Исследование напряженного состояния в очаге деформации на установке совмещенного литья и деформации стальных листов : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.02.09

📅 2019 год
Шевелев, М. М.
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………… 5 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР……………………………………………… 10
1.1 Установка непрерывного литья и деформации для получения стальных листов …………………………………………………………. 10 1.2 Толстолистовая прокатка непрерывнолитых слябов ……………… 14 1.3 Исследование напряженного состояния валков прокатных станов
от усилия прокатки и температурной нагрузки ……………………….. 16 1.4 Выводы……………………………………………………………….. 19
2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ БОЙКИ-ПОЛОСА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ НА УСТАНОВКЕ ЛИСТОВ ИЗ СТАЛИ ………………………………………. 20
2.1 Общая постановка задачи …………………………………………… 20 2.2 Исследование напряженно-деформированного состояния металла
в очаге циклической деформации при получении листов из стали…… 21
2.2.1 Постановка задачи, исходные данные и граничные условия.. 21 2.2.2 Результаты расчета напряжений в очаге циклической деформации…………………………………………………………… 23
2.3 Опытная установка непрерывного литья и деформации ОАО «Уральский трубный завод»…………………………………………….. 28 2.4 Исследование напряжений в бойках без каналов установки от
усилия обжатия…………………………………………………………… 29
2.4.1 Постановка задачи, исходные данные и граничные условия. 29 2.4.2 Напряженное состояние бойков без каналов от воздействия усилия обжатия……………………………………………………….. 36
2.5 Выводы……………………………………………………………….. 47
2
3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ И АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА
ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
БОЙКОВ БЕЗ КАНАЛОВ…………………………………………………… 48
3.1 Методика расчета температурных полей и термоупругих
напряжений в бойках в пакете ANSYS…………………………………. 48 3.2 Варианты расчета температурных полей бойков………………….. 50
3.3 Теория расчета температурных полей и термоупругих
напряжений в бойках методом конечных элементов в объемной постановке…………………………………………………………………
3.4 Теплофизические параметры материала бойков…………………… 55
3.5 Расчет коэффициентов для определения температурного поля бойков……………………………………………………………………..
3.6. Выводы………………………………………………………………. 59
4. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В БОЙКАХ БЕЗ КАНАЛОВ УСТАНОВКИ ПРИ ОБЖАТИИ ЗАГОТОВКИ И НА ХОЛОСТОМ ХОДУ …………………………………………………………. 60
4.1 Постановка задачи, исходные данные и граничные условия……… 60 4.2 Результаты расчета температурных полей бойков без каналов (верхняя оценка)…………………………………………………………. 60 4.3 Напряженное состояние приконтактного слоя бойка без каналов
от воздействия температурной нагрузки при обжатии сляба и при охлаждении водой на холостом ходу (верхняя оценка)………………. 63 4.4 Распределение осевых термоупругих напряжений по толщине и высоте бойка при обжатии сляба и на холостом ходу при охлаждении водой……………………………………………………………………….
. 66 4.5 Распределение осевых термоупругих напряжений в
приконтактном слое и по высоте бойка без каналов при обжатии
сляба и на холостом ходу………………………………………………………… 71 4.6 Напряженное состояние бойка без каналов от воздействия усилия обжатия и температурной нагрузки (верхняя оценка)……………………. 77
3
53
56

4.7 Напряженное состояние бойков без каналов установки при
получении листов из стали (нижняя оценка)…………………………… 86 4.7.1 Температурное поле бойков без каналов……………………… 87
4.7.2 Напряженное состояние приконтактного слоя бойка без
каналов от воздействия температурной нагрузки при обжатии
сляба и при охлаждении водой на холостом ходу…………………….. 87 4.7.3 Распределение термоупругих напряжений по толщине и
высоте бойка без каналов при обжатии сляба и на холостом ходу……………………………………………………………………. 92 4.7.4 Напряженное состояние бойка без каналов от усилия
обжатия и температурной нагрузки (нижняя оценка)……………… 101
4.8 Напряженное состояние бойка без каналов установки при
охлаждении его боковых поверхностей воздухом при получении
листов из стали …………………………………………………………… 109
4.8.1 Температурное поле бойков без каналов……………………… 109 4.8.2 Распределение термоупругих напряжений по толщине приконтактного слоя бойка без каналов при обжатии сляба и на холостом ходу…………………………………………………………. 112 4.8.3. Суммарное напряженное состояние бойка без каналов от
усилия обжатия и температурной нагрузки при охлаждении бойка
воздухом……………………………………………………………….. 113 4.9 Сравнительный анализ напряженного состояния бойков
различной конструкции………………………………………………….. 132 4.10 Освоение опытной установки ОАО «Уральский трубный завод»
и исследование температурного режима системы бойки-полоса …….. 136
4.11 Выводы………………………………………………………………. ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………. 140 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………… 143 ПРИЛОЖЕНИЕ. Акт внедрения научно-исследовательской работы

Актуальность темы исследования
За рубежом ведутся работы по созданию эффективных технологий и оборудования для производства широких стальных листов на основе литейно- прокатных агрегатов и комплексов [1-3]. При этом важной задачей является уменьшение расхода энергии и удельных капиталовложений. Однако валковые агрегаты имеют низкую производительность, степень деформации полосы не превышает 10-15 %, что не обеспечивает получение высоких механических свойств стальных листов [4-10].
Для решения изложенных выше проблем производства стальных листов для сварных труб целесообразно использовать установку непрерывного литья и деформации, технологические возможности которой предусматривают отливку тонких слябов и их обжатие за один проход и в заданном узком температурном интервале, что позволит существенно снизить энергозатраты и улучшить качество листов из стали для изготовления сварных труб [11-25, 32-34, 36, 37, 79, 80].
Основной проблемой, возникающей при обжатии непрерывнолитых слябов при толстолистовой прокатке, является неравномерность деформации по толщине крупного сляба, которая приводит к получению неоднородной структуры металла, образованию ликвационных зон в осевой зоне и снижению механических свойств стальных листов для изготовления сварных труб [39-41, 43-50]. В результате интенсификации производства стальных листов и повышения требований, предъявляемых к механическим свойствам и состоянию поверхности стальных листов, значительно возрастает нагруженность бойков установки совмещенного процесса непрерывного литья и деформации и требования к качеству их поверхности. Условия эксплуатации бойков установки выдвинули ряд существенных требований по обеспечению их стойкости. Таким образом, актуальной задачей для повышения стойкости
бойков, которые одновременно воспринимают усилия обжатия и 5
температурную нагрузку, является обоснованный выбор их конструктивных параметров и материала.
Степень разработанности проблемы
При разработке конструкции и выборе материала бойка важно учитывать нагруженность и реальные условия эксплуатации бойков установки. В связи с этим очень важно оценить НДС металла в очаге циклической деформации, что позволит установить нагруженность бойков. При этом также целесообразно определить напряженное состояние бойков установки от температурной нагрузки и усилия обжатия при получении стальных листов для сварных труб. Это позволит более обоснованно выбирать конструктивные параметры и материал бойков установки с целью повышения их стойкости.
В работах [24, 32, 34] даны результаты расчета температурного поля и термоупругого напряженного состояния бойков установки с учетом каналов для охлаждения бойков при получении стальных листов. Установлено, что каналы в бойках являются концентраторами напряжений, которые приводят к существенному увеличению напряжений в бойках как от усилия обжатия, так и температурной нагрузки. В связи с этим в диссертации выполнен расчет напряженного состояния бойков без каналов для их охлаждения.
Цель диссертационного исследования: с использованием современных методов решения задач упруго-пластичности определить напряженно-деформированное состояние системы бойки-полоса при получении листов из стали на установке, для повышения стойкости бойков разработать рекомендации по выбору их конструктивных параметров и материала, а также исследовать температурный режим работы бойков опытной установки ОАО «Уральский трубный завод».
Задачи диссертационного исследования:
– определить закономерности распределения осевых напряжений в очаге циклической деформации и нагруженность бойков установки при получении стальных листов толщиной 3 мм и шириной 2250 мм;
6

– установить закономерности распределения осевых и эквивалентных напряжений в бойках без каналов установки от усилия обжатия;
– установить закономерности распределения в бойках без каналов температуры и осевых термоупругих и эквивалентных напряжений при обжатии сляба и на холостом ходу;
– установить зависимость осевых термоупругих напряжений в бойках от температуры их контактной поверхности;
– установить закономерности распределения суммарных напряжений в бойках без каналов от усилия обжатия сляба и температурной нагрузки;
– выполнить сравнительный анализ напряженного состояния бойков различного конструктивного исполнения;
– провести освоение опытной установки ОАО «Уральский трубный завод» и выполнить исследование температурного режима работы бойков.
Методология и методы исследования
Методы моделирования методом конечных элементов напряженно- деформированного состояния металла в очаге деформации и напряжений в бойках установки в пакете ANSYS.
Научную новизну и теоретическую ценность представляют следующие разработки диссертации:
– установлены закономерности распределения осевых напряжений в очаге циклической деформации тонкого сляба с учетом силы его вытягивания из кристаллизатора установки при получении стальных листов толщиной 3 мм и шириной 2250 мм;
– установлены закономерности распределения осевых и эквивалентных напряжений в бойках без каналов установки от усилия обжатия сляба;
– установлены закономерности распределения температуры, а также осевых и эквивалентных термоупругих напряжений в бойках без каналов при обжатии сляба и на холостом ходу;
– установлена зависимость осевых термоупругих напряжений в бойках
без каналов установки от температуры их контактной поверхности; 7

– определено суммарное поле напряжений в бойках без каналов установки от температурной нагрузки и усилия обжатия сляба.
Практическую значимость диссертации составляют:
– оценка схемы напряженного состояния металла при обжатии тонкого сляба и определение нагруженности бойков установки;
– результаты расчета температурных полей и суммарных напряжений в бойках без каналов установки и рекомендации по выбору конструктивных параметров и материала бойков;
– результаты освоения и исследования температурного режима работы бойков опытной установки ОАО «Уральский трубный завод».
Установка непрерывного литья и деформации для производства листов из стали толщиной 3-22 мм и шириной до 2150 мм для сварных труб принята к внедрению на ОАО «Уральский трубный завод».
На защиту выносятся:
– результаты расчета НДС металла в очаге циклической деформации с учетом силы вытягивания сляба из кристаллизатора и нагруженности бойков без каналов установки при получении листов толщиной 3 мм и шириной 2250 мм;
– результаты расчета напряженного состояния бойков без каналов установки от усилия обжатия сляба;
– результаты расчета температурных полей, осевых и эквивалентных термоупругих и суммарных напряжений в бойках без каналов установки при обжатии сляба и на холостом ходу;
– результаты сравнительного анализа напряженного состояния бойков различного конструктивного исполнения;
– результаты освоения и исследования температурного режима работы бойков опытной установки литья и деформации ОАО «Уральский трубный завод».
Достоверность полученных в диссертации результатов
подтверждается применением современных методов расчета НДС металла в 8

очаге циклической деформации, напряжений в бойках от усилия обжатия и температурной нагрузки, а также результатами разработки и освоения опытной установки ОАО «Уральский трубный завод».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XXI Международная научно-техническая конференция «Приоритетные направления развития науки и технологий» (г. Тула, 2017); Х Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов (с международным участием) «Будущее машиностроения России» (г. Москва, 2017); XI Международный конгресс прокатчиков (г. Магнитогорск, 2017).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 13 печатных трудах, в том числе в 9 рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и изложена на 153 страницах машинописного текста, включая 80 рисунков, 21 таблицу и библиографический список из 84 наименований.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Повышение точности горячей прокатки плит из алюминиево-магниевых сплавов
    📅 2022год
    🏢 ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева»