автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка ресурсосберегающих процессов при тепловой обработке чугунных и стальных изделий в металлургических технологиях

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

РГо ОД

УДК 621.78+669.046:539.3

2 2 2303

РОТЕНБЕРГ Валерий Ефимович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель -

лауреат государственной премии РБ, доктор технических наук, профессор ТИМОШПОЛЬСКИЙ В.И.

Официальные оппоненты:

лауреат государственной премии РБ, доктор технических наук, профессор НЕСЕНЧУК А.П.,

кандидат технических наук, ДЬЯЧЕНКО Ю.В.

Оппонирующая организация — Институт технологии металлов НАНБ

Защита состоится 2000 г. в А Ч часов на заседании

совета по защите диссертаций Д.02.05.14 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, пр. Ф.Скорины, 65, корп. 1, ауд. 202, тел. 232-54-06.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан 2000 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, канд. техн. наук, доцент

И.А.Трусова

© Ротенберг В.Е., 2000

К53-Ш, Г. 0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Черная металлургия, занимающая одно из важнейших мест среди всех отраслей хозяйства страны, является в то же время одной из наиболее энерго- и ресурсоемких отраслей промышленности. До настоящего времени более половины стали производится традиционным способом - литьем в металлическую форму, а стальные слитки и заготовки подвергаются нагреву при подготовке к прокатке.

Поэтому и в настоящее время в металлургии существует проблема стойкости изложниц и проблема качественного нагрева заготовок при сбережении топливно-энергетических и металлоресурсов.

• Актуальность настоящей работы состоит в реализации ресурсосбере- , гающих и энергосберегающих технологий для двух направлений метал-лур! нческого производства:

1) применения металлических форм при получении отливок и слитков с целью повышения стойкости изложниц;

2) экономичного нагрева перед прокаткой стальных заготовок в металлургических печах с целью улучшения качества стальных заготовок, а также снижения удельного расхода топлива.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в рамках научно-производственной программы 71.02 Р . "Энергосбережение", утвержденной Советом Министров БССР в 1990 г., и в рамках Межвузовской программы фундаментальных исследований "Металлургия", выполняемой в 1995...2000 гг.

Цель и задачи исследования. Целью работы является теоретическое обоснование, разработка и внедрение ресурсосберегающих и энергосберегающих технологических режимов при тепловом нагружении металлических форм и стальных заготовок, представляющих термомассивные пластины.

В соответствии с этим был выполнен аналитический обзор, обобщение которого позволило сформулировать следующие задачи диссертаци- • онной работы:

- провести экспериментальное исследование теплового состояния металлических форм, представляющих термомассивные пластины, и разработать новый теоретический подход для определения температурного поля металлической формы с целью расчета деформаций и напряжений;

- выполнить комплексные исследования, включающие разработку методики расчета температур, напряжений и деформаций при радиационно-конвективном нагреве термомассивной пластины в методической печ:и; проведение экспериментальных исследований на промышленном объекте (методической печи) в производственных условиях с последующей параметрической идентификацией разработанной математической модели ре-

альным условиям нагрева сляба, и в соответствии с этим выполнить серию численных экспериментов для дальнейшего применения результатов в технологии нагрева блюмовых и слябовых заготовок;

- выполнить анализ результатов теоретических исследований, полученных автором, с целью установления диапазонов применения этих результатов;

- в соответствии с результатами аналитических и экспериментальных исследований с последующей корректировкой на промышленных объектах разработать и внедрить ресурсо- и энергосберегающие процессы при тепловой обработке металла.

Объект и предмет исследовании. Объектом исследования являются стальные и чугунные плоские металлические формы и нагреваемые в многозонных методических печах толкательного типа блюмы и слябы.

Методология и методы проведенного исследования. Методология исследования заключалась во взаимосвязи экспериментального и теоретического анализа задач теплообмена и термодеформационных процессов в формах и заготовках.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторном стенде при изучении полей температур и деформаций металлических форм и на промышленных методических печах при изучении температурных полей заготовок.

Для термометрических исследований в качестве датчиков использовались ХА-термопары, для исследования деформаций - электромеханические тензометры, в качестве показывающих и записывающих приборов -электронные потеициометрические мосты и индикаторы часового тина.

Теоретические исследования заключались в разработке математических моделей и решении полученных уравнений.

Для решения уравнений использовался метод разложения по собственным функциям, метод интегрального преобразования Лапласа, численные сеточные и итерационные методы решения интегральных уравнений и метод сведения интегрального уравнения Фредгольма к алгебраическому уравнению.

Проверка правильности предложенных методов производилась но данным промышленного и стендового эксперимента.

Научная новизна и значимость полученных результатов.

1. Предложено аналитическое решение задачи о температурном поле отливки и формы, отличающееся от известных учетом теплообмена между слитком и изложницей. После этапа отвода теплоты перегрева решение лает приближение температурного поля формы сверху.

На основании этого решения предложен приближенный метод расчета термоупругопластического состояния (решение в замкнутом виде) плоской неохлаждаемой формы.

Разработанная одномерная математическая модель позволяет оценить сверху термодеформационное состояние формы, устанавливает важность' инерционного этапа прогрева, влияние условий теплообмена между слитком и формой и роль краевых условий.

2. Разработан численно-аналитический метод расчета температур, деформаций и напряжений плоских стальных заготовок при радиационно-конвективном способе нагрева с учетом изменения теплофизических и физико-механических характеристик металла в широком диапазоне температур.

Показана недопустимость линеаризации задачи нагрева за счет усреднения термофизических характеристик и закономерность образования зон упругих и пластических деформаций и напряжений.

Практическая значимость полученных результатов. Предложен метод расчета термодеформационного состояния плоских металлических форм и заготовок, позволяющий производить выбор рациональных процессов теплонагружения для улучшения работы металлических форм и качества проката, уменьшения ресурсо- и энергопотребления агрегатов металлургического производства.

Результаты диссертационной работы применялись при расчете тепловых режимов металлических форм с автоматическим регулированием процесса литья на Тираспольском заводе "Литмаш", были использованы при расчете технологических и конструктивных параметров пресс-форм на . предприятиях отрасли М 5804, внедрены на Витебском станкостроительном заводе им. С.М. Кирова.

Внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований позволило увеличить производительность технологического процесса литья, повысить стойкость пресс-форм, кокилей и изложниц (увеличение стойкости для литья чугуна в 1,3 раза, бронзовых сплавов - в 1,5 раза).

Обобщение результатов исследований позволило:

а) разработать новые технологические режимы тепловой обработки стали 45 на Днепровском металлургическом комбинате им. Дзержинского, что дало возможность снизить топливопотребление и повысить мехаииче- • ские свойства выпускаемой продукции;

б) внедрить рациональные режимы нагрева металла перед прокаткой и вторичного охлаждения непрерывного слитка на МНЛЗ Белорусского металлургического завода.

В результате брак по готовой продукции снижен на 0,81%, выход годного металла увеличился на 2,87 тыс. тонн в год, удельный расход топлива на тонну проката снижен на 7,9%.

в) снизить удельный расход топлива на 3,2 кг у.т./т и уменьшить брак (по трещинам и короблению) на 60% в результате разработки и внедрения рациональных тепловых режимов нагрева металла и металлургических пе-

чах стана 810 Новосибирского металлургического завода перед горячей прокаткой на листовом стане.

Долевой экономический эффект от внедрения результатов исследования составил свыше 350 тыс. руб. (в ценах 1991 г.).

Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки студентов специальности "Промышленная теплоэнергетика" по курсам "Теплообмен и тепловые режимы и промышленных печах" и "Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки".

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Математическая модель, ее обоснование и новое аналитическое решение задачи о температурном поле плоской металлической формы.

2. Аналитические и инженерные методы расчета термоупругого и термоупругопластического.состояния металлической формы.

3. Численно-аналитический метод расчета температурного поля термомассивной пластины (блюма, сляба) при радиационно-конвектнвном нагреве в металлургических печах.

4. Численно-аналитический метод расчета термодеформациониого состояния плоской стальной заготовки при радиационно-конвектнвном нагреве в металлургических печах.

Личный вклад соискателя. Основные научные и практические результаты диссертационной работы, а также положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично автором или при его непосредственном участии.

Апробации результатов диссертации. Основные положения доложены и обсуждены:

на Всесоюзной научно-технической конференции "Остаточные напряжения и несущая способность деталей машин", г. Харьков ( ! 969 г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Термическая обработка -резерв повышения качества металлопродукции", г. Новотроицк (1987 г.); на Всесоюзной конференции "Применение ЭВМ в научном исследовании и управлении химико-металлургическими процессами", г. Свердловск (1987 г.);

на IV Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", г. Днепропетровск (1988 г.); на X Всесоюзном совещании-семинаре "Теплофизика релаксируюших систем", г. Тамбов (1990 г.).

Опубликонаниость результатов. По материалам диссертации опубликовано 14 работ В Республиканских межведомственных сборниках (г.Минск и г. Москва), Межведомственном сборнике НИИТАвтопрома (г. Москва), журнале "Известия вузов СССР. Энергетика", тезисах докладов Всесоюзных научно-технических конференций (г.г. Харьков, Свердловск, Днепропетровск, Тамбов), всего 103 с. публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа Состоит из оглавления, перечня условных обозначений, общей характеристики ра-' боты, трех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Полный объем диссертации - 198 с; объем, занимаемый 52 рисунками - 52 с; объем,, занимаемый 6-ю приложениями - 35 с;. количество использованных источников - 123.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении в виде аннотации изложены состояние вопроса, актуальность темы диссертации и определены общие задачи исследований.

. В первой главе дан анализ существующих методов расчета температур и термодеформационного состояния металлических форм (изложниц, кокилей) во время литья и заготовок во время предпрокатного нагрева.

Отмечается, что на ближайший период актуальными проблемами остаются повышение стойкости металлических форм и изменение технологии нагрева заготовок для улучшения качества проката.

Причины имеющихся проблем - неверный учет действия термических напряжений.

Автор детально рассматривает существующие методы расчета температурных полей в объектах исследования (плоские металлические формы и заготовки) и отмечает неверный учет граничных условий при решении задач теплового нагружения форм и неверный подход к линеаризации нелинейных граничных условий при решении задач нагрева заготовок в методических печах.

Автор анализирует и недостатки экспериментальных работ, отмечает различие в подходах к термонагружению форм, - отсюда неоднозначность, а иногда и противоречивость результатов.

Так как погрешности полученных температурных полей делают невозможным получение точных результатов при исследовании термодеформационного состояния форм и заготовок (даже малые погрешности температур могут приводить к большим ошибкам при определении напряжений), то делается вывод о необходимости точного решения температурных задач при рассмотрении объектов исследования.

Переходя к термическим напряжениям, автор, используя геометрию объекта, на базе классической теории термоупругости переходит к одномерной задаче и отмечает, что этот подход (как и у большинства исследователем) вполне логичен, по решенные многими исследователями задачи по определению напряжений (и сравнению стойкости металлических форм) не только не могут быть точными (из-за приближенности полученных температур), ио и просто противоречивы. Причина -г неверный учет краевых силовых условий задачи термоупругости.

Практически отсутствуют решения термоупругопластических задач, но без этих решений невозможно определение стойкости форм и остаточных напряжений в заготовках.

В обзоре обращается внимание на необходимость учета влияния температуры на термофизические свойства материала. Особенно это важно для широкого диапазона изменения температур при нагреве заготовок.

В конце первой главы обращается внимание на необходимость разработки эффективных методик расчета температурных полей и деформаций и дается детальная постановка задачи, а именно:

1. Точное определение температурного поля металлической формы;

2. Определение и разделение случаев упругих и пластических термических деформаций;

3. Учет реальных силовых закреплений элементов формы;

4. Доработки в частисоздания методики расчета температурного поля заготовки при одновременном нагреве излучением и конвекцией и решение на этой базе термодеформационной задачи;

5. Промышленная апробация расчетных .методик.

Вторая глава посвящена моделированию и расчету температур, термонапряжений и деформаций в металлической форме (изложница, кокиль).

Описаны конструкции металлических форм, на которых автором проводились эксперименты, методика термометрирования (в частности, способ измерения температур на рабочей.поверхности формы), методика измерения деформаций, конструкции тензометров, результаты экспериментов.

В соответствии с термометрированием при натурных лабораторных испытаниях разработана математическая одномерная модель теплообмена отливка-форма. Использован метод разложения по собственным функциям. Решения для температурных полей получены в виде:

температурное поле слитка

ей —Си\рО

т+1 ~

• температурное поле формы

8«,

С05й>д(1 - *)

________

т + 1 ^ З^со &(ок (2)

_ ту0 + и0 ]утык собшк(I -х)е-ш}рр

т +1 З^нио*

(у и и - превышение температур отливки и формы над температурой окружающей среды).

Отсюда получаем относительные температуры слитка и формы:

= + 1 -Цъ. (3)-

у„-«0 т +1 ^

0= "~"о гута)ксоьа)к(\-х)^0)}р„

У0-и0 т +1 ^ Б^ьющ

где т - отношение теплоемкости слитка к теилоемкостн формы;

1'о, Щ - начальные температуры слитка и формы;

х - относительная координата точки формы, отсчитываемая от границ

раздела слиток-изложннца;

- собственные значения характеристического уравнения, которое для неохлаждаемой формы имеет вид

1--вики* +т(оь<:оъщ =0;

Ш1 - число Био для Теплообмена между отливкой и формой, учитывающее толщину полуформы (изложницы, кокиля).

Для решения принята характеристическая температура, которая определяет выбор значений теплофизических коэффициентов (зависящих от температур), что позволяет Для диапазона температур работы изложницы линеаризовать задачу с малой погрешностью решения.

Используя интегральное преобразование Лапласа, в главе получены приближенные формулы определения температур для малых значений Р'о.

Установив адекватность предложенной математической модели температурного поля эксперименту, автор переходит К определению упругих и пластических деформаций формы.

Рассматривается возможность пренебрежения инерционным эффектом и эффектом связанности полей температур и деформаций (неучет которых может давать погрешность при решении задач о тепловом ударе, который испытывает изложница).

Получается квазНстагическое термоупругое решение для пластин при обычных предположениях Кирхгофа-Ляпа па базе уравнения Дюгамеля-Неймана в пределах применимости принципа СеМ-Венана.

Условные термоупругие напряжения для свободной пластины имеют

вид:

ff = £Íi^i = Mo-tt+Arr + 12[*--]Á7r, (5) Ect l 2 J

где Nt = J(w-wo)<&;

о

i-

Mr = ^(u-uü)xdx — Nt ; o

v- коэффициент Пуассона;

E - модуль упругости 1 -го рода;

a-температурный коэффициент линейного расширения.

Для защемленной пластины следует положить Nt ~ Мт = 0; для пластины, краевые условия которой препятствуют только изгибу - Л/т- = 0; для пластины, краевые условия которой препятствуют только расширению - ÑT =0.

В главе приводятся приближенные формулы термоупругих напряжений для малых значений Fo (использовано интегральное преобразование Лапласа).

Решение задачи о термоупругопластическом состоянии плоской формы представляется как решение интегрального уравнения.

Самый сложный случай - свободная пластина, решение которой h

+/(*), (6)

-h

где е-деформация,

2h - толщина пластины,

x,s- естественные координаты,

К{х, s) -ядро уравнения, сводится к уравнению

е - ~аТ + |-(/Ij - Ai_s - Агх+. /íjxs )¿h +

-h \Еер

+ I— (A¡ - A2s- /Í2X + ^jxsjiis, где ep - пластическая деформация;

О)

Е ~ модуль упругости; Г-температура; v- коэффициент Пуассона;

rJi

J [_,, J 1 — V J 1 —

-A -h \-h

h Ex2

f h

Ex

dx

J, 1-v

В области рабочих температур изложницы упрочнение можно считать линейным, т.е.

(8)

=(l-A)[i-(sign£)£r],

где Л - параметр упрочнения, равный отношению касательного модуля в области упрочнения к модулю упругости первого рода.

Тогда уравнение (6), (7) превращается в уравнение Фредгольма второго рода, которое можно решать методом итераций.

Рассмотрено приближенное представление температуры в виде

где Г/7 - избыточная температура внутренней поверхности формы над наружной; t] - естественная координата, направленная к отливке; п - показатель, зависящий от времени (определяется из решения температурной задачи).

В этом случае решение уравнения Фредгольма получается в замкнутом виде, так как ядро интегрального уравнения вырождается.

Координаты пластической зоны определяются из алгебраического уравнения.

В главе исследовано также влияние изменения физико-механических характеристик от температуры на термонанряжения и деформации.

Для качественного исследования принято, что модуль упругости и предел текучести изменяется по линейному закону от значении при начальной температуре до пуля при температуре плавления 7"„„:

£ = £о(1 -T/Tn,) = E0( 1 - у/г);

где у/= еп/aTm\

т~ аТ/ era - безразмерная температура;

<770, Ей и еп - предел текучести, модуль упругости и деформация, соответствующая пределу текучести, при начальной температуре.

Для большинства сталей ет ~ £то = 2х 10"3.

Во второй главе имеются таблица значений (¡/для разных материалов, таблица значений избыточных температур и показателя //, при которых начинается пластическое течение, и расчетные формулы для определения временных и остаточных напряжений, деформации и прогибов.

На рис.1 показаны эпюры напряжений и деформаций, на которых видно, что коэффициент ц/ незначительно влияет на изменение эпюр напряжений и деформаций, поэтому во второй главе приведены расчетные формулы для у/-0.

Установив (путем сравнения с экспериментом результатов расчета) адекватность полученных решений, автор отмечает, что интенсивность напряжений имеет максимальные значения в начальный момент времени после заливки, когда температурный режим существенно нерегулярен, показатель п имеет большие значения (н — 7-8) и температурное поле можно считать одномерным.

Максимальные прогибы свободных пластин отстают ог начала разгрузки и не совпадают по времени с максимальными напряжениями.

В первые моменты времени напряжения почти линейно зависят от величины ßi), т.е. от толщины кокиля.

Пластические деформации могут возникнуть при достаточно высокой интенсивности теплообмена (Bi, > 1), при этом обычно возникает неглубокая зона пластических деформаций на рабочей поверхности формы (свободная пластина), где и возникает сетка разгара.

Остаточные деформации (прогибы) направлены всегда наружу (т.е. от отливки) у свободных пластин.

Способ и жесткость закрепления пластин - элементов форм - (краевые условия) сильно влияет на их временные и остаточные деформации.

В третьей главе рассматривается моделирование и расчет термодеформационного состояния термомассивного сляба при нагреве в методических печах.

В начале главы рассматривается методика проведения промышленного эксперимента, обсуждаются полученные термограммы нагрева опытных слябов.

Экспериментальные исследования по измерению температурного поля в слябе выполнялись в условиях действующего производства станов 950/700 ДМК им. Дзержинского и 810 НМЗ им. Кузьмина. Опыты проводились на осевых заготовках из стали 45 и заготовках из сталей 10СП и 65X13.

-0,251 -0,146

- у =

---У = 0

-0343

-0,3*3

00/24

00124

Рис.1. Эпюры деформаций и напряжений и сечешш стального кокиля

250x250x20 мм; I - при литье чугунной пластины толщиной 20 мм (толщина краски - 0,3 мм); Г1 - то же, но при литье чугунной пластины толшшюй 40 мм (тонкий слой копоти) через 5..6 с после запивки; а и б - временные деформации и напряжения; в и г - остаточные деформации и напряжения

<Зт1Т:1) 4

11/7 0 ¥ 10* ¡3 ю »1 \0 и

ет(т»1 1 с 5

Чс £т(г*>*

Рис.2. Возможные перемещения изображающей точки (диаграммы линеаризованы для упрощения рисунка)

Дополнительная зона Сеэрочкая зона Томильная зона

Рис.3. Термограмма нагрева сляба стали 65X13 по действующему температурному режиму в методической печи НМЗ

Л 7; 7", °С

Рис.4. Рациональный режим ншрева стали 65X13 в методической печи НМЗ

После этого ставится термодеформацнонная задача для заготовки, принципиально отличающаяся от термодеформационной задачи для формы: нелинейные граничные условия тепловой задачи; невозможность линеаризации уравнения теплопроводности за счет выбора неизменных тер-мофизическнх характеристик из-за широкого диапазона температуры нагрева; невозможность по этой же причине свести несвязанную квазистатн-ческую задачу термоупругопластичностн к интегральному уравнению Фредгольма второго рода.

Методы решения получаемого в этом случае нелинейного неоднородного интегрального уравнения - неоднородного уравнения Гаммерштейна - см. формулы (6) и (7) - исследованы значительно хуже решений уравнения Фредгольма. Поэтому был выбран метод решения с достаточно мелким шагом по времени, чтобы на каждом временном интервале можно было линеаризовать область упругопластических деформаций, т.е. воспользоваться уравнением (8). В этом случае уравнение Гаммерштейна превратилось в интегральное уравнение Фредгольма, которое решалось методом итераций. При решении учитывалась зависимость теплофизических и физико-механических характеристик от температуры. В случае изменения температуры зависимость а= aie) для изотермической задачи переходит в зависимость а= о[с, Т) для неизотермического нагружения. Это усложняет алгоритм расчета, что и было учтено в программе, включавшей пошаговый анализ вида деформаций (активное нагруженне, нейтральное нагружение, разгрузка, обратное течение) и эффекта Баушингера, см. рис.2.

Программа расчета была проверена на тестовых примерах. Проверка покачала полное совпадение результатов.

Итогом комплексных промышленных и численных экспериментов явилась разработка технологии нагрева специальных марок сталей и сплавов в методических печах толкателыюго тина Новосибирского металлургического завода и Днепровского металлургического комбината им. Ф.Э.Дзержинского. На рис.3, 4 в качестве примера показаны графики нагрева стали 65X13 по ранее действовавшему и разработанному автором рациональному режимам в условиях методической печи стана 810 Новосибирского металлургического завода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований теплового и термодеформацнониого состояния металлических форм, включающий: " .

а) экспериментальное измерение температур по сечению формы;

б) разработку нового аналитического метода расчета температурных полей в форме, дающего приближение сверху;'

в) проведение параметрической идентификации разработанной модели

[1,2,3,4,5,10].

2. На основе разработанного аналитического метода расчета температурных полей решена задача определения термодеформаций и напряжений в упругой и упругопластической постановке.

Предлагается инженерный метод, дающий возможность получить решение термодеформационной задачи в замкнутом виде.

Адекватность разработанной методики подтверждается результатами авторского эксперимента.

Результаты расчета могут быть использованы для прогнозирования стойкости и коробления металлических форм, оценки их конструкций с позиций теории приспособляемости [1, 3, 13].

3. Сформулирована и решена задача нагрева термомассивной пластины в условиях сложного теплообмена и определения термических напряжений и деформаций в упругопластической постановке с учетом изменения теплофизических и физико-механических свойств [6, 7, 8, 14].

4. Выполнен анализ влияния переменности теплофизических и физико-механических свойств на динамику полей температур, напряжений и деформаций [9, 11 ].

5. Установлены закономерности формирования зон упругих и пластических, временных и остаточных деформаций и напряжений при продолжительном нагреве термомассивной пластины [9, 12].

6. Результаты работы были использованы:

на Тираспольском заводе "Литмаш" (увеличение производительности и интенсификация процессов литья, повышение стойкости пресс-форм, долевой экономический эффект 170 тыс. руб.);

на предприятиях отрасли М5804 (разработка практических рекомендаций по конструированию металлических форм и интенсификации процессов литья, долевой экономический эффект 44 тыс. руб.);

на Витебском станкостроительном заводе им. С.М. Кирова (разработаны и внедрены рекомендации по повышению стойкости металлических форм и изложниц центробежного литья для чугунных и бронзовых отливок - увеличение стойкости форм для литья чугуна в 1,3 раза, бронзовых сплавов - в 1,5 раза и изложниц для центробежного литья бронзовых сплавов в 1,5 раза);

на Днепровском металлургическом комбинате им. Ф.Э. Дзержинского (разработаны новые технологические режимы тепловой обработки стали в методической печи ТЗС, позволившие снизить топливонотребление, повысить механические свойства конечного продукта; долевой экономический эффект 46 тыс. руб.);

на Белорусском металлургическом заводе (разработаны рациональные режимы вторичного охлаждения непрерывного слитка на МНЛЗ и нагрева

заготовок; в результате внедрения брак по готовой продукции снижен на

0.81., выход годного металла увеличился на 2,87 тыс. т/год, удельный расход топлива на тонну проката снижен на 7,9%; долевой экономический эффект составляет 107 тыс. руб.);

на Новосибирском металлургическом заводе (разработаны и внедрены рациональные режимы нагрева металла в методической печи стана 810, позволившие снизить удельный расход топлива на 3,2 кг у.т./т и попысить выход годного - по отдельному сортаменту - на 60%.

Долевой экономический эффект от внедрения результатов исследовании, указанный в приложениях к диссертации, составляет свыше 350 тыс. руб., обший экономический эффект-более 1 млн. руб. (в ценах 1991г.).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ротенберг В.Е., Храмченков А.И. Упругопластические деформации плоского кокиля с учетом температурного изменения свойств материала: Сб. ст. Теплообмен между отливкой и формой - Минск: Выш. школа, 1967. - С. 243-255.

2. Ротенберг В.Е. Анализ динамических явлений в одной задаче термоупругости: Сб. докл. // Материалы секи, теорет. и прикл. механнки:-Минск: БПИ, 1970. - С. 103-104.

3. Ротенберг В.Е., Храмченков А.И. Упруго-пластические напряжения и деформации реальных плоских литейных металлических форм: Сб. тр, // Витебск, технолог, ин-т легк. пром. -Витебск, 1970. -Т. 1. -С. .180181.

4. Гурнич Э.А., Храмченков А.И., Ротенберг В.К. Методика исследований деформаций металлических форм при питье: Науч.-техн. сб. И Технология автомобилестроения:- М.: НИИТАвтопром. -1971. -2/13. Сер. XIV, - С. 42-45.

5. Ротенберг В.С. К расчету температурного поля при термическом ударе / Ред. жури. Изв. вузов. Энергетика. - Минск, 1985. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.10.85. - № 7545 В // РЖ Тепломассообмен, 1986. - №2. -78.44 Деп.

Комплексный метод расчета температур и термических напряжений: Ииф. лисгок о науч.-техн, достижении. Сер. 55.19.01 / В.И.Тимош-польский, В.Е.Ротенберг, И.А.Трусова, Н.Л.Мандель, Э.А.Гурвич, А.С.Калиниченко, Ю.И.Гладилки - Минск; БелНИИНТИ, 1986. - №86-174.-С. 3.

7. Расчеты на ЭВМ теплофизических и термодеформационных процессов при нагреве пластины перед прокаткой / В.И. Тимошпольский, Э.А. Гурвич, Н.Л. Мандель, В.Е. Ротенберг // Применение ЭВМ п управле-

нии химико-металлургич. процессами // Тез. докл. Всес. науч.-техн. конф. - Свердловск, 1987. - С.43.

8. Многокритериальная оптимизация режимов нагрева листовых слитков в проходных печах / В.И.Тимошпольский, П.В.Севастьянов, Н.Л.Мандель, В.Е.Ротенберг, Э.А.Гурвич // Изв. вузов. Энергетика. -1988.-№7.-С. 80-85.

9. Численно-аналитический метод расчета- температур, упругопластиче-ских деформаций и напряжений при радиационно-конвективном нагреве массивных пластин / В.И.Тимошпольский, В.Е.Ротенберг, Н.Л.Мандель, Э.А.Гурвич, С.З.Миронович Н Науч. и прикл. пробл. энергетики: Респ. межвед. сб. науч. тр. - Минск: Выш. школа, 1988. -Вып. 15.-С. 56-60.

10. Ротенберг В.Е. К расчету температурного поля кокиля / Витебск, технолог. ин-т легк. пром. - Витебск, 1988. - 37 с. - Дел. во ВНИИТЭМР 7.06.88. -№203.

11. Тимошпольский В.И., Ротенберг В.Е., Гурвич Э.А. Метод расчета уп-ругопластических деформаций и напряжений в стальной пластине при тепловом нагружении перед прокаткой на обжимном стане // Теоретические проблемы прокатного производства: Тез. докл. IV Всес. науч.-техн. конф. - Днепропетровск, 1988. - Ч. 1. - С. 99.

12. Ротенберг В.Е., Тимошпольский В.И., Мандель Н.Л. Определение температурных деформаций и напряжений в металлической пластине при учете релаксационных свойств материала И Теплофизика релаксирую-щих систем: Тез. докл. X Всесоюзная теплофиз. шк. - Тамбов, 1990. -С. 30-31.

13. Ротенберг В.Е. Влияние краевых закреплений на упругопластическое деформирование элементов конструкций при температурном г-груже-нии: Сб. ст. // Совершенствование технологических процессов и организация производства машиностроения: - Минск: Университетское, 1993.-С. 56-31.

14. Экспериментальные исследования процессов нагрева специальных сталей и сплавов в методических печах / В.И.Тимошпольский, И.А.Трусова, Н.Л.Мандель, Р.Б.Вайс, В.Е.Ротенберг // Металлургия и литейное производство: Междунар. сб. науч. тр. - Минск: Беларуская навука, 1998.-С. 22-26. '

РЕЗЮМЕ РОТЕНБЕРГ ВАЛЕРИЙ ЕФИМОВИЧ

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Ключевые слова: изложница, тепловой удар, стойкость, коробление, •заготовка, радиационио-конвективный нагрев, деформации, напряжения, предел текучести, упрочнение, термоупругопластичность, нагрузка, разгрузка.

Объектами исследования являются плоская металлическая форма (изложница) и стальная заготовка для определения термодеформационного состояния при тепловом нагружении. Цель работы - разработки ресурсосберегающих режимов и теплотехиояогий при использовании изложниц и заготовок в металлургии.

На основании экспериментальных и теоретических исследований получены новые решения задач по определению температур, напряжений и деформаций в объектах исследования.

Разработаны новые технологические режимы и конструктивные параметры металлических форм, что увеличило производительность технологического процесса литья и долговечность форм.

Разработаны рациональные режимы нагрева стальных заготовок перед прокаткой и вторичного охлаждения непрерывного слитка, что привело к снижению топливопотребления, улучшению качества конечного продукта и снижению брака.

РЭЗЮМЕ РОТЭНБЕРГ' ВАЛЕРИЙ ЯУХ1МАВ1Ч

РАСПРАЦОУКА РЭСУРСАЗБЕРАГАЛЬНЫХ ПРАЦЭСАУ

ПРЫ ЦЕПЛАВОЙ АПРАЦОУЦЫ ЧЫГУННЫХ I СТАЛЬНЫХ ВЫРАБАУ У МЕТАЛУРГ1ЧНЫХ ТЭХНАЛОГ1ЯХ

Ключавыя словы: зложшца, цеплавы удар, стойкасць, карабачанне, загатоука, радыяцыйна-канвектыуны нагрэу, дэфармацыя, напружанне, мяжа цякучасщ, умацаванне, тэрмапругкапластычнасць, нагрузка, разгрузка.

Аб'ектам! даследавання з'яуляюцца плоская метшпчная форма (зложшца) 1 стальная загатоука для вызначэння тэрмадэфармацыйнага стану пры цеплавым нагружашн. Мэта працы - распрацоуга рэсурсазберагальных рэжымау I цеплатэхналопй пры выкарысташп зложнщ 1 загатовак у металургп.

На падставе эксперыментальных 1 тэарэтычных даследаванняу атрыманы новыя рашэшн задач па вызначэнш тэмператур, напружанняу 1 дэфармацый у аб'ектах даследавання.

Распрацаваны новыя тэхналапчныя рэжымы 1 канструктыуныя параметры метал1чных формау, што павял^чыла прадукцыйнасць тэхналапчнага працэсу лщця 1 даугавечнасць формау.

Распрацаваны рацыянальныя рэжымы нагрзву стальных загатовак перад пракаткай 1 другаснага ахалоджвання бесперарыунага зл1тка, што прывяло да зшжэння палшаспажывання, паляпшэння якасш канчатковага прадукту 1 зшжэння браку.

SUMMARY

VALERY EF1MOVICH ROTENBERG

DEVELOPMENT OF RESOURCES-SAVING PROCESSES IN CAST IRON AND STEEL PRODUCNS HEAT TREATMENT IN METALLURGICAL TECHNOLOGIES

Key words: ingot, thermal stock, hardness, distortion, billet, radiative-:onvective heating, deformation, stress, yield strength, hardening, thermoelastic iuctility, load, unload.

A flat steel mold (ingot) and steel billet'are the objects of investigation for leterminalion of thermo-deformation condition in thermal loading. Aim of this vork is to develop resources saving methods and heat technologies under the ise of ingots and billets in metallurgy.

On the base of experimental and theoretic investigations new solutions of le problem of temperature, stresses and deformations un the examined objects /сre obtained.

New technological modes and design values of metal ingots leading to the lcrease of casting procedure efficiency, as well as ingot life were developed.

Rational modes of steel billets reheating before rolling and concast ingot :condary cooling were worked out resulting in the decrease of fuel consump-on, improvement of finished product duality and rejected material decrease.

РОТЕНБЕРГ Валерий Ефимович

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

_Корректор М.П.Антонова__

Подписано в печать 10.11.2000. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №2. Офсет, печать,

_Усл. печ. л ист. 1,2. Уч.-изд. л.0,9. Тираж 100. Зак.671.

Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусская государственная политехническая академия. Лицензия ЛВ № 155 от 30.01.98.220027, Минск, пр. Ф. Скорины, 65.