CC BY
37
Расчёт скоростных напряжений при протяжке проволоки в клиновидном очаге.
В.А.Харитонов, С.М.Головизнин
3. Enghag Per, Larsson Rune, Pettersson Kjell. An investigation into the forces and friction in wire drawing // Wire Ind. 2001. 69. № 809. P. 272-273, 275-277.
4. Золкин B.H. Общность явлений, возникающих при упругом и пластическом деформировании, при разрушении твёрдыхтеп, а также при течении жидкости и газа // Прогрессивные процессы производства проката из цветных металлов и сплавов: Темат. сб. науч. тр. М.: Металлургия, 1990. С. 5-19.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 4. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. 736 с.
6. Анализ износостойкости волок из природных и синтетических алмазов при волочении латунированной проволоки /
Рыжков В.Г., Клековкина H.A., Кузнецов М.Г. и др. // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2002. С. 114-121.
7. Головизнин С.М., Рыжков В.Г. Особенности износостойкости волок из СВ при волочении латунированной проволоки //
Материалы 63-й НТК по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг.: Сб. докл. Т. 2. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 267-271.
УДК 621.771.25 С. И. Платов
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ КАТАНКИ И МЕЛКОГО СОРТА*
Тепловой режим при сортовой прокатке в чистовом блоке и траектория охлаждения после прокатки в значительной мере определяют механические свойства катанки и мелкого сорта.
Применение регулируемого междеформаци-онного охлаждения позволяет реализовать в чистовом блоке режимы контролируемой прокат -ки, термомеханической обработки и двухфазной прокатки, которые существенно расширяют воз -можности стана в получении высоких потребительских свойств продукции [1].
На водяном участке линии охлаждения про -исходит наиболее интенсивное охлаждение металла. Поскольку охлаждение на этом участке ведется с очень высокой скоростью, по сечению проката возникает значительная температурная неоднородность. Поэтому одна из основных за -дач, которую необходимо решить при проектировании участка ускоренного охлаждения, -снижение температурной! неоднородности по сечению катанки и мелкого сорта.
Математическая модель охлаждения построена на основе известного соотношения Остроградского для энтальпии:
і QsdS = \\ч -%№
dt
(1)
где Qs - тепловой поток через элемент поверхности Б; q - мощность объемного энерговыделения; Ь - удельная энтальпия; V - элемент объема.
В работе принимали участие Урцев В.Н., Муриков С.А., Хабибу лин Д.М., БердичевскийЮ.Е. (Исследовательско-технологический центр «Аусферр», ООО «Спрэйин Системе Санкт-Петербург. РУС»)
Интегрирование в правой части уравнения ведется по элементу объема, а в левой - по окружающей его поверхности.
Применяя это уравнение к расчету температурных полей в круглой стали, используем еле -дующие допущения:
- теплообменом по длине штуки пренебре-гаем;
- тепловые потоки и поля считаем аксиально-симметричными.
С учетом этих допущений тепловая задача становится одномерной! нестационарной аксиально-симметричной Выражая энтальпию через температуру, уравнение (1) можно переписать для кольца с внутренним радиусом И и внешним И2 в ввде:
R,
ят
Q(R2 )R + Q(R1 )R1 = -\~tCPrdr
(2)
где Q (Я) - поток тепла из кольца через поверхность радиуса И; Т - температура; с - теплоемкость; р - плотность металла.
Для решения уравнения (2) необходимо задать начальное распределение температур по сечению металла и тепловые условия на ее поверхности.
Градиенты температур на входе в секцию водяного охлаждения по сравнению с градиентами, возникающими в ходе охлаждения, незначительны, и начальное распределение температур можно считать постоянным.
На участке ускоренного охлаждения катанка находится в граничных условиях двух ввдов: во время нахождения внутри секции она охлаждается
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ
задачи теплопроводности
водой, а во время ее нахождения между секциями - воздухом и радиационным теплообменом.
Для численного решения уравнения (2) не об -ходимо перейти от интегрирования и дифференцирования к конечным разностям. Наиболее пр -лесообразно для одномерного аксиально-сим -метричного случая разбиение тела сеткой, состоящей из вложенных цилиндрических колец (рис. 1). При этом внешний теплообмен задается
Расстояние до начала секции, м
Рис. 2. Скорость изменения температуры при прохождении включенной секции № 1
6,5
к
га
X
§ 2 £ *
<и I
в- I # * п о 5 га
£ I
^ С
I 5
5
>
О
5,5
4,5
4
3 5 7
Количество секций на линии охлаждения
Рис. 3. Зависимость суммарной эффективной длины секций от общего количества секций на линии охлаждения
только для внешнего слоя, а остальные обмениваются между собой теплом кондуктивно.
Теплообмен 1-го слоя происходит только че -рез его границы с соседними слоями, обозначенными индексами 1+1 и 1-1.
С использованием модели были произведены расчеты для различных диаметров катанки и мелкого сорта в диапазоне от 6 до 12 мм. При этом скорость прокатки изменялась от 50 м/с для диаметра 6 мм до 12,5 м/с для диаметра 12 мм (с соблюдением закона постоянства секувдных объемов).
Результаты расчетов для тепловых процессов в камере водяшго охлаждения сввдетельствуют о том, что при входе металла в секцию быстро охлаждается его поверхность, затем тепловой фронг постепенно перемещается к центру. Это сопровождается значите ль ным перепадом температур по толщине.
Как видно из рис. 2, скорость теплосъема максимальна в начале водяной секции, а затем быстро спадает. Примерно половина теплосъема приходится на начало водяной секции (первые 0,15 м). Поэтому увеличе-ние длины секций не оказывает значительного влияния на количество отводимого ими тепла.
На участке выравнивания температур (воздушном участке) происходит передача тепла от более нагретой сердцевины катанки к охлажденной поверхности, в результате чего уменьшается температурный перепад по сечению.
Результаты расчетов показывают, что с увеличением протяженности участка воздушного охлаждения достигается более равномерное распределение температуры по сечению металлопроката.
В мировой практике для охлаждения катанки и мелкого сорта после горячей прокатки применяются линии охлаждения с различным количеством и длиной секций. Для условий непрерывного мелкосортнопроволочного стана 290 был проведен анализ тепловых процессов в линиях охлаждения, состоящих из различного количества секций: трех пяти и семи.
6
5
Моделирование процесса охлаждения катанки и мелкого сорта
С.И. Платов
При этом длина и количество действующих секций выбиралась так, чтобы обеспечить одинаковую конечную температуру 750°С.
Зависимость суммарной эффективной длины водяных секций от компоновки линии охлажде -ния представлена на рис. 3.
Таким образом, температуру проката можно снизить приблизительно на одну и ту же величину, применяя различную компоновку линии. Ком -поновка должна выбираться, исходя из дополнительных требований к охлаждению, в частности, минимизации температурной неоднородности по сечению металла и повышению общей тепловой эффективности водяного охлаждения.
Результаты исследований позволяют разрабатывать режимы контролируемой прокатки и термомеханической обработки, а также режимы прокатки в двухфазной области, обеспечивающие условия для протекания деформационно-стимулированного аустенигно-ферригного пре -вращения. Кроме того, они необходимы для конструирования эффективных секций охлажде -ния [2].
В настоящее время заключен контракт с фирмой «Spraying Systems» (Германия) на изготовление секций водяного охлаждения новых конструкций и их опробование на одном из ме -таллургических предприятий Германии.
Библиографический список
Формирование структуры и механических свойств сталей / УрцевВ.Н., РашниковВ.Ф., Морозов А.А. и др.; Под ред. В.Ф. Раш-никова. 4 кн. Магнитогорск: Отделение металлургии Академии проблем качества РФ, 1998. 158 с.
Совершенствование охлаждения проката на мелкосортно-проволочном стане / Морозов С.А., ХабибулинД.М., Воронков С.Н., Урцев В.Н., Бердичевский Ю.Е., Платов С.И. // Сталь. 2003. № 8. С. 39-41.
УДК 621
Б. А. Дубровский, Б. А. Никифоров, В. А. Харитонов, Л. В. Радионова
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ КРУГЛОГО СОРТОВОГО ПРОКАТА НА ЛИНИН ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ ПРОКАТНОГО СТАНА
Основными путями улучшения качественных характеристик сортовой стали являются, как известно, микролегирование стали, термическое упрочнение и применение контролируемой прокатки. Рациональные технологии производства должны обеспечивать формирование геометрических размеров, структуры и свойств готовой продукции с учетом влияния каждого этапа обработ-ки. Такой подход целесообразен для любого производства и удачно реализуется в различных схемах термомеханической обработки, когда формирование деформационной структуры, управление фазовыми и текстурными превращениями достигаются путем регламентации режимов обработки металлов давлением и термической обработки.
Реальш существующие технологические процессы на конкретных станах характеризуются большим разнообразием диапазона изменения технологических параметров, различные сочетания которых могут привести к совершенно раз -личным конечным механическим свойствам даже для одной и той же марки стали и для одного и того же вида и размера профиля. На основании современных представлений о количественном описании закономерностей структурных и фазо-
вых превращений стали при ее деформационно -термических обработках, таких как контролируемая прокатка, термомеханическая обработка и другие, необходима разработка математической модели для прогнозирования и оптимизации ко -нечной структуры и свойств проката из углеродистых и низколегированных сталей.
Для математического моделирования процессов превращения аустенига углеродистых и низколегированных сталей при прерывистом охлаждении необходимо решить тепловую зада -чу в осеесимметричном случае для расчета температурных полей по радиусу г и в зависимости от времени Ї.
Процессы охлаждения круглого проката могут быть описаны дифференциальными уравне-ниями теплопроводности, составленными на ос -нове закона сохранения энергии, записываемого в общем случае как [1]:
---1 +----2 =----, (1)
где ёШ1 - количество теплоты, Дж, введенное в элементарный объем путем теплопроводности
