CC BY
55
Из рис. 2 видно, что с увеличением предела прочности стальной трубы и применением более качественного бетона приводит к повышению несущей способности трубобетонной колонны.
Значения физических констант для компонентов композита
Физические константы Сталь Бетоны
М200 М350 М400
Модуль упругости, Е, 104 МПа 20 2 3 4
Коэффициент Пуассона, /л 0,33 0,2 0,2 0,2
Для принятых размеров трубобетонных колонн объемная доля сердечника составляет с = 0,96 . Приведенные модули упругости при этом, соответственно, равны
Епр1 = 2,72-104 МПа;
Епр2 = 3,68 -104МПа; Епр3 = 4,64 • 104МПа.
Относительные модули упругости для бетона при этом равны
Ёб1 =0,1; Ёб2 =0,15; Ёбз =0,2.
Соответственно, для трубы имеем
Ётр1 = 7,3529; Ёпр2 = 5,4347; ЁпрЪ = 4,31.
Таким образом, на основании математического аппарата механики сплошных сред из условий прочности определена несущая способность трубобетонных колонн.
Список литературы
1. Кришан A.JL, Кришан М.А., Сабиров P.P. Перспективы применения трубобетонных колонн на строительных объектах России // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1(45). С. 137-140.
2. Колмогоров Г.Л., Путилова Е.М., Сайгина J1.C. Несущая способность трубобетонных колонн под действием осевых усилий // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 4. С. 8-10.
3. Хан Х.Г. Теория упругости и основы линейной теории. Её применение. М.: Мир, 1988. 343 с.
4. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. Пер. с англ. / Р. Кристенсен. М.: Мир. 1982. 334 с.
5. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 636 с.
6. Гольденблат И.И., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1968. 269 с.
УДК 621.762.4.04
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ
КОНСТРУКЦИИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ
ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Босикова Е.Ю., Полякова М.А., Барышников М.П.
ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
В условиях рыночной экономики качество металлопродукции является одним из важнейших аспектов, определяющих ее конкурентоспособность на рынке. При этом наиболее приемлемой для развития металлургического производства и повышения эффективности при проведении различного рода реконструкций, либо модернизаций предприятий становится концепция освоения «глобального рынка» сбыта собственной продукции. В связи с этим, на первый план выступают вопросы, связанные с необходимостью обеспечивать и
поддерживать стабильно высокие показатели качества широкого размерно-марочного сортамента выпускаемой металлопродукции [1-5].
Качество металлопродукции зависит не только от технических и технологических решений, реализованных на производственных операциях, но и закладывается еще на этапе производства стали [6, 7]. Одним из эффективных способов обеспечения высокого качества металла является внепечная обработка стали. Среди существующих методов внепечной обработки расплава использование порошковой проволоки занимает особое место. Технология внепечной обработки металлургических расплавов порошковыми проволоками с различными наполнителями применяется в СНГ около 20 лет. Анализируя пройденный этап, можно отметить следующее. Порошковая проволока предназначена для внепечной обработки расплавов: для легирования, модифицирования, раскисления, десульфации, а также для доводки по химическому составу и температуре [8]. Технология обработки стали порошковой проволокой имеет ряд преимуществ, особенно при использовании элементов, введение которых в сталь затруднено по ряду причин: низкая плотность (Са, М^, С, В, 81, 8, 8е); низкая растворимость в жидкой стали (РЬ, Са, М^); низкая температура плавления (8, 8е, РЬ, М^, А\. Се, Са) и кипения (8, 8е, Са), а также высокая упругость пара (М§, Са, 8е, Те) и высокое сродство к кислороду (Са, Се, Ъх. А1, Т1, 81, №>). В последнее время с развитием технологий получения автолиста нового поколения порошковая проволока применяется для процессов прямого микролегирования стали ниобием и ванадием из смеси оксидов и восстановителей [9] .
Порошковая проволока состоит из наполнителя и металлической оболочки (рис. 1).
В качестве наполнителя используют достаточно однородные по составу смеси и отдельные материалы с размером частиц не более 2,5 мм, а в качестве металлической оболочки - холоднокатаную ленту из стали марки 08кп толщиной 0,4-0,5 мм и шириной 45-65 мм [9].
Стальная оболочка выполняет несколько важных функций:
- предохраняет от окисления легирующие элементы при прохождении через слой шлака на поверхности металла;
- защищает порошкообразные реагенты от воздействия атмосферы и влаги во время хранения и транспортировки;
- обеспечивает соответствующую жесткость проволоки, необходимую для прохождения шлакового слоя;
- задерживает непосредственный контакт реагентов с жидкой сталью.
Порошковая проволока вводится в жидкий металл с регулируемой скоростью с помощью трайб-аппаратов (рис. 2) [10].
Рис. 1. Сечение порошковой проволоки
\>
Рис. 2. Схема ввода порошковой проволоки в сталеразливочный ковш: 1 - ковш; 2 - направляющая труба; 3 - трайб-аппарат; 4 - разматывающее устройство; 5 - бухта порошковой проволоки
Технология изготовления порошковой проволоки заключается в непрерывном профилировании холодной ленты в роликовых волоках и одновременное заполнение ее порошком-наполнителем с последующим формированием замка, редуцированием и смоткой готовой продукции в бунты (рис. 3) [11].
\ \ /
ш
т
и
5 6 8
Й
ш
ш
I
-V-
МИ Ц\\
и к л
в Г Д Е
Рис. 3. Схема формирования проволоки с фальцевым швом
В группе горизонтальных рабочих клетей 1-2 формующего стана исходной ленте (позиция^) последовательно придается форма и-образного желоба (позиции 1>. 5), в который посредством дозатора 3 со стороны низкой вертикальной стенки засыпается порошковый наполнитель (позиция Г), после чего заготовка попадает в валки 4 устройства 5, где порошок разравнивается и уплотняется. Затем желоб с порошком (позиция Д) заходит в валки вертикальной клети 6 и сворачивается в трубчатую заготовку (позиция Е) с отбортовкой краев желоба под замковое соединение. Заготовка поступает в роликовое устройство 7 для закрытия замка, где с помощью горизонтальных и вертикальных калиброванных роликов осуществляется окончательное закрытие замка (позиции Ж, 3). В вертикальной клети 8 верхняя часть замка подгибается (позиция II) для более плотного прилегания наклоненного замка к профилю а последней горизонтальной клети 9 с образованием г-образного замкового соединения в виде лежачего фальцевого шва и гофра, прилежащего к шву (позиция К). Гофр препятствует раскрытию замкового соединения при последующем редуцировании порошковой заготовки в блоке 10 трехвалко-вых клетей (позиция Л). Каждый трехвалковый круглый калибр позволяет уменьшать диаметр заготовки до 5 %; при большем обжатии возможно раскрытие фальцевого шва из-за значительного уменьшения периметра заготовки. Принятая и-образная форма желоба с разновысотными стенками надежно заполняется шихтой, падающей сверху из дозатора со стороны низкой стенки, позволяет уплотнять порошок по всей ширине желоба, а также ведет себя устойчиво при деформации в вертикальных валках, образующих трубчатое сечение [11].
В ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК-МЕТИЗ» для производства конкурентоспособной на рынке металлопродукции существует необходимость совершенствования конструкции порошковой проволоки. Рассмотрим ряд эффективных технических решений, которые позволяют улучшить эксплуатационные свойства порошковой проволоки и не требуют значительных затрат на модернизацию.
Для изготовления порошковой проволоки, а также для формирования её в удобные для поставки и применения бухты предлагается [12] изменить конструкцию шва. Для формирования такой проволоки с фальцевым швом необходимо 11 калибров (рис. 4).
Рис. 4. Калиброванные валки формовочного стана (1-11 - номера калибров)
В калибрах 1-3 из ленты формируется и-образный желоб с разновысотными стенками. В калибре 4 порошок разравнивается и уплотняется, а в калибре 5 сворачивается трубчатая заготовка. В калибре 6 происходит подгибка отбортованного края на 40-50 град. В калибре 8 формируется овальное сечение, а также производится подгибка верхней части фальцевого шва до угла 5-10 град. Калибр 9 из овала формирует круглое сечение заго-
товки, а калибры 10, 11 редуцируют ее до заданного диаметра порошковой проволоки. Калибры 5, 7 и 8 образуются вертикальными валками, калибры 10 и 11 являются трехвалковыми и повернуты один относительно другого на 60 град. Все остальные калибры образованы горизонтальными валками [12, 13].
Данный способ имеет ряд преимуществ [12]:
- исключение формирования асимметричной отбортовки краев ленты в черновых проходах и применение специального устройства для формирования замкового соединения существенно упрощают калибровку валков формирующих клетей стана;
- сокращается число рабочих (формирующих) клетей с 6 до 4. Применение регулируемого устройства для формирования и закрытия замкового соединения, а также создание продольного гофра, прилежащего параллельно замковому соединению, значительно повышает качество и надежность трубчатой замковой проволо-
- повышается на 20-25 % коэффициент заполнения профиля порошковым наполнителем. Редуцирование трубчатой заготовки протягиванием через калибры сдвоенной трехроликовой клети позволяет из одной исходной ленты без изменения калибровки валков формирующих клетей получать несколько смежных размеров проволоки, что существенно сокращает затраты на расширение парка калибровочных валков и подготовки исходных лент различной ширины.
Другой проблемой использования порошковой проволоки является ее преждевременное разрушение в расплаве металла. Если оболочка порошковой проволоки разрушается слишком рано в результате быстрого расплавления сразу после проникновения в металлическую ванну, и содержимое проволоки высвобождается вблизи поверхности ванны, это может привести к тому, что вещество, содержащееся в порошковой проволоке, не вступит в контакт с плавающим на поверхности шлаком и будет, таким образом, утрачено. Или, например, массовое высвобождение кальция на небольшой глубине в ванне жидкого металла вызывает бурную реакцию и выбросы жидкого металла, что может привести к несчастным случаям. Также, если глубина проникновения проволоки является слишком маленькой, существует вероятность неравномерного распределения компонентов, содержащихся в ней.
Другим возможным вариантом совершенствования конструкции порошковой проволоки является использование оболочки, которая, сгорая и не оставляя при этом нежелательных зольных остатков, на короткое время замедляет распространение тепла в направлении середины проволоки, причем эта оболочка выполнена из бумаги пиротехнического назначения, являющейся горючей и теплоизолирующей [14]. Таким образом, увеличивая количество слоев этой бумаги, можно выиграть дополнительное время для введения порошковой проволоки в более глубокие слои расплава, тем самым избежать выброса жидкого металла, выделения дымов и повысить эффективность операции введения добавок с помощью порошковой проволоки. Также поверх оболочки из пиротехнической бумаги размещают металлический защитный слой, с тем, чтобы избежать повреждения слоев пиротехнической бумаги во время наматывания и разматывания порошковой проволоки на катушку. Конструкция такой проволоки представлена на рис. 5, а. Причем, пиролизующийся слой располагается так, чтобы избежать контакта металл - металл. На рис. 5, б показана проволока, в которой пиротехнический слой находится с внутренней стороны металлической оболочки. Такой вариант реализации не совсем целесообразен, ввиду тех факторов, что защищать от теплового воздействия необходимо именно внешнюю оболочку.
Техническая реализация данного способа представляет собой включение дополнительного блока в производственную линию, с помощью которого будет осуществляться формирование защитного слоя, состоящего из пиротехнической бумаги и тонкого металлического листа. Данный блок представляет собой агрегат спиральной навивки бумаги с последующей группой клетей, формирующих защитную металлическую оболочку. В качестве оборудования для навивки бумаги возможно использование оборудования для производства картонных шпуль. Причем данная технология совместима со всеми конструкциями порошковых проволок и оборудованием для их производства.
а
6
Рис. 5. Сечение порошковой проволоки с защитным пиротехническим слоем: а - защитный слой снаружи металлической оболочки; б - защитный слой прикреплен к внутренней поверхности стальной оболочки
Таким образом, реализация предлагаемых технических решений на практике является недорогим и надежным способом решения ряда практических проблем, связанных не только с производством порошковой проволоки, но и с ее применением при вне печной обработке.
Работа проведена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства с участием высшего образовательного учреждения (Договор № 02.G25.31.0178 от 01.12.2015 г.), проектной части государственного задания в сфере научной деятельности (Договор № 11.1525.2014К от 18.07.2014 г.), а также при финансовой поддержке РФФИ (№ 16-3800619 мол а).
Список литературы
1. Научно-педагогическая школа Магнитогорского государственного технического университета по управлению качеством продукции и производственных процессов / Г.С. Гун, И.Ю. Мезин, А.Г. Корчунов, М.В. Чукин, И.Г. Гун, Г.Ш. Рубин // Качество в обработке материалов. 2014. № 1(45). С. 5-9.
2. Генезис научных исследований в области качества металлопродукции / Г.С. Гун, И.Ю. Мезин, Г.Ш. Рубин, A.A. Минаев, А.Б. Назайбеков, X. Дыя // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 92-97.
3. Корчунов А.Г., Чукин М.В., Гун Г.С., Полякова М.А. Управление качеством продукции в технологиях метизного производства. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2012. 164 с.
4. Голубчик Э.М. Адаптивное управление качеством металлопродукции // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 63-69.
5. Голубчик Э.М. Адаптивные подходы к управлению качеством продукции в многовариантных технологических системах // Методы менеджмента качества. 2013. № 7. С. 36-41.
6. Корчунов А.Г. К вопросу обеспечения качества продукции в технологиях метизного производства // Металлург." 2008. № 10. С. 67-72.
7. Корчунов А.Г. Совершенствование методики управления качеством продукции в технологических процессах метизного производства // Производство проката. 2008. № 12. С. 8-13.
8. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Павлюченков И.А., Болотов В.Ю. Прецизионная обработка металлургических расплавов. М.: Теплотехник, 2007. 424 с.
9. Каблуковский А.Ф. Внепечная обработка стали порошковой проволокой. М.: Металлургиздат, 2006.
288 с.
10. Шкирмонтов А.П., Курагин О.В., Долбилов С.Б., Никифоров Б.А., Никулин А.Ю. , Логийко Г.П. Технологические способы обработки жидкой стали порошковой проволокой. М., 1990. 27 с.
11. Есипов В. Д. Критерии качества порошковой проволоки для вне печной обработки стали // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 2002. № 3. С. 37-39.
12. Патент 2086380 РФ. Способ изготовления порошковой проволоки для внепечной обработки стали и технологическая линия для его осуществления / Есипов В. Д., Мичурин Б.В., Гришенков В.М. Открытия. Изобретения. 1997. № 22. С. 17.
13. Есипов В.Д., Мичурин Б.В., Смирнов И.И. и др. Формовочный стан для производства порошковой проволоки с замковым соединением // Черная металлургия: Бюл. НТИ. 1998. № 8. С. 46-48.
14. Патент 2381280. Проволока с наполнителем. А. Пулальон. Опубл. 10.02.2010.
15. Аксенова КВ., Барков Л.А., Барышников М.П., Бреда М„ Валиев Р.З., Волокитина И.Е., Голубчик Э.М., Громов В.Е., Гун Г.С., Гундеров Д.В., Дельгадо Рейна С.Ю., Довженко H.H., Дроздова Т.Н., Дыя Х.И., Емалеева Д.Г., Ефимова Ю.Ю., Иванов Ю.Ф., Калльяри И., Колокольцев В.М., Коновалов С.В. и др. Инновационные металлические материалы / под общ ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2016. 371 с.
16. Чукин М.В., Корчунов А.Г., Бакшинов В.А., Барышников М.П., Гун Г.С., Долгий Д.К., Ефимова Ю.Ю., Колокольцев В.М., Копцева Н.В., Куранов К.Ю., Лебедев В.Н., Мезин И.Ю., Полякова М.А., Чукин В.В. Производство высокопрочной стальной арматуры для железобетонных шпал нового поколения / Под общей редакцией М.В. Чукина. М.: Металлургиздат, 2014. 276 с.
17. Актуальные проблемы квалиметрии метизного производства в период зарождения шестого технологического уклада / Г.С. Гун, М.В. Чукин, Г.Ш. Рубин, И.Ю. Мезин, А.Г. Корчунов / Металлург. 2014. № 4. С. 92-95.
18. Перспективы производства высокопрочного крепежа из заготовок из углеродистых сталей с ультрамелкозернистой структурой / М.В. Чукин, М.А. Полякова, Г.Ш. Рубин, Н.В. Копцева, Г.С. Гун // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 1. С. 39-44.
19. Исследование физико-механических свойств и структуры высокопрочных многофункциональных сплавов инварного класса нового поколения / М.В. Чукин, Э.М. Голубчик, Г.С. Гун, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефи-
мова, Д.М. Чукин, А.Н. Матушкин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 43-47.
20. Гун Г.С. Инновационные методы и решения в процессах обработки материалов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 4 (48). С. 99-113.
21. Nanodimentional stra-ctural part formation in high carbon steel by thermal and deformation processing / M.V. Chukin, A.G. Korchunov, G.S. Gun, M.A. Polyakova, N.V. Koptseva // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. № 5 (45). Pp. 33-35.
22. Гун Г.С., Чукин М.В., Рубин Г.Ш. Управление качеством в метизном производстве //Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 4 (34). С. 106-111.
23. Разработка теории квалиметрии метизного производства / Г.Ш. Рубин, М.В. Чукин, Г. С. Гун, Д.М. Закиров, И.Г. Гун // Черные металлы. 2012. № 7. С. 15-20.
24. Перспективы производства высокопрочной стальной арматуры из высокоуглеродистых марок стали /М.В. Чукин, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, М.А. Полякова//Черные металлы. 2012. № 12. С. 8-16.
25. Высокопрочная арматура для железобетонных шпал нового поколения / С.Н. Ушаков, М.В. Чукин, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, М.А. Полякова//Путь и путевое хозяйство. 2012. № 11. С. 25-27.
26. Белалов Х.Н., Клековкин A.A., Клековкина H.A., Гун Г.С., Корчунов А.Г., Полякова М.А. Стальная проволока: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 689 с.
27. Особенности реологических свойств конструкционных наносталей / Чукин М.В., Гун Г.С., Барышников М.П., Валиев Р.З., Рааб Г.И. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 1. С. 24-27.
28. Гун Г.С., Чукин М.В. Оптимизация процессов технологического и эксплуатационного деформирования изделий с покрытиями: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 323 с.
29. Производство стальной проволоки: Монография / Белалов Х.Н., Клековкина H.A., Клековкин A.A., Никифоров Б.А., Гун Г.С., Корчунов А.Г., Зюзин В.И., Кулеша В.А., Савельев Е.В. Магнитогорск: МГТУ, 2005. 543 с.
30. Создание и развитие теории квалиметрии металлургии / Гун Г.С., Рубин Г.Ш., Чукин М.В., Гун И.Г., Мезин И.Ю., Корчунов А.Г. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2003. № 5. С. 67.
31. Зюзин В.И., Клековкина H.A., Харитонов В.А., Барыкин Н.П., Барышев С.А., Галлямов Э.Ф., Дудин ДА., Дудина J1.A., Евтеев Е.А., Ишбаева JIM., Калугина Т.Ф., Клековкин A.A., Кулеша В.А., Незнаева Н.М., Петров В.П., Покачалов В.В., Портсман Ю.Н., Радионова J1.B., Радионов A.A. и др. Ресурсосбережение в метизном производстве (теория и практика работы Белорецкого металлургического комбината): Коллективная монография / Магнитогорск: МГТУ, 2001. 163 с.
32. Рубин Г.Ш., Гун Г.С., Пудов Е.А. Комплексная оценка качества стальной канатной проволоки // Сталь. 1983. № 1. С. 56.
33. Гун Г.С., Пудов Е.А., Иванова Л.Б. Оптимизация процессов обработки давлением по комплексному критерию качества // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1982. № 8. С. 62.
34. Разработка, моделирование и совершенствование процессов производства шаровых автомобилей / И.Г. Гун, И.А. Михайловский, Д.С. Осипов, В.И. Куцепендик, В.В. Сальников, Е.И. Гун, A.B. Смирнов, A.B. Смирнов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 52-57.
35. Разработка процесса планетарно-поворотной обкатки / И.А. Михайловский, В.И. Куцепендик, Е.И. Гун, И.Г. Гун, В.В. Сальников // Металлургические процессы и оборудование. 2014. № 1 (35). С. 39-45.
36. Применение логики антонимов для комплексного анализа качества автомобильного крепежа / Д.М. Закиров, Д.С. Осипов, И.Г. Гун, A.B. Сабадаш, C.B. Овчинников, В.В. Майстренко, И.Ю. Мезин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. № 4 (32). С. 57-62.
37. Гун И.Г., Михайловский И.А., Осипов Д.С. Квалиметрическая оценка и повышение результативности сквозной технологии и системы менеджмента качества производства шаровых пальцев: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 147 с.
38. Гун И.Г., Рубин Г.Ш., Сальников В.В., Артюхин В.И., Калмыков Ю.В., Левченко П.Е. Комплексная оценка эффективности процессов производства шаровых пальцев: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 133 с.
39. Комплексная оценка результативности сквозных технологий производства с использованием логики антонимов на примере шаровых пальцев / И.Г. Гун, И.А. Михайловский, Д.С. Осипов, В.В. Сальников//Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. Т. 1. № 9. С. 6771.
40. Методика проведения и обработка результатов объединенных испытаний верхних шаровых пальцев передней подвески автомобилей ВАЗ 2101-2107 / И.А. Михайловский, И.Г. Гун, В.В. Лапчинский // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2004. № 4. С. 43.
