чорної металургії ім. З.І.Некрасова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ, 2001.

Робота присвячена питанням підвищення економічної ефективності процесу виробництва і переробки сортових безперервновилитих заготовок.

Принцип процесу полягає в наступному: - безперервновилиту заготовку в місцях майбутнього різання на мірні довжини деформують на обмеженій ділянці (локально). Деформація повинна забезпечити ущільнення осьової пористості в зоні різання - це захистить від окислювання поверхні пір атмосферним киснем. У результаті локальної деформації зменшується площа перерізу заготовки. У випадку виконання процесу на стадії часткової кристалізації заготовки додатково з'являється можливість одержання заготовок з підвищеною тепломісткістю.

Для дослідження формозміни в процесі локальної деформації виконаний комплекс досліджень, що включає в себе розробку математичної моделі процесу, дослідження з її допомогою напруженого і деформованого стану. Уточнення результатів математичного моделювання виконали методом фізичного моделювання. Як матеріал моделі використовувався свинець.

Дослідно-промислову реалізацію здійснювали на спеціально спроектованій і виготовленій установці. Деформуванню піддавали сталеві зразки на стадії часткової і повної кристалізації.

Визначено технологічні основи розроблювального процесу, запропонована технологічна схема реалізації, розроблені перспективні технологічні схеми реалізації, сформульовані рекомендації з конструктивного виконання устаткування для локальної деформації безперервновилитої заготовки в потоці МБВЗ.

Ключові слова: локальна деформація, ступінь деформації, подовжня деформація, інтенсивність зсувної деформації, осьова пористість, підвищена тепломісткість, зниження кінцевої обрізі, економія енергоносіїв.

АННОТАЦИЯ

КИСЕЛЕВ а.п. Исследование процесса локальной деформации непрерывнолитой заготовки и разработка технологических основ его реализации. - рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - ”Процессы и машины обработки давлением”, - Институт черной металлургии им. З.И.Некрасова Национальной академии наук Украины, г.Днепропетровск, 2001.

Работа посвящена актуальным вопросам повышения экономической эффективности процесса производства и переработки сортовых непрерывнолитых заготовок за счет повышения выхода годного на прокатном переделе - снижение концевой обрези, а также более рационального использования тепла кристаллизующейся стали и снижения расхода энергоносителей при подогреве заготовок с повышенным теплосодержанием перед прокаткой.

На основе анализа существующих технологических схем производства и переработки непрерывнолитых заготовок определены приоритетные направления, и сформулированы принципы повышения эффективности технологической цепочки ”непрерывнолитая заготовка - готовый прокат”. Идея ввода процесса локальной деформации непрерывнолитой заготовки в поток МНЛЗ основана на особенностях присущих исключительно заготовкам, полученным способом непрерывной разливки. Принцип процесса заключается в следующем, - непрерывнолитую заготовку в местах будущего разделения на мерные длины деформируют (обжимают) на ограниченном участке (локально) длины. Деформация должна обеспечить уплотнение осевой пористости в зоне порезки - это предохранит окисление поверхности пор атмосферным кислородом. В результате локальной деформации уменьшается площадь разрезаемого сечения заготовки - снижается угар металла при порезке ”огнем”. В случае осуществления процесса локальной деформации на стадии частичной кристаллизации заготовки дополнительно появляется возможность получения заготовок с повышенным теплосодержанием, так как на участке деформирования кристаллизация осевой зоны заготовки полностью завершилась, а в недеформированной части заготовки содержится жидкая фаза металла.

Для исследования формоизменения в процессе локальной деформации выполнен комплекс работ, включающий разработку математической модели процесса, и исследование с ее помощью напряженного и деформированного состояния металла при локальной деформации инструментом сложной формы. Так как метод математического моделирования является приближенным, то для уточнения его результатов выполнили дополнительные исследования методом физического моделирования. В качестве материала модели использован свинец. Результаты математического и физического моделирования позволили установить следующее.

При степени деформации< 30 % происходит наиболее равномерная "проработка" (деформация) всех слоев заготовки в зоне локальной деформации и быстро затухает за его пределами. Степень деформации > 40 % вызывает локализацию продольной деформации в зоне минимального сечения деформируемой заготовки. Локализация продольной деформации на ограниченном участке полосы может явиться причиной наиболее высокой вероятности исчерпания ресурса пластичности, следовательно, и наиболее высокой вероятности разрушения. Процесс постепенной локализации продольных деформаций во всех слоях заготовки происходит до = 45 %. Дальнейший рост приводит к повышенной концентрации продольных деформаций всех слоев заготовки в минимальном сечении. Математическое и физическое моделирование позволило определить наиболее предпочтительный диапазон осуществимости процесса локальной деформации непрерывнолитой заготовки 30 % < < 40 %.

Опытно-промышленную проверку осуществляли на специально спроектированной и изготовленной установке. Деформированию подвергали стальные образцы на стадии частичной и полной кристаллизации. Исследование макроструктуры заготовок, подвергнутых локальному обжатию подтвердило, что в зоне деформации (= 30 -40 %) отсутствуют поверхностные и внутренние трещины. При этом в осевой зоне заготовки отсутствуют усадочные поры. Заварка пор происходит при степени деформации 30 %. Установлено, что локальное обжатие предотвращает образование осевой пористости и в том случае если в процессе деформирования фронты кристаллизации не сомкнулись - оставшаяся жидкая прослойка быстро кристаллизуется.

Экспериментально определены энергосиловые параметры процесса локальной деформации. Используя результаты выполненных исследований, разработаны перспективные технологические схемы реализации процесса, определены технологические основы разрабатываемого процесса, предложена технологическая схема реализации. Сформулированы рекомендации по конструктивному исполнению оборудования для локальной деформации непрерывнолитой заготовки в потоке МНЛЗ.

Ключевые слова: локальная деформация, степень деформации, продольная деформация, интенсивность сдвиговой деформации, энергосиловые параметры, осевая пористость, повышенное теплосодержание, снижение концевой обрези, экономия энергоносителей.

THE SUMMARY

Kiselev A. P. Research of process of the continuos casted billet local deformation and development the technological bases of its realisation. - Manuscript. The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.05 – “Processes and machines of processing by pressure”, Iron&Steel Institute named by Z.Nekrasov of National academy of sciences of Ukraine,. Dnepropetrovsk, 2001.

The work is devoted to questions of increase of an economic efficiency of process of manufacture and processing of continuos casted billets for merchant steel rolling mill.

The local deformation by cutting the continuos casted billet on measured length should ensure packing of axial porosity in the cutting zone to protect the surface of pores against oxidation by atmospheric oxygen. As a result of local deformation decreases the area of cross section of a billet. In case of performance of process at a stage partial crystalization of billet additionally appear an opportunity to obtain the billet with increased heat containing.

To study the local deformation was execute the complex of researches including development of mathematical model of process and research with its help the stressed and deformed state of metal. Checking and specification of results of mathematical modeling have executed by a method of physical modeling. As a material of model is used Рb.

Trial approbation carried out on the specially designed and made installation. The steel samples was subjected to deformation in both stages completely and partially crystallized.

The technological bases of developed process are determined, the technological circuits of realization are offered, the recommendations for design of equipment for local deformation of continuos casted billet in-line of CCM are formulated.

Keywords: local deformation, degree of deformation, longitudinal deformation, intensity of shift deformation, axial porosity, increased heat containing, final cuttings, energy saving.

В тексті автореферату налічується 5 рисунків, які видалені з електронного варіанту за браком місця.