УДК 669.18:621.746
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ПОЛОСТИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА НА ФОРМУ ТОНКОГО СЛЯБА
© Сивак Борис Александрович, канд. техн. наук, проф. ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И.Целикова». Россия, Москва. E-mail: sivak@vniimetmash.ru Данилов Владимир Львович, д-р техн. наук, проф. ФГОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э.Баумана». Россия, Москва Статья поступила 27.09.2013 г.
Представлены результаты математического моделирования деформирования тонкого сляба в кристаллизаторе с воронкообразной полостью при условии обеспечения линейного изменения свободного зазора между слябом и узкой стенкой кристаллизатора при различных скоростях разливки. Установлено, что сляб на выходе из кристаллизатора может сохранять выпуклость центральной части широкой грани. Рассмотрен процесс обжатия сляба с целью устранения остаточной выпуклости.
Ключевые слова: кристаллизатор; тонкий сляб; деформирование; зазор; ползучесть.
Важная особенность тонкослябового кристаллизатора - наличие в его верхней части воронкообразной полости для ввода погружного стакана - позволяет расчетным путем определить такие геометрические параметры этой полости, которые обеспечивают линейный закон изменения ширины сляба вдоль кристаллизатора. Это обстоятельство приводит к возможности использования конструкции кристаллизатора с постоянной конусностью, что особенно удобно при его перенастройке под различные размеры сляба в процессе разливки [1].
Разработанная авторами математическая модель [2-4] и проведенные на ее основе расчеты [5] деформирования широкой грани тонкого сляба при его движении внутри кристаллизатора показали, что при синусоидальной форме воронки (в плане) и одновременном линейном изменении амплитуды и параболическом изме-
нении ширины воронки по высоте существуют такие начальные значения амплитуды, ширины и длины воронки, при которых свободный зазор оказывается прямолинейным. Результаты анализа этих геометрических параметров воронкообразной части кристаллизатора представлены на рис. 1. В расчетах принимали: толщина сляба А$ = 50 мм; ширина сляба В = 1400 мм; скорость разливки и = 3-6 м/мин; высота кристаллизатора Ь = 1000 мм. Закономерности деформирования стали при температурах непрерывной разливки приняты согласно экспериментальным данным работы [6] для стали 20: степенной закон ползучести с показателем степени 4,16.
Геометрические параметры воронки, обеспечивающие линейное изменение зазора, имеют монотонную зависимость от величины скорости разливки. Длина воронки во всех случаях превосходит высоту кристаллизатора (рис. 1, в). Это
54 52 50
I 48
46 44
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 и, мм/мин
1160 1150 1140
S 1130
Я
1120 1110
1100
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 и, мм/мин
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 и, мм/мин
Рис. 1. Влияние скорости вытягивания слитка на амплитуду (а), ширину (б) и длину (в) воронкообразной полости
кристаллизатора
Рис. 2. Конечно-элементная модель взаимодействия тонкого сляба с роликом
Рис. 4. Поле перемещений поверхности сляба после прохождения ролика
Рис. 3. Поле эквивалентного напряжения до и после прохождения слябом ролика
3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 ^ Координата по ширине слитка, мм
Рис. 5. Центральная часть поверхности сляба до (1) и после (2) прохождения ролика
означает, что на выходе из кристаллизатора сляб будет иметь в средней части широкой грани остаточную выпуклость.
Таким образом, возникает необходимость устранения этой выпуклости непосредственно под кристаллизатором. Эта задача может быть решена размещением подвесной секции из одной или двух пар роликов. С целью исследования напряженно-деформированного состояния сляба при его прохождении в растворе роликов была поставлена и решена соответствующая задача на основе метода конечных элементов [7]. На рис. 2 изображена конечно-элементная модель верхней половины не полностью затвердевшего тонкого сляба с образовавшейся выпуклостью и одного ролика (в силу симметрии задачи). Оболочка сляба испытывает давление жидкого металла, ролик принят недеформи-руемым. Результаты расчетов представлены на рис. 3-5.
Из-за высокой температуры оболочки сляба и интенсивной ее деформации уровень механических напряжений невысок (см. рис. 3).
Деформирование оболочки сляба локализуется в области остаточной выпуклости и полностью ее устраняет (рис. 4). На рис. 5 в увеличенном масштабе дано сравнение размеров выпуклости до входа сляба под поддерживающий ролик и сразу после выхода из-под него. Так как упругие деформации пренебрежимо малы по сравнению с деформациями ползучести, то сляб по широкой грани приобретает полностью плоскую форму.
Заключение. С использованием математической модели исследован случай, когда геометрические параметры воронкообразной части кристаллизатора, обеспечивающие линейное изменение свободного зазора между слитком и стенками кристаллизатора по всей его высоте, реализуются при условии, что на выходе слитка из кристаллизатора остается воронкообразная полость. Это вызывает образование остаточной выпуклости на широкой грани сляба, для устранения которой путем обжатия сляба предложено размещать под кристаллизатором секцию из пары подвесных роликов.
Библиографический список
1. Зарубин С.В., Сивак Б.А., Шифрин И.Н. и др. Оптимизация перенастройки тонкослябового кристаллизатора в процессе непрерывной разливки стали // Сталь. 1997. № 4. С. 25-27.
2. Сивак Б.А. Взаимодействие формирующегося тонкого сляба с рабочей поверхностью кристаллизатора // Металлург. 2013. № 12. С. 50-52.
3. Сивак Б.А. Математическое моделирование формы рабочей полости тонкослябового кристаллизатора // Металлург. 2011. № 12. С. 65-68.
4. Данилов В.Л., Зарубин С.В., Сивак Б.А. и др. Взаимодействие слитка с кристаллизатором при непрерывном литье тонких слябов // Изв. вузов. Черная металлургия. 1997. № 6. С. 11-13.
5. Сивак Б.А., Данилов В.Л. Анализ геометрических параметров воронкообразной части кристаллизатора при непрерывном литье тонких слябов // Металлург. 2014. № 2. С. 65-67.
6. Бойцов Ю.И., Данилов В.Л. Высокотемпературная ползучесть непрерывнолитых сталей. Расчеты на прочность. М. : Машиностроение, 1990. Вып. 31. С. 237-244.
7. Басов К.А. ЛЫБУБ: справочник пользователя. М. : ДМК Пресс, 2005. 640 с.
INFLUENCE OF GEOMETRIC PARAMETERS OF MOULD WORKING CAVITY ON THIN SLAB SHAPE
© Sivak B.A., Cand. Sci. (Eng.), prof.; Danilov V.L., Dr Sci. (Eng.), prof.
Results of mathematical modeling of thin slab straining in mould with cone-shaped cavity are shown provided that linearity of gap between narrow crystallizer wall and slab at different casting speeds. It was established that the slab at the outlet can maintain bump of central part. The method to eliminate such residual bump is considered. Keywords: crystallizer; thin slab; straining; gap; creep.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
«Сименс» и «Станкопром» подписали соглашение о сотрудничестве
«Сименс» и системный интегратор российской станкостроительной отрасли «Станкопром» (входит в Госкорпорацию Ростех) намерены развивать стратегическое сотрудничество в области станкостроения, проектирования и разработки сложных, специальных, высокоточных и высокоскоростных станков, а также в создании и оснащении учебно-технологических центров для обучения персонала. Подписанное соглашение призвано способствовать усилению взаимодействия между компаниями в рамках реализации дальнейших проектов.
«Сименс» успешно зарекомендовал себя в качестве партнера на российском рынке. Так, на протяжении многих лет «Сименс» реализует различные проекты с Савеловским машиностроительным заводом и Волжским машиностроительным заводом.
Сотрудничество «Сименс» и «Станкопрома» прогнозируется плодотворным, поскольку «Сименс» является признанным мировым лидером в области производства СЧПУ (систем числового программного обеспечения), а «Станкопром» консолидирует в своей структуре ведущие российские станкостроительные предприятия, расположенные в 8 регионах России.
Соглашение между «Сименс» и «Станкопромом» заключено в рамках стратегического партнерства между «Сименс» и Ростехом. Так, в 2013 г. были подписаны соглашения о сотрудничестве и партнерстве между «Сименс» и входящими в Ростех Объединенной двигателестроительной корпорацией (ОДК), Технопромэкспортом и «ВСМПО-Ависма». Кроме того, в рамках Международного авиасалона МАКС-2013 Siemens PLM Software и ОДК договорились о сотрудничестве в области программ- „ ного обеспечения управления жизненным циклом изделия. S
ООО «Сименс», пресс-офис ч
тк.
О>
с;
с;
<
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.