Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

О. Б. Крючков, доцент кафедры технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: bardb@mail.ru

Тульский государственный университет, Тула, Россия

П. И. Маленко, доцент кафедры машиностроения и материаловедения, канд. техн. наук, эл. почта: pawel.malenko@yandex.ru

Нагрев холодных слитков под ковку включает плавное повышение температуры в объеме металла на начальной стадии с целью устранения возникновения недопустимо высоких значений температурных напряжений, способствующих возникновению трещин. В дальнейшем нагрев проходит при максимальной мощности печи, который приводит к возникновению значительного перепада температуры между поверхностью и центром слитков, усиливающего неоднородность волокнистого строения деформированного металла по сечению и анизотропию его механических свойств. Томильная зона печи предназначена для снижения этих негативных моментов за счет уменьшения перепада температуры по сечению слитков в конце нагрева не более 50 °C. При этом расчет изменения температуры по длине томильной зоны связан с трудностями. На основании проведенного лабораторного экспериментального нагрева цилиндрической заготовки диаметром 0,081 м, длиной 0,25 м и массой 9,8 кг из стали 45 в электрической камерной печи предложена методика расчета изменения температуры печи по длине томильной зоны, основанная на равенстве удельных тепловых потоков: поступающего на поверхность нагреваемого слитка, и проходящего в глубь нагреваемой заготовки. Результаты расчета показали полное их совпадение с экспериментальными значениями. На основании полученных данных с использованием компьютерного моделирования исследованы слитки массой 2, 10, 15 и 100 т из трех марок стали (35, 40ХН и ШХ15) с определением длительности их нагрева, температуры печи в методической, сварочной и томильной зонах, а также температурного поля по сечению слитков перед ковкой. Предложенная методика расчета температурного напора в томильной зоне позволяет регулировать температурное поле по сечению нагреваемой заготовки в конце нагрева, что способствует снижению полосчатости структуры деформированного металла и анизотропии его механических свойств.

1. Кривандин В. А., Арутюнов В. А., Белоусов В. В., Крупенников С. А. и др. Теплотехника металлургического производства. Т. 1. Теоретические основы : учебное пособие для вузов. — М. : МИСИС, 2002. — 608 с.
2. Смирнова Д. А., Обушенко С. В. Режимы охлаждения, термостатирования нагрева слябов на линии «машина непрерывного литья заготовок–термостат–нагревательная печь» // Вестник науки и образования. 2019. № 3–1 (57). С. 15–18.
3. Беленький А. М., Бурсин А. Н., Левицкий И. А. и др. Структура математической модели тепловой работы методической печи с шагающими балками // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности. Труды IX Международной научно-практической конференции. — М. : МИСИС, 2018. С. 60–70.
4. Chashchina V. V., Kukleva A. V., Shulginb A. V., Volginab N. I. Controlled coil chilling as backbone link in hot-rolled sheet and plate steel production // Steel in Translation. 2023. Vol. 53, No. 4. P. 347–350.
5. Long-hui Zhou, Hong-yun Bi, Feng-li Sui, Wei Du et al. Influence of finish rolling temperature on microstructure and properties of hot-rolled SUS436L stainless steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. Vol. 32, Iss. 18. 8451.
6. Крючков О. Б., Пегишева С. А. Моделирование и теплотехнические расчеты процессов в нагревательных и термических печах. В 7 частях. Ч. 1. Расчет времени нагрева металлических изделий и внутренних размеров печи : учебное пособие. — Волгоград : ВолгГТУ, 2017. — 240 с.
7. Trusov P., Kondratev N., Podsedertsev A. Description of dynamic recrystallization by means of an advanced statistical multilevel model: grain structure evolution analysis // Crystals. 2022. Vol. 12, Iss. 5. 653. DOI: 10.3390/cryst12050653
8. Оленин М. И., Романов О. Н., Бушуев С. В., Каштанов А. Д. и др. Оценка влияния гомогенизационного отжига на критическую температуру хрупкости кованых заготовок из стали марки 15Х2МФА-А // Вопросы материаловедения. 2023. № 2(114). С. 5–14.
9. Guangwu Tang, Bin Wu, Dengqi Bai et al. Numerical simulation of a walking beam slab reheating furnace // Iron Steel Technology. 2017. Vol. 3. P. 78–88.
10. Youliang He, Ruby Zhang, Tihe Zhou, Haden Lee et al. Effect of annealing temperature and time on the magnetic properties and magnetic anisotropy of a temper-rolled, semi-processed non-oriented electrical steel // JOM. 2024. Vol. 76. No. 3. C. 1050–1065.
11. Филипьев С. Н., Асатурян И. Г., Глазунов О. В. и др. Теплотехническое обследование нагревательных печей и повышение их тепловой эффективности с помощью системы мониторинга температурного поля // Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология : Труды VI Междунар. научно-практич. конф. — М. : МИСИС, 2012. С. 494–500.
12. Lingyan Hu, Kai Tang. Analysis of billet thermal behavior and temperature setting optimization in a walking reheat furnace // ISIJ International. 2017. Vol. 57, Iss. 10. P. 1838–1846.
13. Wen-chao Yang, Yang Zhou, Jian Zhang, Huan Liu et al. Role of radiative and convective heat transfer during heating of an ingot product in a tubular furnace: experiment and simulation // J. Iron Steel Res. Int. 2022. Vol. 29. P. 1978–1985.
14. Негреев А. Н., Чеботов В. М., Кадошников А. А., Беленький А. М. и др. Совершенствование тепловой работы нагревательных печей стана 5000 ПТЛ ОАО ММК // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2016. № 12. С. 82–86.
15. Улановский А. А., Тааке М., Беленький А. М., Бурсин А. Н., Чибизова С. И. Использование автономной автоматизированной системы фирмы «PHOENIX» для мониторинга температурного поля нагреваемого металла в металлургических печах // Черные металлы. 2019. № 9. С. 54–60.
16. Guangwu Tang, Bin Wu, Dengqi Bai et al. Numerical simulation of a walking beam slab reheating furnace // Iron & Steel Technology. 2017. Vol. 3. P. 78–88.
17. Schubert C., Eickhoff M., Rückert A., Pfeifer H. Process model development for reheating plants using simple numerical methods enhanced with CFD results // 3^rd European conference Steel Technology & Application Days (ESTAD). 2017. Vienna, Austria. P. 95–104.
18. Роговой А. А., Салихова Н. К. Численное моделирование технологического процесса горячей обработки слитка давлением // Вестник ПНИ-ПУ. Механика. 2022. № 3. С. 135–146.
19. Крючков О. Б., Маленко П. И., Саранин Л. Г., Болдырев А. Е. Выбор рационального режима нагрева крупных холодных слитков под обработку металлов давлением с использованием компьютерного моделирования // Черные металлы. 2023. № 6. С. 17–24.
20. Крючков О. Б., Волчков В. М., Крохалев А. В. Моделирование и теплотехнические расчеты процессов в нагревательных и термических печах : учебное пособие. Ч. 2. Использование вычислительной техники для расчета времени нагрева металлических изделий. — Волгоград : ВолгГТУ, 2017. — 184 c.